罗汉果遗传育种研究进展

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　　摘要：从罗汉果[Siraitia grosvenorii（Swingle）C. Jeffrey ex Lu et Z. Y. Zhang]遗传育种和改良方面，综述了近年来种质资源、性状遗传规律、良种选育方面的研究进展，展望了今后的研究方向，旨在为罗汉果遗传改良与品种选育研究提供参考。
　　关键词：罗汉果[Siraitia grosvenorii（Swingle）C. Jeffrey ex Lu et Z. Y. Zhang];遗传育种;研究进展
　　中图分类号：R282         文献标识码：A
　　文章编号：0439-8114（2019）10-0009-04
　　DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2019.10.002           开放科学（资源服务）标识码（OSID）：
　　罗汉果[Siraitia grosvenorii（Swingle）C. Jeffrey ex Lu et Z. Y. Zhang]是葫芦科罗汉果属多年生草质藤本植物，花雌雄异株着生。罗汉果又称光果木鳖、假苦瓜、拉汉果等，以其果实入药，是中国著名的药食两用的中药材，具有润肺、利咽、通肠的功效[1]。主产于广西的龙胜、临桂、福永等地，湖南省、贵州省也有出产。罗汉果果实中含有甜苷V，是蔗糖甜度的400～500倍，且热量低，是糖尿病人、肥胖者和高血压患者的理想甜味剂，在食品、药品、保健品中应用广泛[2]。
　　近年来，随着罗汉果需求增加，导致大量罗汉果野生种质受到破坏，甚至有濒临灭绝的危险;人工栽培也存在品种混杂、种质退化等问题，严重影响罗汉果的产量和质量[3]。罗汉果育种事业的发展与否关系到下游罗汉果产业能否健康、可持续发展。因此，加强罗汉果遗传育种和改良的研究就很有必要。从罗汉果遗传育种和改良方面，综述了近年来罗汉果种质资源、性状遗传规律、良种选育方面的研究进展，展望了今后的研究方向，旨在为罗汉果遗传改良与品种选育研究提供参考。
　　1  种质资源保护
　　罗汉果种质资源的研究多集中在种质的遗传多样性评价方面。保持广泛的遗传基础是遺传改良工作中的重要任务，新种质的创制依赖于改良过程中维持足够的遗传多样性。罗汉果的种质资源是良种选育和栽培生产的重要基础，可以为罗汉果品种改良提供丰富的变异来源。钟仕强[4]研究了罗汉果的主要分布，罗汉果在广西、广东、江西均有分布，桂林永福、临桂为栽培发源地;而野生资源呈散生分布状态，金秀大瑶山有较大的群落。李媛等[5]研究表明，罗汉果野生种群分布格局呈随机或集群分布，不同种群聚焦强度有差异。彭云滔[6]利用ISSR标记和RAPD标记对广西、广东9个种群进行遗传多样性分析，研究指出广西永福和金秀的居群具有较高的遗传多样性水平，是保护和利用的重点;同时，罗汉果居群间存在较大遗传分化，因此不同地域野生罗汉果种质均要收集、保护与利用。周俊亚[7]对栽培罗汉果遗传多样性进行分析表明，罗汉果的主要栽培品种青皮果和红毛果的遗传多样性很低，但有少数形态差异较大的样品具有较大的遗传差异;茶山果和冬瓜汉具有相对较高的遗传多样性，是良好的遗传育种材料;雄株也具有较高的遗传多样性。戴俊[3]利用ISSR和RAPD 2种分子标记技术分别构建了罗汉果栽培种质与野生种质的DNA指纹图谱，并进行了遗传多样性分析，结果表明，总体上罗汉果各品种种质之间的亲缘关系较近。整体上，野生种质比栽培种质具有更高的遗传多样性;同时雄株较雌株具有更高的遗传多样性;在杂交育种的雌雄组合上，栽培与野生的杂交组合比栽培种质间、野生种质间的雌雄组合更佳。王娟等[8]报道了基于EST序列，对1个野生罗汉果种群21个样品进行多样性检测的研究，结果表明，检测的所有位点均具有多态性，等位基因数为2～11，观测杂合度0.095～0.994，期望杂合度0.092～0.889。
