百香果遺傳育種及栽培生產研究進展

王翔宇，安 昌，秦 源,2,3,5，張文斌，蘇偉強，王小媚，鄭 平

(1. 福建農林大學生命科學學院，福建 福州 350000；2. 福建農林大學海峽聯(lián)合研究院，福建 福州 350000；3. 福建農林大學平潭科技研究院，福建 福州 350000；4. 廣西壯族自治區(qū)農業(yè)科學院園藝研究所，廣西 南寧 530000；5. 廣西大學農學院，廣西 南寧 530000；6. 龍巖市新羅區(qū)良種繁育場，福建 龍巖 364000)

百香果(Passiflora edulis)是西番蓮科(Passifloraceae)西番蓮屬(Passiflora)的草質藤本植物。其花色鮮艷，花型大而美麗，極具觀賞價值；果實香氣濃郁，具有香蕉、草莓等各種水果的清香，含有豐富的有機酸、果膠、類黃酮、氨基酸、生物堿、葉黃素、β-胡蘿卜素、維生素及微量元素等對人體有益的成分[1]，可以制作成果汁、果醬等深加工產品，是兼具觀賞價值與實用價值的特色經濟水果。百香果原產于巴西、阿根廷等南美洲國家，現(xiàn)廣泛種植于熱帶和亞熱帶地區(qū)。我國已有上百年的百香果栽培歷史，1901 年臺灣從日本引入紫果百香果，后傳入大陸，1936 年從夏威夷引進黃果百香果(P. edulisf.flavicarpa)[2]，1987 年經國務院批準，把百香果列為南方重點開發(fā)作物，開始大面積種植，其中福建和廣西是百香果的優(yōu)勢產區(qū)。

百香果果實營養(yǎng)豐富，且能長期掛果，全年可采，具有極高的經濟價值。近年來，我國百香果種植規(guī)模和產量逐年攀升，已形成一定的產業(yè)規(guī)模。然而，我國百香果產業(yè)依然存在諸多問題，如種質資源相對匱乏、品種單一、重復引種及良種創(chuàng)新少等，嚴重制約了百香果栽培育種等工作的發(fā)展；百香果病毒病和莖基腐病等問題，很大程度上阻礙了百香果產業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。鑒于此，本文綜述百香果遺傳育種、栽培管理技術、病蟲害防治及果實儲運等方面的研究進展及技術要點，以期為百香果良種選育和栽培技術創(chuàng)新等提供參考。

1 遺傳育種

目前，作為商業(yè)栽培品種的百香果主要有紫果百香果、黃果百香果及其雜交種。紫果百香果具有自交親和性，而黃果百香果具有自交不親和性，需外源授粉才能坐果；雜交種性狀位于兩者之間，自交可育[3]。此外，百香果遇高溫易落花落果，其生長對氣候因子要求嚴格。因此，百香果遺傳育種的主要目的是選育出優(yōu)質(果型大、果汁多、風味好)且高產(抗病、抗逆)的品種，傳統(tǒng)育種主要以引種和雜交育種為主，同時，分子標記也用于輔助育種。

1.1 選種與雜交育種

目前，許多國家和地區(qū)根據(jù)育種目標選種或引種百香果的優(yōu)良單株并進行推廣。美國從翅莖西番蓮(P. alala)中篩選出的品種‘Ribeirao Preto’具有良好的口感；臺灣目前種植的秘魯圓形種、泛美種和維琪種都是外來黃果品種；在廣東地區(qū)，從黃果百香果中篩選出較大果形、較高豐產潛能的‘華揚1號’[4]；夏玲等[5]從全國收集了15 份百香果品種在三亞進行試種，對其植物學性狀和果實性狀等進行分析，結果表明‘TN’‘MTX’等百香果品種適合生產推廣，抗病毒病的‘MG’‘HH’百香果在育種中具有重要作用；從臺灣引進的‘臺灣黃金百香果’實生苗中篩選出的‘福建百香果3 號’，具有豐產、耐高溫且更抗莖基腐病等特點，但耐寒性差，目前是福建省主栽品種[6]。

