西瓜杂交种纯度鉴定技术研究进展

    摘要：纯度鉴定是西瓜杂交种生产的一个重要环节。从种子形态、田间种植、蛋白质电泳和分子标记技术的研究应用进展及存在的问题等方面综述了西瓜杂交种纯度鉴定技术。

    关键词：西瓜;杂交种子;纯度鉴定

    中图分类号：S651? ? ? ? 文献标志码：A? ? ? ? 文章编号：1001-1463（2020）10-0083-05

    doi：10.3969/j.issn.1001-1463.2020.10.019

    Abstract：Based on the number of published papers and applied patents in Gansu Province during the 12th Five-year Plan period， and the number of agricultural scientific and technological achievements published by Gansu Provincial Science and Technology Department， this paper analyzes the characteristics of Gansu agricultural scientific research in independent innovation ability， main scientific research fields and scientific research subjects during the 12th Five-year Plan period. The existing problems in macroscopic agricultural research， discipline layout and agricultural informatization research were found out. It also puts forward some suggestions on strengthening the macro-strategy research on agricultural development， promoting the balanced development of agricultural scientific research， strengthening the research on agricultural informatization， and improving the scientific and technological innovation ability of agriculture-related enterprises.

    Key words：Gansu;12th Five-year;Agricultural Science and technology;Output;Suggestion

    我国西瓜栽培面积、产量及杂种化普及率均居世界首位。在西瓜杂种优势利用过程中，虽然也育成了以雄性不育两用系作母本的品种 [1 ]，但绝大多数西瓜杂交种制种仍需人工去雄授粉。由于制种农户的责任心、隔离区的选择、人工去雄的时机以及是否彻底干净、母本对气候敏感性和出现两性花的概率等原因，都可能导致杂交种纯度不达标。因此，作为西瓜杂交种生产的一个重要环节，如何快速、准确、经济、可靠地鉴定千家万户生产的杂交种，对保证种子质量，占领市场先机尤为重要。传统的杂交种鉴定以田间种植鉴定为主[2 - 5 ]，近年来，随着生物技术的发展，有关单位相继开展了同工酶电泳、种子蛋白质电泳和分子标记等技术在杂交种纯度鉴定方面的研究。

    1? ?种子形态鉴定

    目前没有发现西瓜种子花粉直感现象存在的报道，也就是说没有发现制种当代从母本上收获的杂交种与母本种子有明显的差异。除三倍体无籽西瓜杂交种种胚发育不良、种子较秕，其母本种子四倍体，短椭圆形、喙方、种胚发育好，种子饱满，可以在室内鉴定外，一般双亲为二倍体杂交种，种子形态与母本基本相同，很难根据种子的大小、色泽、形状、表面纹路、麻点等有无及多少判断母本与杂交种差异。因此，虽然种子形态鉴定周期短、成本低，但目前只能区分四倍体和三倍体，无法鉴定同母异父的无籽西瓜品种和二倍体杂交种[6 ]。

    2? ?田间种植鉴定

    田间种植鉴定主要是利用杂交种与其母本在某些质量性状上的差异，来区别杂交种（真杂种）与母本（假杂种）。田间种植鉴定是目前西瓜杂交种纯度鉴定的主要方法，包括苗期标记性状、子房或幼果、果实鉴定? ? ?等[2 - 5 ]。其优点是鉴定结果准确、可靠，但鉴定周期长、费用高，没有明显质量性状差异的品种，鉴定需要一定的工作经验。

    2.1? ?苗期标记性状鉴定

    西瓜苗期一般指子叶展平到第1雌花开放前。进行苗期鉴定，杂交种必须具有一些与母本明显不同的标记性状，如叶形、叶色、叶柄颜色、托叶形状、卷须特点及蔓形等性状上的差别。

