橘紅心大白菜遺傳育種研究進(jìn)展

丁謙+杜立忠+陳士亮+李景娟+張一卉+王鳳德+李化銀+高建偉

摘要：綜述了橘紅心大白菜育種及種質(zhì)資源、營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)、橘紅心性狀的遺傳規(guī)律研究現(xiàn)狀及進(jìn)展，并對(duì)未來研究的方向和面臨的問題進(jìn)行了闡述。

關(guān)鍵詞：橘紅心大白菜；遺傳規(guī)律；類胡蘿卜素

中圖分類號(hào)：S634.1-1文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)號(hào)：A文章編號(hào)：1001-4942（2014）12-0129-04

橘紅心大白菜因其葉球內(nèi)葉顏色為橘紅色而得名，其營(yíng)養(yǎng)成分含量也要高于普通白心大白菜，尤其是維生素C、β-胡蘿卜素等物質(zhì)。橘紅心大白菜所含的類胡蘿卜素是一種廣泛存在于植物中的多烯烴類物質(zhì)，人體自身不能合成，只能從食物中攝取，類胡蘿卜素在人體中起著重要作用，比如在心血管的保護(hù)﹑癌癥的預(yù)防以及肺部系統(tǒng)的保護(hù)等方面 [1～8]。本文就橘紅心大白菜育種中種質(zhì)資源、營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)、橘紅心性狀的遺傳規(guī)律等方面的研究進(jìn)展進(jìn)行了闡述，旨在為今后橘紅心大白菜育種研究提供參考。

1橘紅心大白菜種質(zhì)資源研究

隨著生活水平的不斷提高，消費(fèi)者對(duì)大白菜葉球顏色提出了更高的要求，隨之各種球葉顏色的大白菜應(yīng)運(yùn)而生，其中關(guān)于球葉顏色為黃色或橘紅色的大白菜研究較為常見。1999年青島市農(nóng)業(yè)科學(xué)研究院對(duì)引自國(guó)內(nèi)外的橘紅心大白菜品種進(jìn)行連續(xù)多代的自交分離和雜交轉(zhuǎn)育，育成大量橘紅心自交系和自交不親和系，并于2004年育成橘紅心大白菜M168，生育期約為70～75天，缺點(diǎn)是不耐貯藏[9]。北京市農(nóng)林科學(xué)院蔬菜研究中心選育出北京橘紅心，其選育方法于2002年被授權(quán)國(guó)家發(fā)明專利[10]；隨后選育出了北京橘紅2號(hào)新品種，該品種生育期為85～90天，抗病毒病能力較北京橘紅心差。山東省春秋大白菜育種研究中心于2005年通過抗性轉(zhuǎn)育和人工接種鑒定篩選技術(shù)選育出了高抗病毒病﹑兼抗霜霉病和軟腐病的中晚熟品種紅抗1號(hào)和晚熟品種紅抗2號(hào) [11]，適于全國(guó)推廣。山東省農(nóng)業(yè)科學(xué)院蔬菜花卉研究所王翠花等[12]通過抗病育種技術(shù)選育出一系列適于不同季節(jié)栽培的天正系列橘紅心大白菜和娃娃菜，包括橘紅58（娃娃菜）﹑橘紅60、橘紅62、橘紅65等，該系列品種具有早熟（生育期為58～65天）﹑結(jié)球緊實(shí)﹑采收期長(zhǎng)﹑易包裝等優(yōu)點(diǎn)，對(duì)病毒病、霜霉病和軟腐病具有較高的抗性。雖然我國(guó)在橘紅心大白菜田間選育上處在國(guó)際前列，并且擁有較為豐富的橘紅心種質(zhì)資源，但是在其類胡蘿卜素代謝機(jī)理、遺傳規(guī)律以及控制橘紅心大白菜葉色變化的關(guān)鍵基因挖掘等方面尚處于起步階段。

