韓俊巖 李柱剛 王珣 李曉娟 王秀君 肖暉

摘 要： 概要介紹了南瓜的矮生性狀，總結(jié)了對南瓜矮生性狀的研究進展，并探討了南瓜屬作物矮生性狀的研究趨勢。

關(guān)鍵詞： 南瓜； 矮生； 無蔓

南瓜屬（Cucurbita）作物起源于美洲，在世界各地都有種植，在我國有悠久的種植歷史[1]。南瓜屬作物生長力強，適應(yīng)性強，不僅可以食用其果實和種子，而且還可以觀賞，是一種富含營養(yǎng)價值，易貯藏耐運輸，具有重要經(jīng)濟價值的蔬菜。研究發(fā)現(xiàn)，南瓜還具有較高的藥用價值，可以降血糖、降血脂和預(yù)防結(jié)石[2]，所以被越來越廣泛的應(yīng)用于功能保健食品的開發(fā)[3]。

葫蘆科（Cucurtbitaceae）南瓜屬（Cucurbita）共有30個種，其中有5個主要栽培種：美洲南瓜（Cucurbita pepo）、中國南瓜（Cucurbita moschata）、印度南瓜（Cucurbita maxima）、灰籽南瓜（Cucurbita mixta）和黑籽南瓜（Cucutbita ficifolia ）。目前，我國生產(chǎn)上主要種植前3種南瓜，本綜述也主要圍繞美洲南瓜、中國南瓜和印度南瓜展開。

1 南瓜矮生性狀簡介

矮生又叫叢生（bush type），就是無蔓，與蔓生是1對相對性狀。矮生南瓜株型節(jié)間距極短，葉腋處能長出側(cè)枝。一般從莖的基部能長出3～6個分枝，1個分枝能生成4～6片葉，每片葉都有長的管狀葉柄，生長于莖基部，因而整個株型呈叢生狀，每個分枝都有雌花出現(xiàn)，每株能結(jié)瓜2～6個，無蔓南瓜相對長蔓南瓜屬于高產(chǎn)品種[4]。

在種植過程中，相對于長蔓南瓜，矮生南瓜有很多明顯的優(yōu)勢[5-9]：單位所占營養(yǎng)面積變小，種植密度是長蔓南瓜的2～3倍，光能利用率高，單位面積產(chǎn)量明顯提高，并且抗倒伏能力強，早熟不需要整枝壓蔓，管理簡單，方便機械化生產(chǎn)，從而節(jié)約了勞動力，降低了生產(chǎn)成本，提高了經(jīng)濟效益。因此，南瓜的矮生性狀對南瓜育種來說具有重要意義。

目前在中國南瓜、印度南瓜和美洲南瓜中，均有發(fā)現(xiàn)矮生品種的報道。美洲南瓜一直就有矮生品種，而中國南瓜的矮生突變體是王甲生先生[10]1986年在山西發(fā)現(xiàn)的，國內(nèi)的矮生印度南瓜突變體是2011年才由黃河勛[11]報道發(fā)現(xiàn)的。相對于長蔓南瓜，矮生性狀被認為是由南瓜控制蔓性的基因突變得到的[12]，是受多種遺傳因素共同調(diào)控的結(jié)果，使得南瓜植株的節(jié)間或蔓間不能正常生長，從而出現(xiàn)矮生性狀[13]。這些矮生突變體同時還是研究植物激素生物合成的調(diào)控和信號傳導(dǎo)，調(diào)控園藝植物株高，以及植物莖發(fā)育和生長的寶貴材料[14-16]。