雜交育種能夠實現(xiàn)組合優(yōu)良性狀的目的，是優(yōu)質新品種選育的常用方法。近年來，各國積極開展百香果雜交育種，選育新品種。在英國，大果西番蓮(P. quadrangularis)與總花西番蓮(P. rocemosa)進行雜交，得到3 倍體植株，外觀近似于大果西番蓮；在美國，由肉色西番蓮(P.incarnata)與紅苞西番蓮(P.coccinea)雜交育成的新品種抗寒，生長旺盛；在巴西，產量最高的品種為Gioas-G01，含糖量高且具有橙子的風味；在澳大利亞，從紫、黃雜交種后代中選育出3 個品種，其中‘Purple Gold’和‘E-23’產量高而耐寒性較差，‘Lacey’長勢佳但產量偏低；在斯里蘭卡，從紫、黃雜交后代中選育出‘Rahanghale Purple’，果實出汁率高，是目前斯里蘭卡用于西番蓮出口創(chuàng)匯的當家品種；在我國臺灣，鳳山熱帶園藝分所將紫果百香果與黃果百香果雜交，選育出優(yōu)良無性系‘臺農1 號’，自交親和，產量高，品質好，至今仍是我國和東南亞各國的主栽品種[4]。近年來我國的百香果品種選育工作也有較大進展，以臺農1 號為母本、紫果百香果為父本選育的桂百一號自交親和性好，開花對溫度不敏感，適應性強[7]；以臺農1 號百香果和黃果百香果作為親本雜交育成的金都百香3 號自交親和性好，單株年平均產果18.53 kg，且豐產穩(wěn)定[8]；以巴西黃果百香果為母本，廣州本地黃果或紫果百香果為父本雜交篩選出汁用型大果型黃果和紫果新株系，果實出汁率達45%以上，且抗逆性強[1]。

1.2 原生質體融合

除雜交育種外，通過原生質體融合以及轉化引入新的基因能使百香果獲得優(yōu)良的性狀。Dornelas等[10]證實體細胞雜交植株能適應溫室條件，將黃果百香果與其他攜帶目的基因的品種進行融合再生是可行的。Davey 等[11]開發(fā)了百香果原生質體-植物系統(tǒng)，為西番蓮屬的生物技術開發(fā)奠定了基礎。此外，另有研究表明，含氧氟碳能促進原生質體及其融合產物的生長和再生[12]。而目前原生質體融合在百香果育種中應用較少。

1.3 分子標記輔助選擇

百香果產業(yè)存在良種資源少、品種單一、產業(yè)效益低等問題，應用親本優(yōu)勢、分子標記、雜交后代快速鑒定篩選等技術，選育出一批具有果實品質優(yōu)良、抗病害和耐貯運等優(yōu)良性狀的新種質具有重要意義。分子標記技術有利于特定農藝性狀的選擇，有助于百香果育種工作的開展。近年來應用于百香果育種的分子標記技術主要有簡單重復序列標記(SSR)、單核苷酸多態(tài)性標記(SNP)等。

遺傳多樣性分析及核心種質構建是作物育種的核心。Crochemore 等[13]利用PCR-RAPD 標記分析西番蓮遺傳多樣性，對西番蓮屬11 種70 份材料進行遺傳分析，結果表明具有較高商業(yè)價值的P. edulis和P. edulisf.flavicarpa種間有明顯的分離。SSR 標記在百香果果實中能檢測到高水平的DNA多態(tài)性[14]，可用于百香果和其他百香果屬植物的遺傳分析，對百香果雜交育種具有重要意義。另外，Grisi 等[15]利用SSR 標記鑒定遺傳育種中有潛力作為親本的多特異雜交種和野生百香果材料，結果表明，P.hatschbachii和P. quadrifaria，P. incarnata和P.edulis野生種質與其雜交獲得的種質間有聚類的趨勢。吳艷艷等[16]通過11 對完全型SSR 標記對百香果種質進行分析，結果表明38 個品種的遺傳相似系數(shù)為0.05～0.93，可以劃分為8 個亞群。Sousa 等[17]通過20 對ISSR 標記對百香果種質進行分析，結果表明百香果25 個野生種遺傳相似系數(shù)為0.26～0.84，可劃分為5 個群體。應東山等[18]通過16 對SSR標記對西番蓮種質進行分析，24 份百香果材料遺傳相似系數(shù)為0.09～1.00，可劃分為7 個群體。Costa等[19]以黃果百香果為材料，利用ISSR 標記對改良種質和未改良種質進行遺傳多樣性評價，發(fā)現(xiàn)未改良的基因型有較多的多態(tài)性片段。Cerqueira-Silva等[20]基于分子標記對黃果百香果和紫果百香果的病害進行研究，利用23 個微衛(wèi)星位點和6 個變量對36 份百香果品種對三種病害(木病毒、赤霉病和炭疽病)的反應進行分析，篩選出百香果抗病的遺傳材料。其中，‘BGP208’和‘BGP029’對木病毒、赤霉病有抗性，而‘BRS Gigante Amarelo’對炭疽病抗性較高。Oluoch 等[21]利用序列相關擴增多態(tài)性(SRAP)標記對肯尼亞西番蓮果實的遺傳多樣性進行研究，22 份西番蓮種質間的相似性系數(shù)平均值為0.755，表明在肯尼亞不同地區(qū)生長的百香果基因型中存在較多的遺傳變異。Rodriguez 等[22]通過開發(fā)單核苷酸多態(tài)性標記(SNP)發(fā)現(xiàn)，與地方品種和野生型相比，對栽培品種的基因型的選擇降低了百香果的遺傳多樣性。以黃果百香果為對照基因型，共鑒定出3820 個SNP 位點。然而，在紫色百香果果實中僅有966 個SNPs，說明紫果百香果單品種多樣性相對較低。

