广东黄瓜育种研究进展

梁肇均，陈 林，王 瑞，何晓明，林毓娥

（广东省农业科学院蔬菜研究所/广东省蔬菜新技术研究重点实验室，广东 广州 510640）

黄瓜是广东省的主要蔬菜之一，是市销、北运、出口的主要蔬菜。广东黄瓜栽培历史悠久，最早可追溯到汉朝。广东是华南型黄瓜的发源地之一，几乎全年都可种植，年种植面积达4 万hm2以上。广东对黄瓜品种的使用总体上可分为3 个阶段，先后经历两次大的品种更新，均促使广东黄瓜生产水平跨上新台阶。第一阶段是20 世纪60 年代以前常规品种的使用。主要种植的常规品种有大青、二青、宁青、港青以及汕头大吊瓜等地方品种，为了保持种性对地方品种进行提纯复壮［1］，地方品种种植时间长，适应性好，但产量低；第二阶段是70 年代开始杂种一代新品种的选育应用。广东省农业科学院蔬菜研究所（原经济作物研究所）等育种机构开展了杂种优势利用研究，使黄瓜产量得到大幅度提高，在早熟和抗病方面也得到很大改善，生产效率明显提升，带动菜农种植黄瓜的积极性，使黄瓜生产面积快速增长；第三阶段是本世纪初至今现代生物技术与传统技术结合育成多抗、丰产、优质黄瓜新品种。目前，广东科研单位选育出的新品种有早青系列、夏青系列、粤秀系列、力丰系列、华翠系列等20 多个，对广东黄瓜生产起到了很大的促进作用，社会效益和经济效益显著。

根据广东的气候特点，黄瓜种植主要集中在春季和秋季种植，以华南型、华北型品种为主，栽培方式多为露地种植。近年来大棚种植面积有较大辐度增加，随着大棚设施面积的扩大，水果型小黄瓜种植面积也在增加，产品除了本地销售外，还销往香港、澳门及省外。大面积设施种植以春夏季和秋季为主，珠江三角洲等地农民利用早春小拱棚种植提早上市，提高产值；粤西地区利用当地冬季温暖的气候特点，在秋冬季大量种植黄瓜北运销售，年种植面积3 000 多hm2。由于广东黄瓜主要是露地生产，春季低温多雨，夏季高温高湿，易引起疫病、霜霉病、枯萎病等主要病害，对黄瓜生产造成不良影响。尤其是疫病已成为黄瓜生产的限制因子，发病严重年份减产50%以上，产量和品质受到严重影响。因此，抗病、耐热、丰产、优质是黄瓜育种的重要目标。

1 黄瓜品种资源的收集与创新利用

广东省农业科学院蔬菜研究所自20 世纪50年代开始开展黄瓜种质资源收集、鉴评、保存和利用工作，20 世纪60 年代前主要是本地资源的收集整理以及地方品种的提纯复壮，这段时期广东生产上应用最多的黄瓜品种主要有大青、二青、宁青、港青以及汕头大吊瓜等提纯复壮的地方品种［1］。同时开始收集国内外资源，并进行资源的创新研究。卓齐勇等［2］从引进的早龙、黑龙黄瓜品种的第二代群体中发现全雌株、强雌株和普通株，用加强雌性化的方法，通过回交转育，选育出全雌性率90%以上的雌性系粤早75 和粤早82 大，为后期黄瓜杂交育种打下扎实基础。60 多年来，通过从国内外收集以及杂交、回交、物理化学诱变等途径，广东省农业科学院蔬菜研究所保存各类型黄瓜资源近千份。近年来，随着生物技术的进步，该所不但通过可靠性强的表型精准调查及利用生理生化指标对黄瓜资源进行筛选鉴定，还通过分子技术对黄瓜资源进行深入研究，如2009年通过耐热筛选试验获得4份耐热材料［3］，2012 年利用SSR 分子标记技术对50 份核心种质进行聚类分析和种质鉴定，为进一步开展资源鉴评和创新提供了理论依据［4］。