2橘紅心大白菜營(yíng)養(yǎng)成分研究

大白菜可食用部分，其營(yíng)養(yǎng)成分主要包括氨基酸﹑維生素﹑微量元素以及類胡蘿卜素等，其含量在不同球葉顏色大白菜中存在著區(qū)別。宋廷宇等[13]對(duì)薹菜、大白菜與白菜中氨基酸種類進(jìn)行比較，結(jié)果顯示人體必需的幾種氨基酸在白菜類蔬菜中無差異。金同銘等[14]則對(duì)我國(guó)大白菜主要產(chǎn)地的不同熟性品種中主要營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)進(jìn)行了常規(guī)化學(xué)方法以及近紅外光譜法測(cè)定，并對(duì)兩種方法進(jìn)行了比較，結(jié)果表明近紅外光譜法與化學(xué)法在白菜營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)測(cè)定方面有相似的準(zhǔn)確性，適合推廣。隨后張德雙等[15]利用近紅外光譜法對(duì)大白菜中營(yíng)養(yǎng)成分在不同葉片和部位中的分布規(guī)律進(jìn)行了研究，結(jié)果顯示營(yíng)養(yǎng)成分的分布規(guī)律在普通白菜和橘紅心大白菜中無差異，但是在營(yíng)養(yǎng)成分含量方面則是橘紅心白菜表現(xiàn)突出。此后張德雙等[16]繼續(xù)對(duì)不同球葉顏色大白菜品種的主要營(yíng)養(yǎng)成分進(jìn)行了測(cè)定，并比較了其營(yíng)養(yǎng)成分含量差異，橘紅心大白菜主要營(yíng)養(yǎng)成分含量最高，尤其是β-胡蘿卜素﹑維生素C等物質(zhì)；黃心大白菜次之；白心大白菜最低。由山東省農(nóng)業(yè)科學(xué)院蔬菜花卉研究所王翠花等[12]選育的天正橘紅系列大白菜（橘紅58、橘紅60、橘紅62、橘紅65等）經(jīng)農(nóng)業(yè)部食品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)測(cè)試中心（濟(jì)南）對(duì)其主要營(yíng)養(yǎng)成分進(jìn)行檢測(cè)，結(jié)果顯示，天正橘紅系列大白菜中β-胡蘿卜素含量明顯高于普通白菜，其中橘紅62和橘紅65的含量最高，是普通白菜的11倍多，達(dá)到26.163 mg/gDW；橘紅58（娃娃菜）次之，含量為10.62 mg/gDW，是普通大白菜的4.53倍；最低的橘紅60也是普通白菜的3.18倍，達(dá)到7.465 mg/gDW。

橘紅心大白菜中營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)含量豐富，尤其在類胡蘿卜素種類以及含量等方面都優(yōu)于普通大白菜，所以對(duì)于橘紅心大白菜中類胡蘿卜素的研究尤為重要。

2.1橘紅心大白菜中類胡蘿卜素研究

陳鵬飛等[17]運(yùn)用反向高效液相色譜法（RP-HPLC）對(duì)不同類型大白菜中胡蘿卜素種類進(jìn)行分析鑒定，結(jié)果表明黃心和淡黃心大白菜中見光外葉與不見光球葉中類胡蘿卜素種類相同，橘紅心大白菜中見光外葉成分和黃心或淡黃心大白菜中類胡蘿卜素相同，但其橘紅色內(nèi)葉中的類胡蘿卜素種類遠(yuǎn)比其外葉豐富，是研究大白菜中類胡蘿卜素代謝和積累的優(yōu)良材料。李娟[18]提出乙醇和丙酮（1∶1）混合試劑避光提取橙色大白菜中的類蘿卜素并利用高效液相色譜法（HPLC）對(duì)橘紅心大白菜中四種類胡蘿卜素的分布規(guī)律以及不同時(shí)期的積累規(guī)律進(jìn)行研究，結(jié)果表明內(nèi)葉含量高于外葉含量，結(jié)球期番茄紅素先降后升，葉黃素與α-胡蘿卜素、β-胡蘿卜素含量整體下降，其中葉黃素在結(jié)球后期消失，總體而言橘紅心大白菜營(yíng)養(yǎng)豐富。