2 矮生南瓜研究進展

2.1 矮生美洲南瓜（Cucurbita pepo）

對美洲南瓜矮生性狀的遺傳規(guī)律研究如下：1947年，Shifriss[17]對西葫蘆（美洲南瓜）矮生突變體的研究的結(jié)果表明，F(xiàn)2代群體在植株生長初期的蔓生植株與矮生植株的分離比例為1 ∶ 3，但是到了植株生長后期，蔓生植株與矮生植株的分離比例卻變成了3 ∶ 1。Shifriss解釋為顯性發(fā)育逆轉(zhuǎn)（developmental reversal of dominance）現(xiàn)象，由于異質(zhì)雜合體（hetero-zygote）的作用導(dǎo)致植株在其生長初期表現(xiàn)為1個親本的性狀，但是到了植株生長后期卻表現(xiàn)為另 1個親本的性狀。1958年，Grebenscikov[18]對美洲南瓜矮生突變體的遺傳規(guī)律進行分析研究的結(jié)果表明，其矮生性狀是由1個主效顯性基因和幾個未確定數(shù)量的修飾基因決定的。1963年，Denna等[19] 對西葫蘆植株連續(xù)節(jié)間長度變化的研究表明：在植株發(fā)育初期，矮生基因?qū)β驇缀跬耆@性；在植株發(fā)育后期，矮生基因?qū)﹂L蔓基因不完全顯性。1989年，Edelstein等[20]的研究結(jié)果表明，南瓜植株矮生性狀對長蔓性狀表現(xiàn)為完全顯性。

通過對西葫蘆矮生植株與蔓生植株的細胞學(xué)觀察比較分析，1963年Denna和Munger[19] 研究表明細胞伸長和分裂的影響抑制了矮生植株蔓的伸長。矮生型西葫蘆的矮生基因應(yīng)該是首先作用于細胞的伸長，并認為這種作用可能是通過植物激素來實現(xiàn)的。通過對矮生和蔓生西葫蘆噴施外源激素的試驗，Denna[21]發(fā)現(xiàn)：外源噴施生長素能夠促進西葫蘆植株葉柄伸長，但是并不能促進蔓伸長；外源噴施赤霉素能夠同時促進矮生和蔓生西葫蘆植株蔓伸長，并能使矮生西葫蘆的蔓伸長到與蔓生西葫蘆一樣的長度。

對美洲南瓜矮生性狀的研究較早，西葫蘆矮生品種早已廣泛應(yīng)用于生產(chǎn)。2008年Gong等[22]擴展了Zraidi的遺傳圖譜，西葫蘆的矮生性狀（B）被定位在 LGp12連鎖群中，SSR標記CMTp131與西葫蘆矮生性狀（B）的遺傳距離為7.8 cM。

2.2 矮生中國南瓜（Cucurbita moschata）

1986年，王甲生在山西省境內(nèi)首次發(fā)現(xiàn)了中國南瓜的矮生突變體；1991年，周祥麟和李海真[23]發(fā)現(xiàn)中國南瓜矮生突變體的矮生性狀是由顯性單基因Bu控制。2007年，李云龍等[24]獲得與該矮生基因Bu連鎖的SCAR標記，其遺傳距離為2.29 cM。2008年，武濤等[25]利用cDNA-AFLP技術(shù)在矮生突變體發(fā)育期的節(jié)間對差異表達的基因進行了探索，得到了70條TDFs（transcript derived fragments），選取其中 58條測序，經(jīng)RT-PCR檢測，其中有4條被認為與矮生性狀相關(guān)。2011年，王深浩等[26]以中國南瓜矮生突變體為供體親本，以印度蔓生南瓜為輪回親本，構(gòu)建了 BC6 F2代分離群體。利用黃瓜基因組序列，將南瓜矮生基因Bu比較定位至黃瓜5號染色體，并開發(fā)了1個新的 PCR標記IF3629，該標記與矮生基因Bu連鎖遺傳距離為1.0 cM。該標記不僅可以用于分子標記輔助選擇育種，而且為Bu基因的克隆奠定了基礎(chǔ)。

此外，研究者們還對矮生中國南瓜進行了許多生理生化研究。2007年，武濤等[27]利用顯微鏡觀察胚軸，比較了中國南瓜的矮生突變體和野生型，認為矮生突變體的產(chǎn)生是細胞伸長被抑制的結(jié)果。2008年，武濤等[28]又通過比較中國南瓜的矮生突變體和野生型的過氧化物酶活性，發(fā)現(xiàn)突變體在節(jié)間和葉片部位的過氧化物酶活性要高于野生型，并認為這是由單基因控制的。同年，武濤等[29]還發(fā)現(xiàn)矮生突變體在萌發(fā)后28 d，節(jié)間部位的超氧自由基含量遠高于野生型，并且在32 d時，過氧化氫含量也明顯高于野生型。2010年，王深浩[30]研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)對矮生植株噴施生長素（IAA）、赤霉素（GA3）、細胞分裂素（6-BA）和腐胺（putrescine）都不能使矮生中國南瓜（無蔓4號）的主蔓由矮生恢復(fù)到長蔓，認為中國南瓜矮生突變體不屬于激素缺陷型導(dǎo)致的變異。