2 黄瓜新品种选育与相关技术研究

广东省农业科学院开展黄瓜新品种研究已有60 多年历史，华南农业大学、广州市农业科学院等单位也是省内进行黄瓜新品种选育及相关基础研究的主要科研机构。近几年，广东省良种引进服务公司等种业公司也相继开展了新品种研发。广东在黄瓜育种研究、雌性系利用以及抗病育种技术等相关研究方面居国内先进水平，育成早青系列（早青1 号、2 号、4 号、8 号）、夏青系列（夏青2 号、3 号、4 号）、夏盛、绿珍1 号、粤秀系列（粤秀1 号、3 号、8 号）、力丰系列（力丰、力丰2 号、3 号）、粤青1 号、粤丰、金满地、华翠1 号、华翠2 号、深青971、广研1 号、穗青黄瓜等一系列黄瓜品种［5-17］。这些新品种适应华南地区的气候特点，在抗病性、早熟性、丰产性、品质等方面有明显优势，在广东、广西、福建、海南等地均有大面积种植推广，在我国南方黄瓜生产中发挥了重要作用。

2.1 黄瓜杂种优势利用研究

广东省农业科学院蔬菜研究所早在20 世纪70 年代就率先在国内开展黄瓜雌性系遗传研究，利用创新的雌性系粤早75 和粤早82 大与黄朗、穗青、翠青等优良品种杂交，育成我国第一个利用雌性系作母本的黄瓜一代杂种早青1 号、最早熟的黄瓜品种夏青2 号，平均单产比津研2 号增产13%，并探索出一套完整的黄瓜雌性系育种技术。以优质的雌性系（强雌系）为母本、抗病材料为回交亲本，通过杂交回交转育致基因重组，并采用连续多代苗期人工接种抗性鉴定，辅以病圃自然发病选择的方法，筛选抗源材料；利用优质抗病雌性系（强雌系）母本材料与互补性强的父本自交系配制组合，经过组合测定、抗病母本性鉴定等手段育成优质高产抗病一代杂种［2,18］。早青2 号和夏青4 号等优良品种就是利用雌性系杂交育种技术育成，早青2 号是以抗病雌性系75-1 为母本、优质材料56 为父本杂交而成，抗枯萎病、疫病和炭疽病，耐白粉病和霜霉病。1991 年参加全国黄瓜抗病协作组所组织的露地春黄瓜新品种区试，早青2 号表现早熟、抗病、丰产，获综合总分82.5 分，在参试品种中排名第一；1993 年通过广东省农作物品种审定［6］。夏青4号则是利用多抗性雌性系，采用杂交、多代回交，结合苗期人工接种抗性筛选选育而成，具有抗枯萎病、炭疽病、细菌性角斑病、白粉病，耐疫病和霜霉病［8］。黄瓜雌性系的利用是基于解决黄瓜从常规育种到杂交育种后出现的源大库少、制种产量受限的问题。利用雌性系研制的杂种一代，雌花出现节位低，雌花多，单株结瓜多，既早熟又高产。同时通过一系列试验，研制出一套黄瓜雌性系化学诱雄和花期调控技术。黄瓜雌性系由于不需要母本去雄，简化了杂交制种技术，节省劳动力成本，提高了杂种一代的种子质量和产量，加速了成果推广［19］。

2.2 黄瓜抗病育种相关研究

广东黄瓜生产上的主要病害有疫病、枯萎病、霜霉病、炭疽病、白粉病等，尤其是疫病，是华南地区黄瓜生产的毁灭性病害，一般年份减产15%～20%，严重年份减产50%以上甚至失收。1979 年成立了由全国5 个科研单位组成的“黄瓜抗病育种协作组”，广东省农业科学院黄瓜课题组是主要成员之一；1983 年黄瓜抗病育种纳入国家科技攻关计划，抗病育种研究的广度和深度进展较快。