　　在罗汉果种质综合评价方面，白隆华等[9]对罗汉果种质资源定量评价进行了研究，建立了罗汉果种质综合评价方法，选出永青1号新品种与主栽品种为优异种质。罗汉果种质资源一般通过无性扩繁之后在异地建立种质基因库的方式保存，刘华英等[10]研究了罗汉果茎尖玻璃化法超低温保存方法，为罗汉果种质保存提供了新的思路。
　　2  性状的遗传学研究
　　性状的遗传参数是确定选择方式、制定改良计划的重要依据。莫长明等[11]通过杂交手段研究罗汉果性状遗传规律，发现罗汉果近交后代存在明显衰退，表现在花和果变小，叶片畸形;罗汉果杂交后代与母本在果实横径、果实纵径、单果重上存在显著差异，一些F1代总苷含量和甜苷V含量高于母本。其中，果实大小、总苷含量、甜苷V含量性状具有明显超亲优势，但是未见罗汉果相关性状遗传参数估算的报道。罗汉果雄性败育株与正常雌性株杂交，后代雄性植株全部花粉败育，雌株后代发生种子败育。改良过程中，了解性状之间遗传相关的信息是非常重要的。罗汉果单果重、总甜苷、甜苷V等经济性状在杂交子代间的变异较大，存在选择的潜力[12]。性状广义遗传相关研究表明，单果重与果实纵径呈极显著正相关;总苷含量与果形呈极显著正相关，总甜苷含量与甜苷V含量呈显著正相关[12];甜苷V含量与果肉含量、水浸出物含量呈显著相关，与总糖含量、总苷含量呈极显著相关关系[13]。通过杂交授粉选育新种质还要进一步研究罗汉果重要经济性状的加性效应或狭义遗传相关性，因为在杂交育种中，只有加性等位基因效应才能稳定遗传。间接选择的改良效果取决于2个性状的遗传相关大小和性状各自的遗传力大小，因此为了达到理想的间接选择效果，还要综合考虑改良性状的遗传力等遗传参数。
　　3  良种选育
　　植物的良种培育方式受到培育目标、种苗繁育方式、植物繁殖生物学特性等因素的影响。因为罗汉果成熟的苗木组培技术，使得罗汉果杂交后代的选择方式以单株选择为主，用表现最优良的单株进行组培扩繁，以充分利用杂交后代的非加性效应和上位效应。提高单株产量、单果大小、果实总苷、甜苷V含量等性状表现是罗汉果改良的重要目标，近年来罗汉果抗病育种也逐渐受到重视。罗汉果的育种手段以杂交育种、诱变育种、分子辅助育种为常见。 　　3.1  杂交育种
　　杂交育种的原理是通过基因重组产生后代的新变异，再通过对后代的目标性状的选择来获得遗传变异。杂交育种目前仍是罗汉果种质创新的最经济、最有效的方式，因此得到研究者的重视。梁贵秋等[14]在罗汉果种植园中选择长势良好，无病毒，挂果多的优良单株8株，然后通过组织培养和设施栽培的方法，从各世代选优培育出1个优良单株，定名为福汉2号;马小军等[15]以罗汉果青皮3号为母本，冬瓜果为父本进行杂交，从其F1代实生变异株中选择优良单株，经组培繁育而成雌性无性系品种普丰青皮。马小军等[16]选育的永青1号罗汉果是以龙江青皮果作母本，以冬瓜果作父本杂交获得F1代，再从F1代变异株采集种子进行组培，再从培养苗木中选出罗汉果新品种。新品种产量高、果个大、果形美观、抗逆性和适应性强、干果产品商品性能佳，综合性状明显优于当地生产上主要推广的品种。何金旺等[17，18]从青皮果品种中通过无性系单株选择、定向培养的方法选育出具有耐肥耐旱、成熟一致、种性稳定和适应性强等优良特性的新种质伯林二号和伯林三号。
　　3.2  多倍体育种