另外，2007年李云龍等[24]、2009年劉小俊等[31]都對矮生中國南瓜和長蔓印度南瓜進行了種間雜交研究；2006年智海英等[32]對無蔓中國南瓜和美洲南瓜進行了種間雜交研究，都獲得了可育的種間雜交后代。這些研究表明南瓜屬作物種間的雜交是可行的，為育種家改良品種時提供了新的方法和途徑。

2.3 矮生印度南瓜（Cucurbita maxima）

1949年，Singh[33]在對印度南瓜矮生突變體的研究過程中，把矮生和長蔓植株雜交得到的F2代群體的表現(xiàn)型分為5種類型，其中2種類型分別表現(xiàn)為與其2個親本表現(xiàn)型一致的矮生植株和長蔓植株，另外3種的蔓長為介于2個親本之間的類型。Singh的研究結(jié)果表明，印度南瓜的矮生與長蔓性狀是由2對非顯性基因所控制的。

國內(nèi)的研究者2011年才有印度南瓜矮生突變體的報道，廣東省農(nóng)業(yè)科學(xué)院蔬菜研究所黃河勛[11]報道稱，在南瓜育種過程中發(fā)現(xiàn)了矮生的印度南瓜，由1對隱性核基因控制矮生性狀，與蔓生印度南瓜進行雜交后，利用64對AFLP引物對F2代69株群體進行分子標記，最終MCAG/ETT引物在長、短蔓池可擴增出特異條帶，距離短蔓基因11.3 cM。對特異條帶測序后經(jīng)與EBI數(shù)據(jù)庫BLAST比對，發(fā)現(xiàn)與楊樹的CBL-interacting protein kinase有96% 的同源性。

3 展 望

合理株型是高產(chǎn)品種的生育基礎(chǔ)，其中矮生是瓜類理想株型的一個重要方面。目前對南瓜屬作物矮生基因的研究還處在起步階段，僅僅做了遺傳規(guī)律分析和一些分子標記的初步定位，對南瓜屬作物矮生基因的精細定位還沒有進行，控制矮生的Bu基因還沒有被克隆到，因此還需要進一步深入研究。近年來，隨著分子生物學(xué)實驗手段的不斷發(fā)展和功能基因組學(xué)的興起，使我們從分子水平上闡明矮生突變體的產(chǎn)生機理成為了可能。新一代測序技術(shù)的誕生，使得大規(guī)模測序的費用不斷降低，2011年José Blanca等[34]對美洲南瓜Zucchini （subsp. pepo） 和 Scallop （subsp. ovifera）雜交后代的轉(zhuǎn)錄組進行了測序，從拼接序列中獲得了1 882個SSR基序和9 043個SNPs，為以后的研究提供了大量引物信息。但是僅有這些還是不夠的，還需要研究者們進行南瓜全基因組測序，讓我們在分子水平上更加了解南瓜，從而更好地研究南瓜的矮生性狀。

參考文獻

[1]林德佩. 南瓜植物的起源和分類[J]. 中國西瓜甜瓜，2000（1）：36-38.

[2]范文秀， 李新崢. 南瓜營養(yǎng)成分分析及功能特性的研究[J]. 廣東微量元素科學(xué)，2005，12（2）： 38-41.

[3]羅伯祥， 沈俊國， 趙蘇海. 南瓜屬作物育種研究進展[J]. 種子，2006，25（1）： 43-46.

[4]周祥麟，李海真. 中國南瓜無蔓性狀的遺傳性及其生產(chǎn)利用的研究[J]. 山西農(nóng)業(yè)科學(xué)，1991（1）： 1-6.

[5]Thomas S G，Sun T. Update on gibberellin signaling. A tale of the tall and the short[J]. Plant Physiology，2004， 135（2）： 668-676.

[6] Denna D W，Munger H M. Morphology of the bush and vine habits and the allelism of the bush genes in Cucurbita maxima and C. pepo squash[J]. Proceedings of the American Society for Horticultural Science，1963，82： 370-377.