到目前為止，能被有效利用的分子標記數(shù)量仍有限，尚不能滿足開展西番蓮遺傳多樣性、分子遺傳圖譜構建和分子標記輔助選擇育種等研究需要。而百香果基因組信息的解析為分子標記的開發(fā)提供了便利。核型分析表明，百香果是二倍體，有9 對染色體。Ma 等[23]通過流式細胞術和K-mer 分析評估紫果百香果基因組大小分別為1.41 Gb 和1.27 Gb，利用HiFi 測序和Hi-C 技術，最終組裝得到1.28 Gb 的染色體水平基因組，contig N50 為70 Kb，預測得到39 309 個蛋白質編碼基因和1.1 Gb 重復序列，LTRs 是最主要的轉座因子，占基因組序列的75.35%。Xia 等[24]通過K-mer 分析評估紫果百香果的基因組大小為1395.76 Mb。百香果高質量基因組信息的發(fā)布促進了百香果分子標記的應用，從而助力選育優(yōu)良品種的百香果以及對不同物種間遺傳關系的認識。

2 栽培技術

2.1 組培快繁

百香果的組織培養(yǎng)研究集中在植株再生和原生質體融合、離體器官發(fā)生、合子胚和成熟胚乳的再生。對于百香果離體器官發(fā)生而言，在芐氨基嘌呤(BAP)濃度為1.0 或2.0 mg·L-1時，器官發(fā)生速度較快[25]。為減少乙烯積累對植株生長的不利影響，可在誘導培養(yǎng)基中添加硝酸銀(AgNO3)[26]。不同外植體材料對植株再生的影響不同，蔡建榮等[27]以MS為培養(yǎng)基質，觀察三種外植體材料繼代培養(yǎng)根系和葉片生長狀態(tài)，表明以百香果組培苗頂段莖段作為外植體，根系及葉片生長速度最快，形成的根數(shù)和葉片數(shù)最多，培養(yǎng)45 d 左右基本成苗，而中段莖段和下段莖段相較頂段莖段而言，成苗較慢。此外，蘇艷等[28]以百香果無菌實生苗的子葉、真葉及田間莖尖嫩葉為外植體進行組織培養(yǎng)，結果表明，子葉最容易誘導產生愈傷組織，誘導率為100%，最佳子葉愈傷組織誘導培養(yǎng)基為MS+6-BA 1.5 mg·L-1+NAA 0.2 mg·L-1，最佳不定芽分化培養(yǎng)基為MS+6-BA 1.0 mg·L-1+NAA 0.2 mg·L-1，最佳腋芽增殖培養(yǎng)基為MS+6-BA 1.0 mg·L-1+IBA 0.2 mg·L-1，最佳生根培養(yǎng)基為MS+NAA 0.3 mg·L-1。胚胎發(fā)生組織(如合子胚)的體外培養(yǎng)是百香果植株再生的一種較好的途徑，因為這些外植體對誘導體細胞胚胎發(fā)生的反應性較高。Wellington 等[29]對百香果花藥培養(yǎng)中體細胞胚胎發(fā)生的形態(tài)生理特征進行描述，為誘導百香果雄核發(fā)育以及百香果快繁和遺傳操作提供了依據(jù)。2,4-二氯苯氧乙酸(2,4-D)和4.5 μmol·L-1芐腺嘌呤(BA)具有從合子胚中誘導體細胞胚胎發(fā)生的作用，初生和次生體細胞胚胎發(fā)生具有高度增殖的特點[30]。近年來，Mikovski 等[31]描述了龍珠果(P.foetida)胚乳衍生的三倍體植物的完整形態(tài)特征，為百香果的遺傳育種提供了新的可能性。

