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本世紀70年代以來,由細胞工程、DNA重組和轉基因技術等一系列現代生物技術的建立,生物技術已成為當今世界發展最快、最活躍的高新技術領域。現代生物技術在農業上的廣泛應用,將給農業生產帶來新的飛躍。黃瓜是我國人民喜食的主要蔬菜品種之一,在我國的種植面積很大,黃瓜新品種的選育及研究進展,直接關系到全國人民菜籃子的問題。作為我國惟一一個以黃瓜為研究對象的研究所—天津科潤黃瓜研究所,為了適應技術革新的發展,1995年以來,在杜勝利博士的帶領下開展了生物技術在黃瓜育種上的應用研究,將單倍體誘導技術、轉基因技術和分子標記等技術與傳統黃瓜育種技術相結合,現已展現出良好的發展前景。
黃瓜育種一直沿用傳統的育種方法,育成一個品種需要5~8年,利用雜交、自交和回交等手段,先育出優良的自交系,而傳統自交系的選育也須經過6代以上的自交,方能選育出1個相當純合、穩定的自交系,再加上雜交組合的配制和篩選,使育種過程耗時、耗力、效率低,另外由于種質資源的限制,可供利用的性狀資源差異越來越小,所以僅靠現有資源和常規育種方法很難使新品種在抗性、品質上有大的突破。天津科潤黃瓜研究所的“利用生物技術創造黃瓜育種新材料方法研究”是利用生物技術的手段為黃瓜傳統的育種方法提供新的材料和方法。它主要包括2項重要技術,即黃瓜的單倍體誘導技術和體細胞再生與轉基因技術。
天津科潤黃瓜研究所的黃瓜單倍體誘導技術體系,在國內首次通過未授粉子房培養獲得單(雙單)倍體植株,自胚芽誘導、繼代、再生植株擴繁到移栽馴化、單倍體鑒定等,形成了較為完善的技術體系,該技術填補了我國黃瓜單倍體技術研究的空白。用單倍體誘導技術進行品種選育,植株的基因型和表現型完全一致,大大降低了誤選的頻率,而且以單倍體為誘變材料,突變隱性基因性狀就可表現出來,獲得突變體的速度可大大加快,從而大大縮短育種年限,快速產生純合的育種新材料(純系),提高育種效率。天津科潤黃瓜研究所應用單倍體誘導育種技術,僅用1年多時間就從中國與荷蘭型黃瓜的雜交后代中,分離獲得一些表現優異的育種材料,這些材料具有較強的耐低溫、耐弱光能力,并且抗病性強、瓜條商品性好,利用這些材料選育的品種性狀優良,現已經進入了全國區域性試驗階段,預計在1~2年內就可以在國內得到大面積的推廣。
單倍體誘導技術的成功使天津黃瓜所成為世界上少數擁有此技術的機構之一。在黃瓜染色體倍性鑒定和加倍方面的研究工作表明單倍體和雙倍體染色中心直徑存在顯著差異,可以用染色中心直徑來鑒定單倍體,但在區分雙單倍體和三倍體時會有一定誤差。
利用傳統的基因定位方法進行基因標記,由于受環境因素影響很大,遺傳圖譜的可靠性較低。而利用分子標記技術可以提高遺傳分析的準確性和選種、育種的有效性,利用轉基因技術進行黃瓜育種,還可以盡早實現抗病性等性狀研究的突破。目前我所生物技術課題組正在承擔國家863和天津市重大攻關項目,并在黃瓜抗白粉病的分子標記研究上取得重要成果,相關技術已申報國家發明專利。
黃瓜體細胞再生與轉基因技術可將外源的抗病、抗蟲、抗逆及特有品質等有效基因導入植物體,從而產生具有新性狀的植株,培育出新的抗病、抗蟲、抗逆等優良品種。轉基因黃瓜不僅可以保留原來優良的豐產性、商品性,而且獲得了新的抗病性或抗除草劑等特性,可以大幅度節約生產成本,提高生產效率。如目前已經發現黃瓜轉水稻幾丁質酶基因植株可以提高對灰霉病的抗性,還可以產生對CMV的抗性。目前天津科潤黃瓜研究所正在利用建立的黃瓜轉基因技術,通過與南開大學、天津農科院中心實驗室合作,開展黃瓜耐鹽基因、抗除草劑基因的轉化研究,并已經取得階段性的成果。
目前,生物技術在黃瓜育種上還沒有得到普遍的應用,有些技術還處于研究當中,如利用分子標記進行系譜分析和定位,品系、品種和雜種的鑒定及品質、抗病性鑒定等還只是作為黃瓜育種的輔助手段。但我們相信生物技術必將對黃瓜的育種方法產生深遠的影響,甚至成為黃瓜育種過程中不可缺少的一部分。
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