鑒于橘紅心大白菜種類較少以及沒有較為成熟測(cè)定方法的局限，現(xiàn)階段對(duì)于橘紅心大白菜中類胡蘿卜素研究的報(bào)道較少，關(guān)注的重點(diǎn)也主要集中在類胡蘿卜素種類以及與其他顏色大白菜中含量差異的比較方面，所以開發(fā)并建立一種行之有效的測(cè)定方法顯得尤為重要。

2.2 橘紅心大白菜中類胡蘿卜素代謝機(jī)理研究

近年來關(guān)于植物類胡蘿卜素的生物合成途徑以及相關(guān)酶類等方面的研究較多，其中大部分研究圍繞著合成途徑中的三個(gè)限速反應(yīng)展開，這三個(gè)限速反應(yīng)分別為GGPP（牻牛兒基牻牛兒基焦磷酸）的合成﹑八氫番茄紅素的合成以及八氫番茄紅素的去飽和反應(yīng)；其涉及的酶主要包括了以下4種，即牻牛兒基牻牛兒基焦磷酸合成酶（GGPS）﹑八氫番茄紅素合成酶（PSY）﹑八氫番茄紅素去飽和酶（PDS）和ζ-胡蘿卜素脫氫酶（ZDS）[19，20]。番茄紅素是這四種酶共同作用下合成的第一種物質(zhì)，也是后續(xù)α-和β-胡蘿卜素﹑葉黃素和玉米黃質(zhì)的合成前體。植物體內(nèi)不同的類胡蘿卜素種類以及含量的多少導(dǎo)致了葉片顏色的不同，所以研究類胡蘿卜素的種類以及合成中的酶基因具有重要作用。endprint

1999年Shewmaker等[21]將一種細(xì)菌八氫番茄紅素合成酶基因（crtB）轉(zhuǎn)入普通油菜中，其種子中α-和β-胡蘿卜素含量較對(duì)照明顯提高，總含量提高50倍，且其種子胚呈現(xiàn)明顯橘色，而對(duì)照組胚呈現(xiàn)綠色。Lu等[22]對(duì)花椰菜Or基因突變體中β-胡蘿卜素的積累機(jī)制進(jìn)行研究， 結(jié)果顯示其Or基因的表達(dá)主要是促進(jìn)花椰菜細(xì)胞中的前質(zhì)體和其他無色質(zhì)體向有色體的分化， 主要是形成大量積累β- 胡蘿卜素的有色體。張華敏等[23]利用達(dá)草滅對(duì)橘紅心大白菜愈傷組織進(jìn)行處理，并對(duì)其類胡蘿卜素含量進(jìn)行分析，結(jié)果顯示橘紅心大白菜合成八氫番茄紅素的能力與普通白菜并無差異。由于現(xiàn)有研究?jī)H對(duì)橘紅心大白菜類胡蘿卜素合成積累過程中某個(gè)或者某些相關(guān)基因進(jìn)行研究，從而導(dǎo)致了相關(guān)研究結(jié)果不夠全面，其積累機(jī)理沒有系統(tǒng)性的研究結(jié)果，因此橘紅心大白菜的類胡蘿卜素積累機(jī)理并不完全明確。

