生物技术在蔬菜育种上的应用

生物技术在蔬菜育种上的应用

摘要:生物技术是一门新兴、综合性的学科, 在蔬菜生产上的应用越来越广泛。从细胞工程、分子标记等方面概述了生物技术在蔬菜育种中的研究现状，简要分析了生物技术在蔬菜育种中应用的前景，并提出了我国目前生物技术在蔬菜育种中的研究方向。

关键词:生物技术;蔬菜育种;研究方向；应用

菜篮子工程的科技进步和经济发展，使蔬菜育种工作面临新的挑战，为了适应社会经济的发展和产业结构的调整，满足蔬菜市场流通和消费者的需要，亟待提高蔬菜育种技术，更新育种方法，缩短育种年限，更多更快更好地培育出蔬菜新品种。生物技术应用于蔬菜育种，是生物技术与常规育种的有机结合，具有创造变异多、育种目的性强、育种时间缩短、后代选择稳定快等优点，为培育高产、高抗、多抗、品质优良的新品种提供了科学的手段[1]。

1 生物技术概述

生物技术是应用自然科学及工程学的原理, 依靠微生物、动物、植物体作为反应器, 将物料进行加工以提供产品来为社会服务的技术。其发展阶段可分为3个阶段, 即传统生物技术阶段(如酿酒、酿醋、酿造酱油等)、近代生物技术阶段(如发酵技术、生物标本等)和现代生物技术阶段(新型发酵工程、酶工程、现代生物反应工程、细

胞工程或组织培养技术、基因工程、蛋白质工程和生化工程等) [2]。

2生物技术在蔬菜上的应用研究进展

蔬菜是人们日常饮食中必不可少的食物之一, 可提供人体所必需的多种维生素、矿物质和膳食纤维等。据国际粮农组织1990 年统计, 人体必需的维生素C的90%、维生素A的60%来自蔬菜[3]。随着人们对蔬菜保健功能的进一步认识, 蔬菜消费量呈逐年快速增加的变化趋势。我国是世界上蔬菜栽培面积最大的国家, 有着悠久的历史, 改革开放之后, 我国的蔬菜产业得到了前所未有的大发展, 蔬菜产值在种植业中仅次于粮食作物, 居第2位。蔬菜产业是一门发展极其迅速而且关系民生大计的重要产业。因此, 生物技术在蔬菜上的应用也显得极其重要。目前, 生物技术已经广泛应用于蔬菜育种领域。

2.1 我国蔬菜生产上存在的问题

改革开放以来, 我国蔬菜产业迅猛发展, 已成为我国农产品出口的优势产品。但近年来, 由于菜农缺乏全面系统的生态科技指导、优质品种的推广面积有限、农业高新技术使用率较低、低毒低残留的生物农药难以推广应用等问题, 使得“问题菜”大量出现, 主要蔬菜商业品种的遗传相似性愈来愈高, 优良育种材料愈益难求等, 从长远来看, 将成为蔬菜良种产业化持续发展的障碍[3]。我国蔬菜发展面临巨大的压力, 因此蔬菜产业的进一步发展离不开生物技术, 蔬菜产业是生物技术最有应用前景的产业之一, 意味着一场新的“革命”。

2.2 生物技术在蔬菜生产上应用的研究进展

“菜篮子工程”的科技进步和经济发展, 使蔬菜育种工作面临新的挑战, 这就要求把信息科学和植物生物技等高新技术的最新研究成果迅速应用到蔬菜育种工作, 以提高育种技术、更新育种方法、缩短育种年限、改良蔬菜新品种。因此, 作为蔬菜科技工作者, 有必要掌握这一新技术, 以便跟上现代科学技术发展的步伐,推动蔬菜产业的发展。