2.2 種植技術

除了組培快繁之外，百香果的繁殖方式主要有實生苗、扦插苗、嫁接苗。實生苗主要是利用百香果種子播種培育，吸水吸肥能力強，抗旱能力較強，但是開花較少，容易變異；扦插苗主要是利用百香果莖進行扦插培育，相對實生苗而言，該方法能加快幼苗的生長速度，但易發(fā)生病蟲害，需做好防治措施；再次是嫁接苗，該方法主要利用砧木及接穗嫁接后進行培育，能保證幼苗根系完整，提高生長速度與產量[32]。百香果種子播種時，以下處理方式能提高紫果百香果種子萌發(fā)率。60 ℃熱激處理12 h、100 mg·L-1GA3處理12 h 和200 mg·L-1KNO3處理12 h 均可明顯提高紫果百香果‘臺農1 號’種子萌發(fā)率，其中以100 mg·L-1GA3處理12 h 的效果最好[33]。生理成熟期的種子最適于播種，其發(fā)芽率較高。水苔泥炭：珍珠巖＝4:1 混合基質透氣性和保水性較好，播種時將其覆土約2.0 cm 厚，保持環(huán)境溫度40 ℃，種子發(fā)芽率最高、發(fā)芽速度最快[34—35]。吳鳳嬋等[35]通過觀測不同百香果砧木實生苗及其嫁接苗生長特性，測定嫁接苗光合生理指標及葉片內源激素，采用主成分分析法綜合評價了5 個品系的百香果砧木，綜合評分最高的是引自福建漳浦的黃果品系DH-JW (P. edulis‘Flavicarpa’)。

就百香果的肥水管理而言，在新栽樹施肥時，需先使用氮肥來穩(wěn)定生長，待根系發(fā)達后再施0.5%尿素液或稀釋的人糞尿，以促進植株生長，以后每隔20 d 施肥一次；在開花結果期需結合開花情況進行有針對性的施肥[32]，花蕾期、幼果期分別葉面噴施1 次0.2%硼酸＋0.3%磷酸二氫鉀[36]；在休眠期進行施肥時，應以腐熟的有機肥為主。其次水分供應，由于百香果耐旱、耐濕力不強，注意保證水分適量，雨季則要做好排水措施[32]。

由于百香果為藤本植物，需借助棚架才能更好地生長，提高掛果率。棚架高度通常在1.8～2 m 較為合適[32]。近年來，生產上逐漸放棄了棚架，而改用效果更好的籬壁架，籬壁架橫線可以是1～3 道鋼絲，在熱量條件好的地方拉1 道鋼絲，減少用工量，在熱量稍差的地方，拉2 道鋼絲?！叭恕弊中渭苁桥锛芘c單線籬壁架的結合，既節(jié)約材料，又合理密植，用工量少，病蟲害發(fā)生率低，在亞熱帶地區(qū)應用前景較好。多地種植經驗與研究表明，不管如何搭架，均需采用垂簾式整形，有利于通風透光，減少病蟲害的發(fā)生，這是百香果種植的發(fā)展趨勢[37]。袁啟鳳等[38]分析了不同架式對百香果產量和成分的影響，‘臺農1 號’不同架式的產量依次為雙層架＞籬壁架＞T 形架＞V 形架＞Y 形架＞棚架＞A 形架；根據(jù)百香果成分分析，不同架式因子得分排序為V 形架＞Y 形架＞籬壁架＞A 形架＞雙層架＞T 型架＞棚架。近年來，國內外開發(fā)出百香果多種架式栽培方法以提高產量和品質，其中網(wǎng)面籬架式栽培便于百香果枝蔓攀爬固定，使各級枝蔓在一個平面內充分生長，以促進植物營養(yǎng)物質積累[39]。另外，對枝條進行修剪時，第一批果以一級支蔓和二級支蔓作為結果母枝，相比傳統(tǒng)的修剪模式可提早百香果植株開花結果時間，提早第一批果實的采收時間。