2.2.1 黄瓜抗病育种研究 广东省农业科学院和华南农业大学在黄瓜主要病害抗病育种方面进行了较深入的研究，涉及抗性材料鉴定、抗性遗传、病理组织学和抗性基因定位等方面。广东省农业科学院蔬菜研究所与广东省农业科学院植物保护研究所合作开展了黄瓜抗病育种研究，对黄瓜疫病的菌株分化、中间寄主、苗期人工接种方法及浓度进行了研究；从701 份黄瓜资源材料中筛选出抗病材料202 份，其中选育出当时国内第1 个抗5 种病害的黄瓜雌性系材料粤早82 大，该材料抗枯萎病、霜霉病、疫病、炭疽病和细菌性角斑病［20］。黄健坤等［21］对广州地区黄瓜疫病病原菌进行了鉴定和防治研究；谢双大等［22］对黄瓜抗炭疽病进行了苗期人工接种方法鉴定；林明宝等［23］研究认为黄瓜疫病抗性遗传以加性效应为主；2012 年起广东省农业科学院蔬菜研究所从广东8 个黄瓜主产区搜集黄瓜疫病菌株8 份，对其形态学和ITS 序列比对发现，疫霉菌均为瓜类疫霉菌（Phytophthora melonis），并通过人工接种对其致病力进行研究，发现瓜类疫霉菌对黄瓜，印度南瓜、节瓜、冬瓜的致病力较强［24］，由于传统黄瓜疫病接种采用的灌根法、喷雾法、注射法、涂抹法等多为活体接种，不能用于筛选抗性材料，不利于疫病研究的开展，因此该团队建立了离体子叶接种微菌块鉴定瓜类疫病抗性的方法［25］。该方法操作简单，节省时间，能一次性鉴定大量材料，且可以用于筛选抗性资源。团队通过对LecRK 家族基因的研究认为CsLecRK6.1特别受疫霉菌诱导，可能在黄瓜的抗疫病过程中起重要作用，可作为抗性分子标记辅助筛选材料［26］；同时，利用经过长期田间筛选获得的高抗材料JSH 与感病材料B80 构建F2代群体，通过全基因组BSA 分析，将黄瓜抗疫病性状定位在第5 号染色体上，并获得连锁标记Cs3419019［24，26］。

华南农业大学柴喜荣等［27］对黄瓜品种抗疫病鉴定并研究其防御相关酶系，结果显示，甜瓜疫霉侵染黄瓜幼苗后，抗性较强的黄瓜品种叶片过氧化物酶（POD）、多酚氧化酶（PPO）、苯丙氨酸解氨酶（PAL）、β-1,3-葡聚糖酶（GLU）活性均相对稳定，主要通过上调细胞壁合成相关酶活性抵御病原菌的侵染；相反，感病品种叶片中防御相关酶活性显著被诱导。赵秀娟等［28］对黄瓜抗枯萎病进行离体鉴定，通过比较10 种具有不同枯萎病抗性的黄瓜材料对两类选择压力的反应，确定了离体抗性鉴定的适宜选择压力为黄瓜枯萎病菌（Fusariumoxysporumf.sp.cucumerinum,FOC）培养液原液和1 mg/L 镰刀菌酸（Fusaric Acid,FA）粗制品溶液，适宜的鉴定时间为愈伤组织诱导期。黄瓜材料离体培养物对选择压力的反应与材料苗期抗病性比较一致。陈珉等［29］对黄瓜枯萎病抗、感品种在病菌入侵后的病理组织学差异进行了研究，结果表明，品种间存在明显差异，病菌从伤口进入导管后菌丝向上扩展的速度在抗病品种中较感病品种中慢，原因可能在于导管分子类型不同；抗病品种的皮层薄壁细胞间隙未观察到菌丝，表明抗病品种能抵抗病菌通过表皮入侵；观察到两品种木质部导管中出现侵填体、壁覆盖物、褐色物质及皮层薄壁细胞木栓化，但这些反应在抗病品种中出现较早，表明抗病品种较早形成保卫反应。