3橘紅心大白菜遺傳規(guī)律研究

余陽俊等[24]利用白色葉球自交系與橘紅色葉球純系作為父母本并對(duì)其F2代以及回交后代葉片顏色形狀進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，結(jié)果表明，一對(duì)隱性基因控制著大白菜橘紅色球葉性狀，這一結(jié)果與Matsumoto等[25]對(duì)橘紅色性狀田間表現(xiàn)的統(tǒng)計(jì)結(jié)果一致，認(rèn)為橘紅色性狀為一對(duì)隱性基因控制。張德雙等[26]利用不同球葉顏色（白色、黃色、橘紅色）的純系品種組合并對(duì)其子代、F2代、回交代的田間性狀進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，結(jié)果表明橘紅色性狀是由一對(duì)隱性基因控制的質(zhì)量性狀，并且與花色具有完全連鎖。張德雙等[27]以橘紅心大白菜和紫色外葉的普通白菜為親本研究其雜交代、自交代和回交代，結(jié)果表明橘紅色內(nèi)葉與紫色外葉互為獨(dú)立的非連鎖遺傳。耿新翠等[28]采用橘紅心大白菜自交系與普通白心自交系作為親本，并對(duì)其雜交代﹑自交代以及回交代進(jìn)行子葉顏色的遺傳與葉色的關(guān)系以及其穩(wěn)定性的研究，結(jié)果表明子葉顏色、花色以及內(nèi)葉顏色三者遺傳表現(xiàn)為一因多效，且子葉顏色較為穩(wěn)定。張立志等[29]對(duì)橘紅心大白菜球葉細(xì)胞中有色體個(gè)數(shù)以及類胡蘿卜素形態(tài)進(jìn)行了分析，結(jié)果表明球葉除球葉頂芽不含類胡蘿卜素外，其他球葉部位細(xì)胞都含有4～6個(gè)有色體，并且類胡蘿卜素呈晶體狀結(jié)晶。

對(duì)于橘紅心大白菜中球葉顏色的研究主要集中于球葉顏色的遺傳規(guī)律研究上，并沒有伴隨著對(duì)其類胡蘿卜素種類以及各種成分含量的多少進(jìn)行研究，所以這方面的研究有待提高。

4橘紅心大白菜相關(guān)基因研究

DNA水平的研究是從本質(zhì)上對(duì)某一物種進(jìn)行研究，自從1980年Botstein等[30]首次應(yīng)用RFLP（限制性片段長(zhǎng)度多態(tài)性） 作為構(gòu)建遺傳連鎖圖譜的遺傳標(biāo)記以來，分子標(biāo)記的種類不斷增加，分子標(biāo)記技術(shù)不斷完善，為從DNA水平上研究橘紅心大白菜中與橘紅心性狀連鎖的基因提供了有力的保障。

1998年，Matsumoto等[25]利用RFLP技術(shù)將橘紅心單隱性基因定位到大白菜DH系圖譜中，并確定了與其連鎖的3個(gè)RFLP標(biāo)記。王琦[31]采用集團(tuán)分離分析法（BSA）對(duì)196個(gè)大白菜F2代與橘紅色球葉顏色相關(guān)聯(lián)的RAPD遺傳標(biāo)記進(jìn)行篩選，并成功將一個(gè)RAPD標(biāo)記轉(zhuǎn)化為SCAR標(biāo)記。劉秀村等[32]對(duì)以純種橘紅心大白菜和純種白心大白菜雜交子一代的小孢子培養(yǎng)得到的雙單倍體系采用集團(tuán)分離分析法進(jìn)行RAPD分子標(biāo)記研究，找到一個(gè)與橘紅心球色基因連鎖且遺傳距離為3.8 cM，LOD值為19.05的分子標(biāo)記。王國(guó)臣等[33]則采用RAPD、RFLP分子標(biāo)記技術(shù)對(duì)雙單倍體系與橘紅心基因連鎖的分子標(biāo)記進(jìn)行研究，成功篩選到一個(gè)遺傳距離為8 cM 的RAPD標(biāo)記S1338656和一個(gè)遺傳距離為13 cM 的AFLP標(biāo)記P67M54172并成功轉(zhuǎn)化為SCAR標(biāo)記，得到田間驗(yàn)證。Feng等[35]以07A163和Chiifu為親本雜交，將得到的600個(gè)F2個(gè)體作為供試材料對(duì)橘紅心基因（or）進(jìn)行定位，并尋找新的與其具有連鎖關(guān)系的分子標(biāo)記，成功將or基因定位在第9連鎖群上的AC172873和AC189246分子標(biāo)記之間，遺傳距離為4.6 cM。

