羽衣甘蓝育种研究进展
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作者: 李锋,刘瀅
摘 要：论述了羽衣甘蓝育种的现状及研究进展，重点就羽衣甘蓝的常规育种、优势育种及单倍体育种等方面的研究进展进行了综述，为羽衣甘蓝育种工作的开展及相关技术的研究提供理论依据。
关键词：羽衣甘蓝；育种；研究进展
中图分类号：S635 文献标识码：A DOI编码：10.3969/j.issn.1006－6500.2012.02.033
Research Advances on Breeding of Kale
LI Feng, LIU Ying
(Land and Fertilizer Management Station of Fuxin Rural Economic Committee,Fuxin,Liaoning 123000,China)
Ａｂｓｔｒａｃｔ: The research advanced of Kale on breeding, especially on conventional breeding, heterosis breeding, haploid breeding and so on were reviewed. The paper was significant to study, development and utilization of kale in future.
Key words: kale; breeding; research advances
羽衣甘蓝(Brassica oleracea var. acephala D.C. )是十字花科芸苔属甘蓝种的一个变种，两年生草本植物，观叶为主，观赏期达3~4个月，其株型丰满整齐，叶片形态美观多变，心叶色彩绚丽如花，整株酷似一朵盛开的牡丹花，人们形象地称之为“叶牡丹”。又因其喜冷凉气候，较耐寒，可忍受多次短暂的霜冻，在百花凋零的冬季和早春，是布置露地花坛、花台及盆栽陈设美化时不可多得的优秀用材。
1 形态特征与习性
羽衣甘蓝为二年生观叶草本花卉，为食用甘蓝的园艺变种。基生叶片紧密互生呈莲座状，叶片有光叶、皱叶、裂叶、波浪叶之分，外叶较宽大，叶片翠绿、黄绿或蓝绿，叶柄粗壮而有翼，叶脉和叶柄呈浅紫色，内部叶叶色极为丰富，有黄、白、粉红、红、玫瑰红、紫红、青灰、杂色等，非常漂亮。叶片的观赏期为12月至翌年3、4月份。株高一般为20～40 cm，
在4月份温暖、长日照条件下抽薹开花，总状花序，花浅黄色。果实为角果，6月份种子成熟，种子黑褐色扁球形，每1 g种子有300粒左右，不采种时应及时剪去花薹，以延长叶片的观赏期。
2 羽衣甘蓝的育种
羽衣甘蓝为典型的异花授粉植物，杂交优势十分明显，且多为自交不亲和[1-2]。国外的羽衣甘蓝品种选育多为商业育种，日本为羽衣甘蓝的主要育种国，近20年来己培育出了40多个品种。尽管日本、美国有很多品种投入市场，但其研究却很少有报道，仅有一些栽培、品种介绍及病虫害适应性栽培试验方面的零星报道。而中国对羽衣甘蓝的利用还主要停留在引种阶段[3-4]。对栽培及技术并未做具体研究，更少有人进行艰苦的育种工作，每年需要进口昂贵的种子，所应用的杂种一代，只能当代保持优良特性。因此羽衣甘蓝育种工作的开展迫在眉睫。
2.1 常规育种
1972年，泷井应用当时最先进的十字花科育种技术中的自交不亲和(杂交育种)F1育种技术，培育成了世界最早的皱叶系列F1红鹭鸶、白鹭鸶和圆叶系列F1红鹰、白鹰4个品种。后陆续又培育出多个品种，而现在以更高品质的鸥系列和鸽系列为主流。
顾卫红[5]通过多元杂交和人工自交，连续多代定向系统分离和筛选，选育获得9个园艺性状优良、各具特色的观赏型羽衣甘蓝特异新品系，通过不同单系间的组合测配和筛选鉴定，选育推出了2个抗逆性强，显色早，且观赏性优于日本名古屋系列的羽衣甘蓝新品种红妃和白妃，亟待加速新品种的转化利用。
李惠芬等[6]利用引进的国外羽衣甘蓝杂种一代品种创造了40余份新种质，选育出耐冻性增强3～7 ℃、晚抽薹15～45 d、观赏性优的“冬春l-l9号”系列羽衣甘蓝杂种一代新品种。
2.2 优势育种