3 病蟲害防治

隨著百香果種植面積不斷擴大，病蟲害發(fā)生愈發(fā)嚴重，制約了百香果產業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。百香果病蟲害主要有莖基腐病、花葉病、疫病、病毒病等(表1)。由于百香果病毒寄主多，傳播速度快，對百香果產業(yè)影響極大。病蟲害防治主要采用化學和物理方法，一般根據(jù)不同種類的病蟲害選擇合適的化學試劑進行防治；物理方法主要有選育抗病品種，選栽無病種苗，加強田間管理，及時拔除銷毀發(fā)病植株，合理密植，修剪側蔓，保持通風透光。在種植的過程中，應采取“以防為主，以治為輔”的策略，最好控制植株不發(fā)病[32]。

表1 百香果病蟲害種類及其防治Table 1 Types of pests and diseases of Passiflora edulis and their control

續(xù)表

續(xù)表

4 果實儲運

百香果屬于呼吸躍變型果實，采收后其品質會迅速惡化[56]，因此在百香果儲運過程中需要采取延緩果實衰老的措施。百香果貯藏方式主要有熱水浸果處理、1-甲基環(huán)丙烯(1-MCP)保鮮劑處理、低溫貯藏、氣調保鮮等(表2)。研究表明，在百香果果實衰老過程中，1-甲基環(huán)丙烯和保鮮膜處理能顯著提高超氧化物歧化酶、過氧化氫酶和過氧化物酶等相關基因表達及酶活性，提高木質素積累量，延緩細胞壁降解。因此，兩種處理均能抑制貯藏期百香果果實衰老。保鮮膜處理的效果可能優(yōu)于1-甲基環(huán)丙烯處理[56]。Ballesteros 等[57]對中熟紫果百香果在6 ℃進行Xtend?穿孔袋、低密度聚乙烯(LDPE)袋及其與新型乙烯清除劑活性添加劑(ESAA)處理并保存21 d，發(fā)現(xiàn)添加乙烯清除劑的LDPE 袋可明顯延緩果實成熟，從而延長百香果保質期。此外，生物保鮮紙也能有效延長百香果的保質期。納他霉素和ε-聚賴氨酸保鮮紙均能有效維持果實的好果率及可溶性固形物、可滴定酸、維生素C、可溶性蛋白含量，且顯著增強果實超氧化物歧化酶活性，有效抑制果實霉菌及酵母菌的生長，較好地保持了百香果的貯藏品質。相較于ε-聚賴氨酸保鮮紙，800 mg·L-1納他霉素保鮮紙更適宜百香果采后保鮮，能有效地保持百香果采后貯藏品質，并延長貯藏期[58]。

表2 不同百香果貯藏方式及要點Table 2 Different storage methods and key points of Passiflora edulis

5 展望

百香果作為具有較高經濟價值的優(yōu)勢特色果樹，在我國華南各省區(qū)具有較高的種植需求。目前百香果產業(yè)發(fā)展迅速，但仍存在較多問題，極大制約其進一步發(fā)展。優(yōu)良種質是百香果產業(yè)發(fā)展的基礎條件，也是高產穩(wěn)產的基礎。因此，結合現(xiàn)代分子標記和組學技術，聚焦百香果各類育種工作具有重要意義。另外，病蟲害是制約百香果產業(yè)發(fā)展的重要問題，迄今圍繞不同病蟲害種類及其防治措施做了大量研究，而病蟲害致病分子機理研究相對較少。

盡管百香果的組培快繁技術已有較多研究，且用于無病毒苗生產，在此基礎上還需進一步開展抗病新品種選育、高純度抗病砧木苗培育等工作。高效的栽培管理技術是充分發(fā)揮優(yōu)良種質資源產量和品質潛力的關鍵。因此，有必要系統(tǒng)開展不同百香果品種在各個生長發(fā)育階段光照、溫度、水分等重要生態(tài)因子與其產量和品質相關性的研究，為精準農業(yè)管理提供理論依據(jù)。近年來，隨著基因組測序等多種技術的突破性發(fā)展，百香果基因組已被解析，為開展百香果生殖發(fā)育、果實品質形成、脅迫響應、抗病抗蟲等分子機理研究奠定了重要的基礎，百香果分子育種及相關技術也將快速發(fā)展。