2.2.1细胞工程在蔬菜育种上的应用

细胞工程是以细胞为基本单位，在离体条件下进行培养、繁殖或人为地使细胞的某些生物学特性按人们的意志发生改变，从而改良生物品种和创造新品种，加速动物和植物个体的繁殖，或获得某些有用的物质的过程。在蔬菜育种技术方面主要有植物离体培养、花药培养、原生质体培养、人工种子等几个方面[4]。

2.2.2分子育种技术在蔬菜育种上的应用

分子育种技术的应用植物分子育种是指通过在分子水平上操作遗传物质, 从而达到改良植物品种的育种手段。它包括外源总DNA片段直接导入和植物基因工程两大技术体系。前者是将带有目的性状基因的供体总DNA片段导入受体植物, 通过对后代的筛选获得带有目的性状的新品种[5]。后者则是将控制目的性状的基因分离出来, 在体

外与转化载体构建成重组分子后再导入受体植物, 通过对转化后代的筛选获得表达目的基因性状的新品种。

2.2.2.1 外源DNA导入法的应用。

外源DNA导入技术是近年来在国内外迅速发展起来的一种新的分子育种技术。目前在蔬菜育种上多采用以整个植株体内的细胞为受体, 直接得到DNA转化的种子。花粉管通道法是发展较为完善、应用也较为广泛的外源DNA导入法,我国利用此方法进行蔬菜品质改良和抗体育种的研究开始较早, 研究也较深入[6]。外源DNA导入技术的研究开始就以育种为目标, 采用不同导入方式, 以多种不同作物为受体进行导入研究, 这将为在蔬菜育种上的应用和改良品种奠定基础。

2.2.2.2 植物基因工程的应用。

基因工程技术又称为DNA体外重组技术, 是现代化生物技术的核心内容之一。这种DNA分子的新组合克服了固有的生物种间的限制, 扩大和带来了定向创造新生物的可能。利用基因工程技术可以改良蔬菜性状, 使育种目标更加直接、明确。截至目前, 已获得转基因植株的蔬菜有番茄、辣椒、茄子、马铃薯、胡萝卜、甘蓝、花椰菜、大白菜、小白菜、生菜、菠菜、芥菜、茴香、豌豆、南瓜、黄瓜、西瓜、甜瓜、洋葱等[7]。

2.2.2.3 分子标记技术的应用

广义的分子标记(molecularmarker)是指可遗传的并可检测的DNA序列或蛋白质。狭义的分子标记概念只是指DNA标记, 而这个界定现在被广泛采纳[8]。分子标记是以个体间遗传物内核苷酸序列变异为基础的遗传标记, 是DNA水平遗传多态性的直接反映。分子标记可以鉴定蔬菜品种的纯度,利用遗传标记能加速蔬菜作物的育种过程, 蔬菜作物中目前已构建了番茄、马铃薯、辣椒、莴苣、甘蓝、胡萝卜、芥菜、豌豆、黄瓜、白菜、芹菜等20余种蔬菜遗传图谱[9]。

利用分子标记不仅可定位目标基因, 也可利用与目标基因紧密连锁的分子标记追踪目标基因, 进而进行分子标记辅助选择。

分子标记的应用为蔬菜种质资源和品种的鉴定、分类、遗传图谱构建及目标性状基因标记等提供了理想的方法。随着研究工作的深入发展和实践上的需要, 分子标记技术将会日益使用和完善。

3应用前景

生物技术育种与常规育种手段相比，有明显的优越性。第一，常规育种从整体水平，主要通过杂交育种来改良品种；生物技术则深入到细胞水平、亚细胞水平（包括细胞核、细胞器），特别是基因水平来改造生物的本性。第二，常规育种盲目性很大，方向性不定；生物技术则使定向改造生物有机体的目标得以逐步实现。生物技术的研究越是接近分子水平对生物体的改造就越接近定向性。第三，生物技术扩大了育种的范围，打破了种间的杂交障碍。由于发现最高等生物的细胞或原生质体与最低等生物（如细菌）的原生质体均能实现细胞水