茎瘤芥（榨菜）育种研究进展与展望

邹瑞昌，万正杰，王远全，王爱民，彭莹，宗洪霞

（1.重庆市万州区多种经营技术推广站，404000；2.华中农业大学园艺林学学院/华中农业大学园艺植物生物学教育部重点实验室；3.湖南省蔬菜研究所；4.重庆三峡农业科学院）

茎瘤芥（Brassica junceavar.tsatsaiMao）又名青菜头、菜头，是十字花科芸薹属的一种重要蔬菜，以瘤状膨大茎供食用，其加工成品称为榨菜。茎瘤芥不仅是重要的鲜食蔬菜，也是重要的腌制加工蔬菜，其加工产品历史悠久、风味独特，在国内外市场颇为畅销。全国茎瘤芥种植面积20万hm2左右，主要分布在重庆、浙江、四川、湖南、湖北等省市，以重庆种植和加工规模最大[1]。2016年，重庆市茎瘤芥种植面积10.7万hm2，产量280万t，综合产值95亿元[2]。重庆加工榨菜形成了陶坛装、塑料袋装、玻璃听装三大包装的涪陵青菜头、全形榨菜、方便榨菜、出口榨菜四大系列产品200余个品牌，产品销往全国各地以及出口东南亚、欧美等50多个国家和地区。过去15 a（2006-2020年），我国在茎瘤芥新品种选育、种质资源研究、育种技术研究和杂种优势利用等方面取得了较大进展，为榨菜产业的持续健康发展提供了有力的科技支撑。

1 新品种选育

据不完全统计，2006-2020年共有34个茎瘤芥新品种通过国家登记、省市审（认）定或鉴定，其中常规种、杂交种分别为24、10个，有力地推动了茎瘤芥品种更新换代。从品种类型看，以常规品种为主、杂交品种为辅，且实现了早中晚熟配套。20世纪90年代前，选育的茎瘤芥均是常规品种，如三转子、涪丰14、蔺市草腰子等[3]。2000年开始，茎瘤芥杂种优势育种取得重要进展，育成杂交品种涪杂2~8号、甬榨5号等。另外，早熟品种涪杂2号、胶研特选早榨菜等，晚熟品种涪杂8号、青晚1号等的成功选育，实现了早中晚熟品种配套和茎瘤芥两季种植，满足了鲜食和加工的不同需求。从审定渠道看，品种登记制度出台后，审定品种数量呈现井喷式增长。2017年，“茎瘤芥”被列入第一批29种《非主要农作物品种登记目录》，2018-2019年累计通过国家登记的茎瘤芥品种20个，占登记、审（认）和鉴定品种数量的58.8%。从选育单位看，主要为重庆市渝东南农业科学院、宁波市农业科学研究院、重庆市方正农业有限公司、重庆三千种业有限公司、绵阳福诚高科农业有限公司、四川蜀信种业有限公司、绵阳市全兴种业有限公司等16家科研院所和种子企业，其中重庆市渝东南农业科学院育成品种最多，为10个。

2 种质资源研究

茎瘤芥种质资源的鉴定、评价、分类和遗传研究是合理利用种质资源、选配亲本、创新材料、提高育种效率的重要基础。陈利萍等[4]利用组织培养技术辅助茎瘤芥材料选择，选育出株型整齐、性状优良、低空心率、低裂心率的茎瘤芥新株系。任锡亮等[5]通过田间自然发病鉴定和苗期人工接种芜菁花叶病毒（TuMV）鉴定，筛选出9份抗芜菁花叶病毒病茎瘤芥材料。沈进娟等[6]以“实践八号”育种卫星搭载的5个芥菜品种为材料，通过5 a的田间选择，获得了产量明显增高、品质有较大改善的茎瘤芥突变系。葛亚明[7]通过离体靠接法获得了茎瘤芥与甘蓝的种间嵌合体，并发现嵌合体表现出较强的抗病毒病和软腐病；刘斌[8]通过对茎瘤芥与紫甘蓝嫁接嵌合体后代的筛选，获得了综合性状较好的优良株系，后续研究也进一步证明种间嵌合体是茎瘤芥种质资源创制的新途径[9，10]。Li等[11]利用茎瘤芥与紫甘蓝的远缘杂交技术，获得了三倍体杂种及异源六倍体新材料，拓展了茎瘤芥种质资源库。刘义华等[1]在晚季栽培条件下对24份茎瘤芥种质资源的熟性、商品性、加工性和丰产性进行了初步鉴定，筛选出2份特晚熟性状突出的优良种质资源。通过典型相关分析、通径分析、遗传分析、主成分分析、聚类分析等开展了茎瘤芥种质资源评价和遗传研究，研究了茎瘤芥数量性状的相关遗传关系、农艺性状不同性状组间的关系、各生育时期农艺性状间的关系等，为茎瘤芥新品种选育和材料创新提供科学参考[12~19]。杨连勇等[20]对52份茎用及叶用芥菜资源主要农艺性状进行相关性和聚类分析，为芥菜育种中亲本选择和组合选配提供参考。近年来，分子标记方法开始应用到茎瘤芥的遗传多样性和亲缘关系研究中。陈发波[21]、方平等[22]采用表型分析和SSR分子标记对133份茎瘤芥种质材料进行遗传多样性分析，证明茎瘤芥种质材料遗传基础相对狭窄，同时对茎瘤芥的起源进化进行初步探讨。陈发波等[23]利用SSR分子技术对15份茎瘤芥材料的亲缘关系进行了分析，发现大部分供试材料亲缘关系较远，遗传多样性比较丰富。林清等[24]利用SCoT标记对46份芥菜种质资源（其中茎瘤芥5份）进行遗传多样性分析，并尝试构建指纹图谱。宋明等[25]利用ISSR和RAPD技术对28份芥菜种质资源（其中茎瘤芥4份）进行分析，发现综合2种标记数据的聚类结果和传统的分类方法不太一致。