　　多倍体育种是罗汉果新品种选育和丰富遗传变异的重要手段。多倍体常具有原二倍体祖先所不具有的新性状。如植株生长旺盛、营养器官变大、抗逆性增强、生态适应性增强以及光合效率提高等。利用多倍体的效应获得大的果实或营养器官产品;多倍体生理特性的变化引起新陈代谢及其产物变化，因此在植株的有效化学成分含量和品质上产生变异，利用多体倍还可以获得无子或少子的果实，这些变异对植物品质育种意义重大[19]。闫志刚等[20]用秋水仙素对罗汉果进行处理以诱导多倍体，采用0.1%秋水仙素滴生长点的方法使罗汉果染色体加倍率最高，诱变率达24.37%。多倍体罗汉果植株形态变异表现为叶片厚度和叶面积增加;叶片气孔变大，而气孔密度显著降低;花瓣长、宽和子房纵径、横径均增大[21]。
　　三倍体无子罗汉果在生产和应用上有特殊优势，因而成为多倍体罗汉果研究的重点。李锋等[22]报道了通过四倍体雌株与二倍体雄株杂交获得的三倍体无子罗汉果，并研究了其形态特征、生长规律和果实品质。莫长明等[23]将甜苷V含量高的二倍体主栽品种农院B6与自然加倍四倍体雄性株系药园败雄1号进行杂交，获得杂交F1代三倍体罗汉果，这是国内首次通过雄性多倍体选育成功的無子罗汉果。黄夕洋等[24]以同工酶研究三倍体罗汉果与其亲本遗传关系，结果表明，三倍体罗汉果育种亲本间存在杂种优势，且更倾向于其母本遗传。闫海锋[25]研究也发现，三倍体罗汉果主要农艺性状特征与四倍体母本的性状特征较为接近。韦荣昌等[26，27]应用ISSR和RAPD分子标记探讨多倍体无子罗汉果及其亲本材料的遗传背景，结果均表明，F1代三倍体与四倍体母本平均相似系数更高，遗传上倾向于母本。
　　3.3  分子辅助育种
　　分子辅助育种技术因其具有可以加快育种进程，提高选择精度，降低选择成本，特别对低遗传力的性状可以提高选择效率等的优点，近年来成为罗汉果育种研究的新热点。
　　刘丽华[28]利用ISSR和SRAP技术构建了罗汉果遗传连锁图谱，并检测了控制罗汉果果实鲜重、果实横径、果实纵径、果形指数的QTL。韦荣昌等[29，30]应用ISSR和RAPD分子标记研究罗汉果三倍体雌株与二倍体雄株的遗传背景，罗汉果三倍体雌株和二倍体雄株遗传背景的复杂性较低，应进行种质创新，增加无子罗汉果亲本的遗传多样性。莫长明[31]研究了果实发育期罗汉果甜苷V与其合成前体的代谢规律，并克隆了关键代谢酶基因与研究表达，为罗汉果甜苷V生物合成研究与基因工程育种提供了新的线索。唐其等[32]采用全基因组鸟枪法（WGS）对罗汉果基因组进行调查测序，首次估测了罗汉果基因组大小，约为344.95 Mb;同时发现罗汉果有较高的杂合率和较多重复序列，提出采用全基因组鸟枪法结合Fosmid-to-Fosmid/BAC-to-BAC策略测序，以提高基因序列拼接和组装效率。
　　罗汉果有性繁殖后代不结果的雄株偏多，在开花前难以鉴别雌雄，给罗汉果的良种选育和品种推广造成困难。因此，需要对罗汉果早期性别鉴别进行研究。秦新民等[33]研究发现，利用随机扩增多态性DNA（RAPD）技术，有4个引物（S60、S90、S100、S343）能在罗汉果雌雄株间扩增出差异性片段，可以用作罗汉果性别鉴别的特异性分子标记。黄姿梅[34]用随机引物扩增多态性RAPD分子标记研究罗汉果雌雄株的差异，推测S60-750序列、S90-300序列、S90-400序列可能与性别基因有较为密切的关系;采用EST同工酶技术对鉴别罗汉果实生苗性别进行了初步研究。