2.2.2 黄瓜主要病害流行预测等研究 何自福等［30］研究建立了广州地区黄瓜霜霉病流行速率预测模型。虞皓等［31］对温度影响黄瓜霜霉病菌产孢及孢子囊萌发进行研究。沈斌斌［32-34］对烟粉虱卵在黄瓜上的空间分布型、不同季节黄瓜上烟粉虱自然种群生命表以及烟粉虱天敌作用评价等方面进行了研究，认为在黄瓜生长的不同时期，天敌捕食对象是影响烟粉虱种群数量动态的重要因素；安新城等［35］对烟粉虱繁殖力的寄主适应性进行评估分析。张锦鹏等［36］对感染炭疽病黄瓜叶片中的游离脯氨酸含量变化进行研究。潘汝谦等［37］研究了清除酶类的活性氧在黄瓜感染霜霉病过程中的活性变化，发现感染霜霉病后，不同发病期均有活跃的活性氧清除酶类，越到发病后期，活性氧清除酶类活性越高。这些黄瓜主要病害流行预测和机理研究为下一步开展黄瓜病害的防治奠定了一定基础。

2.3 黄瓜耐热育种及抗逆相关研究

黄瓜是一种喜温性蔬菜，但35℃以上高温条件下则生长发育不良，严重影响黄瓜品质和产量，因此耐热研究也是广东黄瓜研究课题之一。广东省农业科学院蔬菜研究所是国内较早开展黄瓜耐热性生理研究的单位之一。1986 年，该研究所与日本农林水产省热带农业研究中心合作，开展了黄瓜等主要蔬菜耐热资源搜集、鉴定、利用和生理性研究，筛选和创新了一批黄瓜耐热、优质材料，摸索出了电导率法等测定黄瓜耐热性的方法［38］。何晓明等［39］研究认为，高温热害对黄瓜种子萌发前期（1～2 d）胚根和下胚轴的生长影响不大，还可加快种子萌发速度；高温持续则对种子萌发有明显影响，高温处理3 d 后幼苗生长势下降，特别是不耐热品种幼苗胚根和下胚轴的生长均受到明显抑制。品种的耐热性与其SOD 活性及脯氨酸含量相关，并筛选出耐高温优异材料。在此基础上广东省农业科学院蔬菜研究所育成了华南型耐热品种夏盛和力丰，华北型耐热品种粤秀3 号和粤青1 号等［40］。

华南农业大学、韶关学院等单位也开展了黄瓜耐热、耐冷方面的研究。陈清华等［41］对耐热黄瓜材料的创新进行研究，选出了3 份耐热黄瓜新材料。余炳伟等［42］对黄瓜耐热材料进行鉴定，发现黄瓜幼苗在高温胁迫下的死亡率、相对电导率和谷胱甘肽含量与植株的耐热性有较大相关性，并筛选获得2 个耐热性强的材料（02-4 和05-41）。周火燕［43］对CsMBF1c转化黄瓜的研究表明，超表达CsMBF1c可以提高黄瓜的耐热性。陈珊等［44］对黄瓜果实耐冷性与CsHSFs基因表达关系的研究结果表明，热处理和冷锻炼处理均可提高果实耐冷性，主要表现为显著抑制了果实相对电导率的升高和叶绿素含量的降低，较好地保持了果实的色泽和商品性状，但冷锻炼处理减轻果实冷害的效果比热处理明显。康云艳等［45］研究认为，低氧胁迫下，外源EBR 通过促进碳水化合物从叶片向根系分配及提高根系糖酵解代谢酶活性，增强黄瓜植株耐低氧胁迫的能力。王斌等［46］研究发现，阶段降温处理有效诱导了冷藏黄瓜的耐冷性，从而减轻其冷害程度；明显增加了冷藏黄瓜的总可溶性固形物含量和总可溶性蛋白质含量，降低了丙二醛含量、过氧化氢含量及超氧阴离子自由基产生速率，显著增强了SOD、CAT、POD 的活性，提高了相关酶基因的表达量。