3 育种技术研究

3.1 单倍体培养

芥菜类蔬菜小孢子培养技术已研究多年，其中叶用芥菜小孢子培养技术取得重要进展，已成功创制优良D H系并开始应用于育种实践[26~28]。但是，受基因型的影响，茎瘤芥小孢子培养依然较难，目前对茎瘤芥小孢子培养技术的研究较少，还没有建立起完善、稳定的培养技术体系，也未见将小孢子培养技术应用于育种实践的报道。张艳梅[29]对茎瘤芥小孢子培养诱导胚状体进行了初步研究，发现茎瘤芥株系B2-1014在1/2 NLN培养基中胚诱导率最高，为31.1%。顾祥昆等[30]对茎用芥菜等进行了小孢子培养，并研究了热激诱导处理、基因型、培养条件以及供体植株生长条件对小孢子培养的影响。

3.2 组织培养

建立高效稳定的组织培养再生体系是转基因育种的重要基础。近年来，茎瘤芥组织培养技术取得较大进展，已通过子叶、带柄子叶、下胚轴等外植体培养获得了再生植株，建立了较好的再生体系并开始应用于遗传转化。孙全等[31]采用正交设计法筛选出茎瘤芥子叶组培最佳培养基为MS+6-BA 3.0 mg/L+NAA 0.10 mg/L+2，4-D 0 mg/L+3 g/L琼脂粉，平均再生频率达90.67%。张艳梅等[32]以茎瘤芥的下胚轴为外植体进行离体培养，获得了较高频的愈伤组织诱导率及分化率，其中愈伤组织的诱导率达90.0%，不定芽诱导率达92.2%，不定根诱导率达97.8%。沈进娟等[33]建立了不定芽分化率达94.4%、不定根诱导率达83.4%的茎瘤芥（榨菜）高效离体再生体系，发现最佳诱导分化时间为20~25 d，最佳不定芽诱导的激素组合为6-BA 2 mg/L+NAA 0.2 mg/L。梁婷等[34]在优化茎瘤芥组织培养基的基础上，构建了茎瘤芥Cry2基因的RNAi载体，并尝试建立了茎瘤芥遗传转化体系，成功获得了转基因植株。朱学栋等[35]以茎瘤芥永安小叶品种为材料，开展了茎瘤芥子叶及带下胚轴茎段离体培养研究，发现子叶与叶柄的切口处极易产生愈伤组织，最适培养基为MS+1.0 mg/L 6-BA+0.2 mg/L NAA，愈伤组织分化率达到64%。

3.3 分子育种

借助芸薹属蔬菜基因组信息和高通量测序技术等，茎瘤芥QTL定位、功能基因克隆、基因组学等研究领域取得了不少进展。通过高通量测序技术和高密度遗传图谱，开展了芥菜基因组学研究，绘制了茎瘤芥的高质量基因组图谱，为茎瘤芥遗传改良和分子育种打下了基础。在茎瘤芥中开发了基于PCR的SV标记，并在构建的6条连锁群上检测到2个与茎膨大相关的QTL位点[36]。利用茎瘤芥转录组序列，通过EST-SSR分子标记构建包含17个连锁群的遗传图谱，并检测到4个控制茎质量的QTL位点[37]。杨景华[38]利用同源序列法克隆了榨菜CMS的不育基因orf220，同时通过转基因验证其功能[39，40]。利用AFLP和RACE方法，克隆了茎瘤芥不同发育时期表达的差异基因orf451，推测orf451参与了瘤状茎中皮层的多聚糖水解进而影响其膨大过程[41]。Cao等[42]通过cDNA-AFLP分析，发现受光照和温度调节的基因BjAPY2，并发现其可能在瘤状茎膨大过程中起重要作用。Shi等[43]发现视网膜神经胶质瘤易感基因BjuB.RBR.b和BjuA.RBR.b，认为它们可能与瘤状茎膨大相关；并发现在茎瘤芥瘤状茎细胞膨大，特别是髓细胞的膨大中可能起重要作用的基因BjXTH1和BjXTH2[44]。董丽丽[45]、Sun等[46]也对茎瘤芥茎膨大的分子机制进行了研究，克隆了茎瘤芥膨大相关基因。