橘紅心大白菜基因的研究已經(jīng)進(jìn)入較快發(fā)展的時(shí)期，隨著各種分子標(biāo)記以及遺傳圖譜的更新，將控制大白菜橘紅心的關(guān)鍵基因分離出來已為期不遠(yuǎn)。

5橘紅心大白菜研究展望

橘紅心大白菜已經(jīng)出現(xiàn)很多年，雖然目前在橘紅心大白菜遺傳規(guī)律研究方面已獲得“橘紅心是由隱性單基因控制”的較為統(tǒng)一的結(jié)論，但在類胡蘿卜素合成的調(diào)控機(jī)理以及連鎖基因等方面的研究還比較薄弱，有很多問題需要解決。今后應(yīng)在橘紅心大白菜中類胡蘿卜素合成代謝調(diào)控機(jī)理以及相關(guān)酶類基因的克隆等方面加強(qiáng)研究，為橘紅心大白菜的選育提供更多的理論支持。

參考文獻(xiàn)：

[1]

孫慶杰，丁霄霖.番茄紅素的保健作用與開發(fā)[J].食品與發(fā)酵工業(yè)，1997，23（4）：72-75.

[2]徐偉，刁復(fù)強(qiáng).番茄紅素對(duì)人體健康的潛在作用[J].國(guó)外醫(yī)學(xué)衛(wèi)生學(xué)分冊(cè)，1998，25（2）：81-84.

[3]譚新平，王銀娜，劉晰.番茄紅素與癌[J].天然產(chǎn)物研究與開發(fā)，2001，13（4）：71-75.

[4]孫慶杰.番茄紅素前列腺癌及其它癌癥[J].廣州食品工業(yè)科技，1998，14（3）：30-32.

[5]Weisburger J H. Evaluation of the evidence on the role of tomato products in disense prevention[J].Proc.Soc.Exp.Biol.Med.，1998，218（2）：140-143.

[6]Minhthy L， Ngugen，Steven J， et al. Lyeopene：chemical and logical properties[J].Food Technology，1999，53（2）：38-45.endprint

[7]閆春蘭，劉子貽.番茄紅素保健功能的研究現(xiàn)狀[J].浙江大學(xué)學(xué)報(bào)：醫(yī)學(xué)版，2002（2）：139.

[8]Franceschi S， Bidoli E， Veccia C， et al.Tomatoes and risk of digestive-tract cancers[J].Int. J. Cancer，1994，59：181-184.

[9]楊曉云.高端白菜桔紅心大白菜 M168[J]. 蔬菜，2009（12）：13.

[10]徐家炳，陳廣，張鳳蘭，等.一種桔紅心白菜的選育方法[P].中國(guó)，99103404，X2002.

[11]蘇學(xué)軍，徐茂俊.彩色大白菜新品種紅抗1、2 號(hào)的選育[J].中國(guó)瓜菜，2005（4）：25-27.

[12]王翠花，何啟偉，牟晉華，等.橘紅心大白菜系列新品種[J].長(zhǎng)江蔬菜，2009（7）：9.

[13]宋廷宇，侯喜林，何啟偉，等.薹菜、大白菜與白菜營(yíng)養(yǎng)成分評(píng)價(jià)[J].山東農(nóng)業(yè)科學(xué)，2007（5）：21-22.

[14]金同銘，劉玲，唐曉偉，等.用近紅外光譜法測(cè)定大白菜的營(yíng)養(yǎng)成分[J].華北農(nóng)學(xué)報(bào)，1994，9（4）：104-110.

[15]張德雙， 金同銘， 徐家炳， 等. 幾種主要營(yíng)養(yǎng)成分在大白菜不同葉片及部位中的分布規(guī)律[J]. 華北農(nóng)學(xué)報(bào)，2000，15（1）：108-111.

[16]張德雙，徐家炳，張鳳蘭，等.不同球色大白菜主要營(yíng)養(yǎng)成分分析[J].中國(guó)蔬菜，2004（3）：37.