羽衣甘蓝是典型的自交不亲和植物，优势育种作为其重要手段主要分为自交不亲和的利用和雄性不育的利用。
2.2.1 自交不亲和系(SI)的利用 自交不亲和性(self-incompatibility, SI)，又称自交不育性，是指能够产生正常的雌雄性器和配子的植物，因受体内自交不亲和基因的调控，致使自交或系内兄妹交不结实或结实很少的现象[7-8]。是被子植物在长期进化过程中形成的有利于异花授粉、阻碍自体受精的一种生殖隔离机制，是促进远系繁殖的最复杂和广泛的机制之一。
解莉楠[9]采用日本引进的16个羽衣甘蓝品种进行自交不亲和的研究，首先利用亲和指数法选育出自交不亲和株系，通过荧光显微法对其自交不亲和表现进一步验证；之后利用纯化的品系进行叶色、叶型的遗传分析，选育高观赏性的品系。经过2 年的自交选择，各品系自交不亲和性趋于稳定，选择出6个自交不亲和品系和1个自交亲和系。
由于自交不亲和系需要蕾期授粉繁殖种子，造成种子生产成本高，而且一些自交不亲和系经过连续多代自交，生活力衰退，自交不亲和性减弱，从而可能影响杂种一代种子的产量和质量。针对这一问题，育种目标开始转向雄性不育性研究[10]，以期找出优势育种的新途径。
2.2.2 雄性不育的利用 雄性不育育种因为其在商业上的巨大优势，成为当今育种领域的研究热点。利用雄性不育系配制杂交种是简化制种的有效手段，尤其是对人工去雄难的十字花科植物，可以降低杂交种子生产的成本，提高杂种率，扩大杂种优势的利用范围。
1947年，Sears[11]根据基因型划分将植物雄性不育分为核不育、质不育、核质互作不育3种类型，俗称“三型学说”。目前，关于羽衣甘蓝雄性不育的研究还处于起步阶段，且主要为细胞质雄性不育。
最早的胞质不育源是Ogura，由小仓[14]在日本萝卜品种留种田中发现的，并经过试验证明不育性是由细胞质基因和2对隐性细胞核基因共同控制。该不育性材料为彻底不育，不育性稳定，不受环境条件影响，但不足之处是苗期低温缺绿和蜜腺不发达，而羽衣甘蓝叶色叶形奇特，心叶缺绿时，观赏价值有增无减，因此Ogura胞质不育源在羽衣甘蓝上的应用具有重要意义。
祝朋芳等 [13]对改良萝卜胞质不育大白菜和羽衣甘蓝的种间杂交进行了研究，旨在为最终转育出异源胞质羽衣甘蓝雄性不育系奠定基础，但试验结果杂交时亲和性极低。
于晓艳[14]以羽衣甘蓝为父本，以紫菜薹、白菜和甘蓝3个胞质雄性不育系为母本，采用激光和高压静电场技术处理父本羽衣甘蓝花粉进行种间及种内杂交，通过种间和种内杂交成功转育羽衣甘蓝胞质雄性不育系。J3和E2处理能分别提高CMS紫菜薹×羽衣甘蓝和CMS白菜×羽衣甘蓝的种间远缘杂交亲和性；EJ、E2和J5处理能提高CMS甘蓝×羽衣甘蓝的近缘杂交结籽率，EJ效果最好。J3、J5和EJ能提高CMS甘蓝×羽衣甘蓝的近缘杂交千粒质量，J3效果最好。同时用3种培养基对胚珠进行培养，(I) MS+IAA 0.2 mg・L-1 +KT 2 mg・L-1，(II) MS+6-BA 0.2 mg・L-1和(III)MS+NAA 0.2 mg・L-1 3个培养基均能使授粉后30 d左右的紫菜薹×羽衣甘蓝胚珠萌发并长成幼苗，但(II)培养基效果最好。
2.3 单倍体育种
遗传稳定的纯合自交系在十字花科作物杂种优势利用中是必不可少的材料。常规育种获得一个遗传稳定、纯合的自交系，一般需要5～8年的时间。单倍体育种技术为缩短育种年限、提高育种效率提供了可能。所谓单倍体指具有配子体染色体数的个体，其染色体数目只有体细胞的一半。它的这一特点在作物育种上极为珍贵：⑴单倍体一经加倍，便可获得纯合的二倍体，这样可省去多代自交，快速地获得自交系；⑵ 单倍体植物的单套染色体不存在显性基因掩盖隐性基因的现象，因此，单倍体植株的表现型和基因型是一致的，这在杂交育种和诱变育种中可避免“误选”，从而可以大大提高工作效率。另外，单倍体也为现代基因工程研究提供了很好的受体材料。获得单倍体的途径很多，目前花药培养和游离小孢子培养是获得单倍体的两个主要途径。
2.3.1 花药培养 通过花药离体培养诱导胚状体能够快速得到单倍体植株，再经加倍即可获得纯合二倍体，可以加速育种材料的稳定，从而加快育种进程，缩短育种周期[15-19]。