4 杂种优势的利用研究

茎瘤芥细胞质雄性不育系的选育是茎瘤芥杂种优势利用的理想途径。目前，国内外报道的茎瘤芥细胞质雄性不育类型主要有欧新A CMS、hauCMS和orf220 CMS。欧新A CMS是史华清等[47]在云南的芥菜型油菜中发现并选育成的雄性不育材料，范永红等[48]、孟秋峰等[49]将欧新A不育胞质转育到茎瘤芥中，选育出不育彻底、综合性状优良的茎瘤芥雄性不育系，并陆续选育出涪杂系列、甬榨5号、青晚1号等杂交品种，欧新A CMS已成为茎瘤芥杂种优势利用最广泛的不育源。HauCMS是傅廷栋1999年在芥菜型油菜中发现的一种新的雄性不育材料，万正杰[50]以hauCMS为不育源选育了榨菜雄性不育系，并已用于茎瘤芥杂种组合的配制。Orf220CMS是以芥菜型油菜CMS与大白菜的种间杂种为不育源，通过回交转育获得的榨菜雄性不育系，其经济性状良好、雄性不育彻底、雌性功能正常、花器蜜腺发达、结籽性能好，应用前景较好[51]。虽然目前尚未报道hauCMS和orf220 CMS不育胞质选育成功的茎瘤芥杂交品种，但这2种胞质茎瘤芥雄性不育系的选育和应用，将丰富芥菜杂种优势利用的不育胞质类型，避免茎瘤芥雄性不育胞质利用的单一化。

5 展望

5.1 加强种质资源收集保护、精准鉴定和种质创制

目前，我国的茎瘤芥种质资源相对贫乏、遗传基础较狭窄，且很多材料均存在种性退化，优良性状表现不突出等问题。另外，芥菜为常异花授粉作物，对现有材料特别是表现优异的育种材料纯化势在必行。应进一步加强茎瘤芥种质资源的收集保护、鉴定研究、优良基因的挖掘，同时建立和完善小孢子、花药培养技术及远缘杂交技术体系，加快茎瘤芥种质资源的纯化，创制茎瘤芥特异新材料，拓宽茎瘤芥种质的遗传基础。

5.2 针对生产和市场需求走向多元化育种目标

现有茎瘤芥品种及综合品质难以满足生产和市场发展的需要。一是现有品种的抗（耐）病性差，抗逆性弱。近年来，茎瘤芥病毒病、根肿病、霜霉病等频频发生，造成茎瘤芥减产或绝收；同时，生产上缺少耐抽薹的茎瘤芥新品种，常发生未熟抽薹和腋芽抽生等现象，造成产量大幅下降。二是缺乏适宜鲜食和产品加工的专用优良品种。一直以来，茎瘤芥主要用作加工榨菜，品种以中、晚熟为主，但目前的茎瘤芥品种仍需手工去筋；另外不同熟性的品种仍然较缺乏，鲜食茎瘤芥对极早熟、早熟、极晚熟品种需求较大。三是缺少适宜各地生态气候环境条件种植的品种。目前，重庆和浙江是茎瘤芥的主产区，培育的品种也较多，但由于生态类型不同，两省培育的品种难以互引种植。今后，茎瘤芥育种目标将呈现多元化，主要培育不同熟性、丰产、抗（耐）抽薹、抗（耐）病（病毒病、霜霉病）、优质（高蛋白含量、高钙、高铁、低皮筋含量、低空心率）、适应不同生态环境种植的加工和鲜食专用新品种。

5.3 加快分子育种研究和应用

近年来，在茎瘤芥基因组学、开发与重要性状连锁的分子标记、功能基因克隆等方面取得了较大进展，但还远远不能满足实际育种的需要。今后，应进一步加大分子育种方面的研究力度，利用全基因组信息，筛选相关性状基因紧密连锁的标记，建立茎瘤芥全基因组背景选择育种技术体系，通过杂种优势育种、单倍体育种和分子标记辅助育种技术，创制高产、优质、耐抽薹、抗病毒病、抗根肿病育种亲本材料，对茎瘤芥重要农艺性状和品质性状进行品种改良，加快分子育种的实际应用。