2.4 黄瓜其他育种相关基础技术研究

广东省农业科学院、华南师范大学、华南农业大学、深圳大学、仲恺农业工程学院、韶关学院、广东海洋大学等科研单位和高校还对黄瓜选育种相关的其他基础技术进行了研究。

2.4.1 黄瓜幼苗培育及生理生化特性研究 何晓明等［47］对黄瓜子叶与下胚轴进行了离体培养研究。于明革等［48］研究了壳聚糖对黄瓜萌芽种子及幼苗生理生化特性的影响，表明壳聚糖能促进叶绿素合成和子叶增重，提高CAT、POD 和L-苯丙氨酸解氨酶的活性，增强超微弱发光强度。周俊辉等［49］研究了6-BA 和氨基酸对黄瓜子叶离体培养成花的影响。杨超荣等［50］用不同浓度的灸根处理黄瓜幼苗，以研究其对黄瓜幼苗生长及根系生理生化特性的影响，发现灸根稀释100倍可使黄瓜幼苗的株高、干物质和保护酶（SOD、POD、CAT）明显高于其他处理。杨桐彬等［51］研究了不同浓度水溶肥对黄瓜幼苗生长的影响，结果表明，浇施水溶肥可以促进黄瓜幼苗生长，水溶肥稀释500 倍时效果最佳，黄瓜幼苗的株高、茎粗、地上部鲜质量、地上部干质量、根鲜质量、根干质量、壮苗指数、第一片真叶长、第一片真叶宽均显著增加。杨荣金等［52］研究草酸对黄瓜POD 活性的诱导技术，认为草酸对POD 活性没有直接影响，但草酸能诱导局部叶和系统叶中不同形态POD 的活性增加，且不同部位活性增加的大小和时间有明显差异。

2.4.2 黄瓜基因组及再生体系等研究 伍春莲等［53-54］对黄瓜种子基因组DNA 的提取及RAPD反应体系进行优化，并研究了黄瓜老化种子基因组DNA 损伤与修复相关的RAPD。刘冰等［55-56］对黄瓜再生体系和除草剂抗性筛选体系的建立进行研究。宋佳丽［57］对光质调控黄瓜花性分化的转录组进行分析，认为较高蓝光比例R2B1 处理可能从茎尖激素信号转导途径、转录因子方面调控黄瓜苗期花性分化过程，从而增加黄瓜雌花数；此外，较高蓝光比例处理通过叶片光受体感应到光信号，调控叶片中CO、FT基因的表达，进而调控茎尖MADS-box 基因AGL和SOC1，从而促使雌花花芽较早出现并提早开花。

2.4.3 黄瓜品质等研究 Wang 等［58］从黄瓜果皮颜色的代谢组和转录组分析揭示了叶绿素和花青素代谢相关途径。何晓明等［59］对不同类型黄瓜的总糖、蛋白质、脂肪、维生素B2、维生素C和Fe、Zn、Ca、Se、P 等矿物质营养成分进行分析，并利用隶属函数综合评价了粤秀1 号等4个品种，认为黄瓜总糖、蛋白质、脂肪等营养成分品种间差异小，而维生素、矿物质含量品种间差异大。谢勇等［60］研究了不同肥料处理对迷你黄瓜产量和硝酸盐含量的影响。张志鹏等［61］研究表明，复合微生物菌剂在改善设施黄瓜品质、降低发病率、提高产量方面均具有显著功效。何晓明等［62］研究发现，华南型黄瓜果横径、单果重、果肉厚与产量呈极显著或显著相关。邓义才等［63］研究利用RAPD 技术鉴定黄瓜种子纯度。黄萍等［64］采用巴氏毕赤酵母 GS115 重组成功表达了黄瓜膨胀素，其表达产物可以促进纤维素酶对滤纸的水解。罗雪云等［65］对抗菌肽壳聚糖复合膜对水果黄瓜的保鲜作用进行试验，经21 d贮藏后，1.00%抗菌肽与壳聚糖复合膜处理的失水率仅4.97%，腐烂率16.67%，硬度由9.53 降至6.43，比空白组高42.50%，维生素C 含量为14.01 mg/100g，仅比贮藏前下降1.40%，果皮叶绿素含量0.63 mg/g，保鲜效果最佳。结果表明，抗菌肽与壳聚糖复合膜处理能明显延缓黄瓜的腐败、失绿，减少维生素C 和可滴定酸的损失，较好地保持黄瓜硬度。这些研究为黄瓜创新资源和选育种技术的提高打下了良好基础。