　　罗汉果栽培易受到花叶病毒危害，而罗汉果自然存在的抗病基因资源罕见，除了通过常规杂交育种手段利用抗病基因外，转基因技术也为罗汉果抗病基因筛选提供了新的途径。李文兰等[35]从拟南芥中克隆抗性基因NPR1，用农杆菌介导法导入罗汉果，获得对烟草花叶病毒具有一定抗性的转基因罗汉果植株。谭秀梅[36]通过农杆菌介导法获得了89株抗花叶病毒转基因罗汉果植株，使罗汉果植株获得一定的广谱抗花叶病毒特性和抗除草剂特性。
　　通过利用高辐射等特殊环境因素可以提高罗汉果变异概率，创造传统育种手段不易出现的变异，为罗汉果育种提供更多优异种质。向巧彦等[37]运用ISSR分子标记技术，对28个航天诱变罗汉果及主栽品种进行了全基因组多态性检测和聚类分析。结果显示，部分航天种质已经产生遗传分化，可能获得了有益的突变。
　　4  展望
　　随着罗汉果产业发展，社会对罗汉果的需求不断增加，而目前罗汉果良种的培育未能满足当前种植需要。因此，罗汉果良种选育还有待进一步研究，主要有以下几个方面。
　　1）加大罗汉果种质资源收集保存利用力度。野生罗汉果基因资源丰富，其遗传多样性远远高过栽培罗汉果[3]。应合理开发利用野生罗汉果遗传资源，在研究与选择种质资源优良性状的同时，加强野生种质资源搜集和保存。重点改良罗汉果产量、药用品质、抗虫性和抗病毒等性状，将常规育种技术与细胞生物学、基因工程和分子辅助育种等技术手段结合，增加高世代育种中的有效群体数量;罗汉果野生种质是非亲缘关系材料的丰富来源，从中发掘有利基因，是丰富罗汉果遗传改良基础，也是扩大选择范围和加快种质创新的有效途径。 　　2）加强罗汉果关键性状的遗传规律研究。遗传方差与遗传力等遗传参数的估算对于了解群体及育种群体的遗传结构具有重要意义。在改良计划中，重要性状遗传参数，如遗传力等参数，是决定田间试验的类型与规模的依据，同时也是制定恰当的选择策略的前提，比如，改良工作应优先考虑遗传力较高的性状，可获得较好的选择响应。
　　3）因地制宜，良种良法。不适宜的栽培措施会抵消罗汉果良种选育工作所获得的效益，因此，进行良种选育的同时，也要加强罗汉果栽培技术的研究，因地制宜发展适合当地栽培的品种，使有效的良种选育与适宜的栽培技术相辅相成，提高罗汉果的种植的效益。
　　参考文献：
　　[1] 国家药典委员会.中华人民共和国药典.一部[M].北京：中国医药科技出版社，2015.
　　[2] 康公平，李建新，高健强，等.罗汉果种质资源创新研究进展[J].安徽农学通报，2017，23（14）：127-128.
　　[3] 戴  俊.罗汉果种质资源的DNA指纹图谱研究[D].广西桂林：广西师范大学，2010.
　　[4] 钟仕强.罗汉果的研究现状[J].广西农业科学，1992（4）：164-166.
　　[5] 李  媛，梁士楚，黄元河，等.野生罗汉果种群分布格局研究[J].广西植物，2007，27（4）：581-584.
　　[6] 彭云滔.野生罗汉果遗传多样性的ISSR和RAPD分析[D].广西桂林：广西师范大学，2005.
　　[7] 周俊亚.栽培罗汉果遗传多样性的ISSR、PAPD和AFLP分析[D].广西桂林：广西师范大学，2005.
　　[8] 王  娟，韦素娟，李丽云，等.罗汉果EST-SSR引物开发[J].分子植物育种，2016，14（12）：3449-3452.
　　[9] 白隆华，马小军，莫长明，等.罗汉果种质资源综合指数定量评价研究[J].中国中药杂志，2007，32（23）：2482-2484.
　　[10] 刘华英，覃灵华，罗春玉，等.罗汉果茎尖超低温保存后再生植株的遗传稳定性研究[J].安徽农业科学，2010，38（2）：629-631.
　　[11] 莫长明，马小军，刘为军，等.罗汉果主要性状遗传效应研究[J].广西植物，2009，29（6）：899-904.