    三倍体无籽西瓜的母本为四倍体，节间短、叶片宽、裂片大缺刻较小、叶缘上翘、叶色深绿，杂交种为三倍體，节间长，叶形介于四倍体与二倍体之间，叶色较深。一般裂叶西瓜品种，其杂交种与母本的叶片大小有差异[7 ]。西瓜裂叶对全缘叶（板叶）为显性，以全缘叶为母本，裂叶作父本时杂交种表现裂叶，当真叶性状充分表现出来时就能准确鉴定 [8 ]。叶片延迟变绿受1对隐性基因（dg）控制，子叶及真叶幼叶最初呈淡绿色，随着生长叶色变绿。子叶和幼苗期真叶，杂交种表现为正常绿[9 - 10 ]。叶片、叶柄、蔓、子房黄色对绿色为显性[11 ]，杂交种子叶成株期表现为黄色。西瓜杂交种欣大的母本托叶为匙形顶端上翘，杂交种托叶匙形顶端向内平钩，因此，托叶形状与母本相同者则为假杂种，托叶顶端向内平钩者为真杂种[12 ]。另外，短蔓、少侧蔓、无毛或少毛、白化苗、斑点等性状也可以作为鉴定标记性状。苗期标记性状只要典型，技术就容易掌握，而且时间短、准确率高，成本相对比较低。

    2.2? ?子房或幼果鉴定

    西瓜子房或幼果的椭圆形对圆形为显性或半显性。目前育成的品种大多采用圆果形/ 椭圆形的杂交组合，根据父本果形指数的大小，杂交种子房表现短椭圆到椭圆形，子房圆形的为假杂种。长椭圆形/圆果形组合，其杂交种子房为短椭圆形，中部肥大，假杂种为长椭圆形。圆果形/圆果形的组合，其杂交种子房不易分辨，最好有其他辅助的参考性状，鉴定需要有一定的工作经验。

    子房或幼果鉴定是目前最常用的西瓜杂交种鉴定方法，鉴定周期较苗期标记性状鉴定长，通常需要40～50 d;与果实鉴定比较，鉴定周期短，可以加大种植密度，占地较少，成本较低。缺点一是不能确定杂交种的父本。二是往往为了节省鉴定成本，加大种植密度，假杂种较真杂种没有优势，子房或幼果生长发育不良，容易被漏检。三是北方地区制种如果当年要出鉴定结果，一般需要在日光温室种植或南繁[4，13 - 14 ]。

    2.3? ?果实鉴定

    果实鉴定是指在果实膨大期至果实成熟后，从果形、果皮特征及剖面进行鉴定。鉴定的性状包括果形、皮色条带（核桃纹、黑皮、黄皮或花皮）、蜡粉等特征，以及成熟果剖面、瓤色、种子等和无籽西瓜是否有种子以及空壳、秕籽的比例。鉴定结果最可靠，但周期长，占地多，费用大[15 - 16 ]。多用于双亲典型性状差异不明显的品种鉴定、仲裁鉴定等。

    3? ?蛋白质电泳

    种子贮藏蛋白质和同工酶都是基因表达的产物，通过聚丙烯酰胺凝胶电泳，分析种子贮藏蛋白质和同工酶在种类、数量、结构等方面的多态性差异，可以倒推品种的基因型差异而进行品种纯度鉴定。

    3.1? ?同工酶电泳

    采用蛋白质电泳技术进行西瓜纯度鉴定研究的主要同工酶有过氧化物同工酶、酯酶同工酶、多酚氧化酶等[17 - 21 ]。由于受品种、植株生育时期、取材部位、电泳环境条件等因素的影响，研究结果出入很大。有人认为利用苗期过氧化物同工酶、酯酶同工酶可以进行西瓜杂交种真实性与纯度鉴定[17 - 18 ];有人认为西瓜遗传变异度较小，位点多态性较低，杂交种与亲本同工酶的关系很复杂，如果没有足够大的品种间遗传差异，过氧化物酶、酯酶与多酚氧化酶的差异很小（酶带仅存在深浅上的差异）或无差异，同工酶蛋白质电泳难以用于杂交种纯度检测与鉴定[19 - 22 ] ，尤其父母本亲缘关系很近的杂交种，不可能有效地进行纯度鉴定[23 ]。