3 黄瓜育种主要存在问题

3.1 对本地黄瓜特色资源挖掘深度不足

广东黄瓜生产和销售以华南型、华北型品种为主。华南型黄瓜对广东气候适应性强，多数品种抗病抗逆性较强。华北型黄瓜品种大面积种植的情况始于20 世纪90 年代中后期，目前生产上种植的华北型黄瓜缺乏抗疫病品种，一旦疫病流行发病迅猛，严重时可致失收，严重影响种植者的积极性。已有研究对广东本地黄瓜特色资源挖掘深度不足，主要根据产量、品质等性状去挖掘，近期才对抗疫病等华南型黄瓜重要特色资源进行挖掘，对生产产生明显影响。华北型黄瓜目前还没有疫病抗原材料，国内其他省对黄瓜疫病的相关研究较少，因此仍需本区域的科研人员去攻克这种区域性严重病害。

3.2 利用现代育种技术起步较晚

目前广东黄瓜育种最常用的技术是杂种优势利用，从亲本选择选配上进行苗期抗病或抗逆力、配合力等筛选，但仍以传统育种经验为主。现代生物技术与传统育种结合起步较晚，包括分子标记辅助选择技术、遗传转化和基因编辑技术等现代生物技术还未完全进入实用阶段，使新品种选育进程偏慢，自主选育的黄瓜品种还不能完全满足社会需求。

4 展望

4.1 加强黄瓜资源收集鉴评，重视特色资源的挖掘利用

从世界各地收集、挖掘优异的黄瓜种质资源，并进行精准评鉴利用，同时重视本地一些特色华南型黄瓜农家品种的收集挖掘。华南型黄瓜栽培历史悠久，抗病耐湿品种资源丰富，应利用现代生物技术打破传统育种的局限性，采用单倍体技术，利用黄瓜原生质体培养出再生胚状体和小植株，利用黄瓜和南瓜 原生质体融合，利用质子束处理黄瓜种子，培育黄瓜异源三培体等新技术，可创制出有用的黄瓜资源；同时应重视基因组、蛋白组、基因编辑等技术手段创新抗病资源，丰富广东黄瓜基因库，满足育种技术需要。

4.2 改进并完善黄瓜育种技术手段，选育多样化品种

选育多抗优质丰产黄瓜品种，特别是能抗疫病、枯萎病等主要病害的新品种。目前广东省农业科学院蔬菜研究所已成功育成抗枯萎病的华北型新品种粤秀3 号、粤青1 号和粤丰，抗（耐）疫病的华南型新品种力丰、力丰3 号。因华北型缺乏黄瓜疫病抗原资源，可利用分子标记等生物技术选育抗疫病的华北型新品种，目前经过回交转育、分子标记辅助等手段，广东省农业科学院蔬菜研究所已获得了一批抗疫病较强的华北型中间材料。随着大棚种植面积的扩大，对优质丰产专用型设施黄瓜品种的需求迫切，筛选培育耐低温（晚上11～12℃）和耐高温性强、耐弱光（约3 万lx）、耐湿，抗霜霉病、白粉病等病害，优质丰产专用型设施黄瓜品种十分必要。此外，随着生活水平的提高，消费者对黄瓜品质的要求越来越高，进行品质育种，特别是营养成分特异品种如丙醇二酸含量高的黄瓜品种，具有广阔前景。