[17] 陳鵬飛，劉栓桃，張志剛，等.大白菜的類胡蘿卜素種類鑒定[J].中國(guó)農(nóng)學(xué)通報(bào)，2011，27（19）：137-143.

[18] 李娟.橙色大白菜類胡蘿卜素和黃酮提取測(cè)定方法及其積累規(guī)律的研究[D].楊凌：西北農(nóng)林科技大學(xué)，2007.

[19] 王玉萍，劉慶昌，翟紅.植物類胡蘿卜素生物合成相關(guān)基因的表達(dá)調(diào)控及其在植物基因工程中的應(yīng)用[J].分子植物育種，2006，4（1）：103-110.

[20] 侯耀兵，康保珊，黃進(jìn)勇.植物類胡蘿卜素研究進(jìn)展[J]. 中國(guó)瓜菜，2009（4）： 28-31.

[21] Shewmaker C K， Sheehy J A， Daley M， et al. Seed-specific over expression of phytoene synthase： increase in carotenoids and other metabolic effects[J]， Plant J.，1999，20（4）：401-412.

[22] Lu S， Van Eck J， Zhou X， et al.The cauliflower Or gene encodes a DnaJ cysteine-rich domain containing protein that mediates high levels of beta-carotene accumulation[J]. Plant Cell， 2006， 18（12）： 3594-3605.

[23] 張華敏，武云霞 ，張魯剛 ，等. 達(dá)草滅對(duì)橙色大白菜愈傷組織中類胡蘿卜素含量的影響[J]. 植物生理學(xué)通訊，2009，45（4）： 340-344.

[24] 余陽俊，陳廣.大白菜球色的遺傳[J].北京農(nóng)業(yè)科學(xué)，1993，11（5）：18-19.

[25] Matsumoto E，Yasui C，Ohi M，et al. Linkage analysis of RFLP marker for clubroot resistance and pigmentation in Chinese cabbage（Brassica rapa ssp. pekinensis）[J]. Euphytica，1998，104 （2）：79-86.

[26] 張德雙，張鳳蘭，徐家炳.大白菜花色和球色遺傳規(guī)律的研究[J].華北農(nóng)學(xué)報(bào)，2003，18（2）：81-84.

[27] 張德雙，汪維紅，張鳳蘭，等.大白菜橘紅色和紫色遺傳分析[J].中國(guó)蔬菜，2011（18）：25-29.

[28] 耿新翠，沈向群，侯華，等.橘紅心大白菜形態(tài)標(biāo)記的遺傳及穩(wěn)定性研究[J].中國(guó)蔬菜，2012（6）：21-26.

[29] 張立志，張魯剛，付文婷，等.橙色大白菜球葉細(xì)胞有色體的超微結(jié)構(gòu)觀察[J].西北農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào)，2010，19（12）：148-151.

[30] Botstein D，White R L ，Skolnick M， et al. Construction of a genetic linkage map in man using restriction fragment length polymorphism[J].Am. J. Hum. Genet.，1980，32（3）：314-331.

[31]王琦.大白菜橙色葉球基因分子標(biāo)記及雜種純度鑒定研究[D].楊凌：西北農(nóng)林科技大學(xué)，2006.

[32]劉秀村，張鳳蘭，張德雙，等.與大白菜橘紅心基因連鎖的RAPD 標(biāo)記[J].華北農(nóng)學(xué)報(bào)，2003，18（4）：51-54.

[33]王國(guó)臣，張鳳蘭，余陽俊，等.與大白菜橘紅心基因緊密連鎖的SCAR標(biāo)記[J].園藝學(xué)報(bào)，2007，34（1）：217-220.

[34] Feng Hui， Li Yuefei， Liu Zhiyong， et al. Mapping of or， a gene conferring orange color on the inner leaf of the Chinese cabbage （Brassica rapa L. ssp. pekinensis）[J].Mol. Breeding， 2012，29（1）：235-244.endprint