　　[12] 莫长明，马小军，齐力旺，等.罗汉果遗传性状变异、相关及通径分析[J].北京林业大学学报，2008，30（4）：121-125.
　　[13] 刘为军，马小军，莫长明，等.罗汉果主要性状相关分析与通径分析研究[J].南方农业学报，2009，40（3）：284-289.
　　[14] 梁贵秋，李  全，陆  飞，等.罗汉果新品种——福汉2号[J].农业研究与应用，2009（2）：45-46.
　　[15] 马小军，莫长明，白隆华，等.罗汉果新品种‘普丰青皮’[J].园艺学报，2009，36（2）：310.
　　[16] 马小军，莫长明，白隆华，等.罗汉果新品种‘永青1号’[J].园艺学报，2008，35（12）：1855.
　　[17] 何金旺，覃正维，李伯林.罗汉果新株系“伯林三号”高产栽培技术[J].广西农学报，2007，22（1）：46-47.
　　[18] 何金旺，李伯林.伯林二号罗汉果高产栽培技术[J].南方农业学报，2007，38（1）：80-83.
　　[19] 付  伟.罗汉果二倍体及四倍体遗传变异研究[D].北京：北京协和医学院，2011.
　　[20] 闫志刚，白隆华，马小军，等.不同秋水仙素处理方法对罗汉果植株变异的影响[J].种子，2012，31（2）：97-98.
　　[21] 闫海锋，黄夕洋，梁  萍，等.二倍体与多倍体罗汉果生物学性状的比较研究[J].广西科学，2011，18（2）：177-180.
　　[22] 李  锋，蒋向军，蒋水元，等.无籽（少籽）罗汉果培育成功（简报）[J].广西植物，2008，28（6）：727-727.
　　[23] 莫长明，马小军，白隆华，等.罗汉果无籽新品种药园无籽1号的选育[J].中国果树，2014（1）：12-13.
　　[24] 黄夕洋，闫海锋，李  虹，等.三倍体罗汉果及其亲本的同工酶比较研究[J].广西植物，2015，35（6）：802-806.
　　[25] 闫海锋.三倍体罗汉果生物学特征及其无籽果实化学成分变化的研究[D].南宁：广西大学，2011.
　　[26] 韦荣昌，李  虹，蒋建刚，等.多倍体无籽罗汉果及其亲本遗传背景的ISSR分析[J].园艺学报，2012，39（2）：387-394.
　　[27] 韋荣昌，马小军，白隆华，等.多倍体无籽罗汉果及其亲本遗传背景的RAPD分析[J].中国南方果树，2014，43（4）：1-5.
　　[28] 刘丽华.罗汉果遗传图谱构建及农艺性状QTL定位[D].北京：北京协和医学院，2010.
　　[29] 韦荣昌，马小军，闫志刚，等.罗汉果三倍体雌株与二倍体雄株遗传背景的RAPD分析[J].江苏农业科学，2015（2）：241-243.
　　[30] 韦荣昌，白隆华.罗汉果三倍体雌株与二倍体雄株遗传背景的ISSR分析[J].中草药，2015，46（6）：881-886.
　　[31] 莫长明.罗汉果苷代谢酶基因转录组研究及葡萄糖基转移酶基因克隆与表达[D].南宁：广西大学，2016.
　　[32] 唐  其，马小军，莫长明，等.罗汉果全基因组Survey分析[J].广西植物，2015，35（6）：786-791.
　　[33] 秦新民，黄夕洋，蒋水元.罗汉果性别相关的RAPD标记[J].广西师范大学学报（自然科学版），2007，25（3）：109-112.
　　[34] 黄姿梅.罗汉果性别的分子标记研究[D].广西桂林：广西师范大学，2007.
　　[35] 李文兰，李景剑，李华英.农杆菌介导系统获得性抗性调节基因（NPR1）转化罗汉果的研究[J].上海农业学报，2010，26（4）：15-19.
　　[36] 谭秀梅.利用RNAi技术培育抗花叶病毒转基因罗汉果的研究[D].湖南吉首：吉首大学，2015.
　　[37] 向巧彦，黄夕洋，李  虹，等.利用ISSR分子标记检测空间诱导罗汉果DNA突变[J].广西植物，2017，37（5）：581-586.
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