    3.2? ?种子蛋白质电泳

    利用聚丙烯酰胺凝胶电泳对杂交种及其父母本种子蛋白质进行分析，通过谱带特征来检测不同西瓜杂交种的纯度，也因西瓜品种的不同而可靠性不同。有认为在一定条件下，可以将杂交种与其亲本种子明显区分开，鉴别谱带特征进行杂交种纯度鉴定[24 - 27 ]，也有人认为难以发现统一的谱带特征来检测不同西瓜杂交种子的纯度[28 ]。

    4? ?分子标记技术

    分子标记技术是通过分析DNA的多态性，在DNA水平上比较品种基因组的结构与组成。目前有关西瓜杂交种纯度鉴定主要应用的分子标记技术有简单重复序列（simple sequence repeats，SSR）技术和相关序列扩增多态性（sequence-related amplified polymorphism，SRAP）技术、扩增片段长度多态性（amplified fragment length polymorphism， AFLP）技术、随即扩增多态性DNA标记（random amplified polymorphic DNA，RAPD）技术等。多数西瓜杂交种具有与双亲带型互补的SSR引物，可进行西瓜杂交种纯度的室内快速鉴定，而且与大田鉴定结果吻合率高[29 - 41 ]。应用SRAP技术在杂交种和亲本间扩增出特异性条带，与大田鉴定结果吻合率也较高，适合在室内快速准确地进行杂交种的纯度鉴定[42 - 44 ]。有研究认为AFLP 技术可以有效地区分不同西瓜材料[45 - 47 ]，也有人认为大部分引物组合扩增出的不同倍性西瓜之间的AFLP谱带无明显差异[48 ]，西瓜品种间同源性较高，遗传基础狭窄，多数品种亲缘关系较近[49 - 50 ]。在反应条件适合、引物选择正确的情况下，筛选重复性好、能产生多态性的引物可以找到某些特殊RAPD谱带作为纯度鉴定的方法[51 - 52 ]，但有些西瓜品种RAPD谱带不太明显[51 ]。

    5? ?小结与讨论

    西瓜杂交种纯度鉴定技术主要包括田间种植、蛋白质电泳和DNA分子标记技术等，但难度、准确可靠性、经济性、时效性差异较大，而且因具体鉴定品种的不同而不同。

    田间种植鉴定是具有苗期标记性状，尤其是具有典型质量性状标记的西瓜杂交种的首选鉴定方法，子房或幼果、果实鉴定也是目前田间种植鉴定的主要方法。苗期标记性状鉴定的优点是技术就容易掌握、可以加大样本结果准确可靠、鉴定周期短、费用低。子房或幼果、果实鉴定的优点是结果准确可靠，缺点是相对实验室检验时间长、费用高，易受环境影响，影响种子上市时间，且需要一定的工作经验。需要特别注意的是种植密度高时易造成的小苗、弱苗，而这些苗往往是假杂种。

    同工酶电泳技术目前研究较多的有过氧化物同工酶、酯酶同工酶、多酚氧化酶等，受品种、植株生育时期、取材部位、电泳时环境条件等影响，鑒定结果不稳定，尤其父母本亲缘关系较近的杂交种。种子蛋白质电泳技术较同工酶电泳技术可靠性较高，但也因品种的不同，结果不同。其优点是简便、快速、费用较低，但结果易受实验环境影响，且没有一种大家公认的西瓜种子蛋白质或同工酶电泳谱带。

    分子标记技术鉴定检测的对象是种子DNA片段， 没有器官的特异性，不受环境影响，准确性、稳定性和重复性较高，速度快，但费用昂贵， 离普及和应用尚有距离。SSR技术的鉴定结果易于分析，重复性、稳定性高，多数杂交种鉴定可采用，与大田鉴定检验结果吻合率高。SRAP标记特异性和可重复性较高，方法简单，结果可靠。RAPD技术简单、快速，尤其在批量品种鉴定方面具有优势，但有些品种RAPD谱带不太明显，重复性不够，还需进一步改进。采用SRAP技术可扩增出杂交种和亲本间特异性条带的，鉴定结果与大田鉴定吻合率高。

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    （本文责编：陈? ? 珩）