黄普乐等[20]以羽衣甘蓝的花药为外植体，通过不同消毒处理时间，采用不同分化阶段的花药、不同激素浓度配比对羽衣甘蓝花药进行离体培养，筛选出最佳消毒处理时间、最佳分化阶段的花药、最佳诱导分化培养基。结果表明，用羽衣甘蓝花蕾大小为4～5 mm时期的花药，经0.1% HgCl 消毒处理8 min，在MS+BA 3 mg・L-1+NAA0.3 mg・L-1诱导分化培养基中诱导愈伤组织及不定芽的总体效果最好。但利用外植体诱导愈伤组织，再分化成植株，得到的植株倍性复杂，不能直接应用于育种。
王超楠等[21]以l0个羽衣甘蓝一代杂种为试材进行花药培养，在圆叶红心和皱叶红心两个品种上成功诱导胚状体并获得再生植株。
2.3.2 小孢子培养 游离小孢子培养是指不经过任何形式的花药预培养，直接从花蕾或花药中获得游离、新鲜的小孢子群体而进行培养的方法[22]。甘蓝游离小孢子培养亦花粉培养是获得单倍体植株的重要途径之一。比花药培养产生单倍体频率高，而且不受花药壁、花药隔等母体组织的影响。因此，小孢子培养有着花药培养不可替代的优点。小孢子植株隐性性状容易表现， 因而植株类型多样(生育期，叶形等)，同时可以得到纯合的多倍体，双单倍体，以及异源附加系和代换系，提供了多种遗传分析材料，加速了育种进程。
1982年，Lichter[23]首次报道了甘蓝型油菜小孢子培养的成功，为甘蓝类蔬菜游离小孢子培养奠定了坚实的基础。随后的小孢子培养研究中，Lichter[24]和Takahata等[25]在羽衣甘蓝、结球甘蓝中成功得到再生植株。1991年，青花菜、芥蓝小孢子培养获得了成功[26]。1992年，Duijs[27]报道获取了甘蓝小孢子培养的小孢子植株，至此甘蓝类绝大部分物种小孢子培养均获得成功。
而国内的甘蓝类小孢子培养技术起步较晚，尤其羽衣甘蓝游离小孢子培养尚属于探索阶段。姜凤英等[28]初步建立了羽衣甘蓝小孢子培养的再生体系，并获得再生植株。但比已报道的白菜、小白菜、青花菜等十字花科作物小孢子培养的小孢子胚状体诱导率低，说明影响诱导羽衣甘蓝小孢子培养的因素还很多。
Dias[29]在活性炭对羽衣甘蓝小孢子成胚诱导的作用试验中发现在培养基中加入微量的活性炭能够提高小孢子成胚诱导率。
通过Dias和Lichter的试验中发现，虽然在小孢子胚诱导上可以获得成功，但将胚状体进一步分化成苗却十分困难。
姜凤英等[30]在其后续报道中，研究了影响诱导羽衣甘蓝小孢子培养的因素。试验结果显示：羽衣甘蓝成熟小孢子胚转到固体培养基上可直接萌发成苗。成苗率与基因型、培养基成分和培养温度有关。MS+1.0%琼脂+3%蔗糖是适宜的成苗培养基；100 mg・L-1活性炭对鱼雷形胚成苗起促进作用；10 ℃低温培养10 d可提高成苗率。
3 展 望
3.1 完善游离小孢子培养技术
采用游离小孢子培养技术在两年内即可获得完全纯和的二倍体，可极大地缩短育种年限，提高育种效率。重点研究影响羽衣甘蓝小孢子胚胎发生、小孢子离体培养和植株再生，建立能稳定获得纯合二倍体的游离小孢子培养体系。
3.2 利用原生质培养及细胞融合技术
目前原生质培养已在甘蓝上获得成功，我们可以将其应用到羽衣甘蓝上。通过远缘杂交可为羽衣甘蓝的高抗病、高耐寒、雄性不育等特异种质资源的创新提供一个有效的途径。但远缘种属之间由于遗传或生理障碍的存在，很难杂交成功，通过原生质体培养和体细胞融合技术，可克服生殖障碍，实现遗传物质的交流。
3.3 利用分子标记技术
分子标记在羽衣甘蓝上的应用较少，目前，只在RAPD标记进行品种鉴定上有报道[31]，而在甘蓝上的应用已经较为广泛，包括基因定位、遗传图谱的建立、辅助选择等。我们可以将分子标记技术更广泛地应用到羽衣甘蓝上，促进目标基因在品种间的转移， 使得羽衣甘蓝种质资源的管理、利用和新品种的选育变得更加有效， 将极大地推动羽衣甘蓝的育种进程。
3.4 建立稳定的雄性不育系
采用多种手段培育羽衣甘蓝雄性不育系，可以通过转基因技术，可将某些雄性不育基因转到羽衣甘蓝自交系中，从而在羽衣甘蓝上获得更多的可利用的雄性不育系。尝试用原生质体融合技术将Ogura萝卜胞质的雄性不育性转换到羽衣甘蓝上。加强雄性不育方面的研究，使雄性不育系尽快用于商品生产。
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