[7]孫小鐳，鄔樹桐，宋緒峨. 中國矮生刺黃瓜品系特性研究初報[J]. 園藝學(xué)報，1990，17（1）： 59-64.

[8]Lester D R， Ross J J， Davies P J， et al. Mendels stem length gene（Le） encodes a gibberellins 3β-hydroxylase[J]. The Plant Cell，1997，9（8）： 1435-1443.

[9]Huang H X， Zhang X Q， Wei Z C， et al. Inheritance of male-steri-lity and dwarfism in watermelon [Citrullus lanatus （Thunb.） Matsum and Naka][J]. Scientia Horticulturae，1998，74（3）： 175-181.

[10]王甲生. 矮生中國南瓜的發(fā)現(xiàn)與選育簡報[J]. 中國蔬菜，1986，（3）： 17.

[11]黃河勛. 與南瓜短蔓基因連鎖的分子標記[J]. 園藝學(xué)報，2011，38（增刊）： 2593.

[12]賈長才，李海真. 中國南瓜無蔓性狀發(fā)現(xiàn)及利用[J]. 北方園藝，1997（4）： 52-53.

[13]Marti E， Gisbert C， Bishop G J， et al. Genetic and physiological characterization of tomato[J]. Journal of Experimental Botany，2006， 57（9）： 2037-2047.

[14]Hedden P， Phillips A L. Gibberellin metabolism： new insights revealed by the genes[J]. Trends in Plant Science，2000，5（12）： 523-530.

[15] Sakamoto T， Miura K， Itoh H， et al. An overview of gibberellin metabolism enzyme genes and their related mutants in rice[J]. Plant Physiology，2004，134（4）： 1642-1653.

[16] Achard P，Genschik P. Releasing the brakes of plant growth： how GAs shutdown DELLA proteins[J]. Journal of Experimental Botany，2009，60（4）： 1085-1092.

[17]Shifriss O. Developmental reversal of dominance in Cucurbita pepo[J]. Proceedings of the American Society for Horticultural Science，1947，50： 330-346.

[18] Grebenscikov I. Notulae cucurbitalogicaeⅢ[M]. Berlin： Kulturpflanze， 1958： 38-60.

[19]Denna D W， Munger H M. Morphology of the bush and vine habits and the allelism of the bush genes in Cucurbita maxima and C. pepo squash[J]. Proceedings of the American Society for Horticultural Science，1963，82： 370-377.

[20]Edelstein M， Paris H S，Nerson H. Dominance of bush growth habit in spaghetti squash（Cucurbita pepo） [J]. Euphytica，1989，43（3）：253-257.

[21]Denna D W. The physiological genetics of the bush and vine habit in Cucurbita pepo L . squash[J]. Proceedings of the American Society for Horticultural Science， 1963，83： 657-666.

[22]Gong L，Pachner M，Kalai K，et al. SSR-baded genetic linkage map of Cucurbita moschata and its synteny with Cucurbita pepo[J]. Genome，2008，51： 878.

[23]周祥麟，李海真. 中國南瓜無蔓性狀的遺傳性及其生產(chǎn)利用的研究[J]. 山西農(nóng)業(yè)科學(xué)， 1991（1）： 1-6.

[24]李云龍，李海真，崔崇士，等. 與南瓜矮生基因連鎖的分子標記[J]. 農(nóng)業(yè)生物技術(shù)學(xué)報，2007，15（2）： 279-282.

[25]Wu Tao，Cao Jiashu. Differential gene expression of tropical pumpkin （Cucurbita moschata Duchesne） bush mutant during internode development[J]. Scientia Horticulturae，2008，117： 219-224.

[26]王深浩， 李海真， 張忠華，等，南瓜矮生基因Bu的比較定位[J]. 園藝學(xué)報，2011， 38（1）： 95-100.

[27]Wu Tao，Zhou Jiehong，Zhang Yafeng，et al. Characterization and inheritance of a bush-type in tropical pumpkin（Cucurbita moschata Duch）[J]. Scientia Horticulturae，2007，114： 1-4.

[28]Tao Wu，Jiashu Cao，Yafeng Zhang. Comparison of antioxidant activities and endogenous hormone levels between bush and vine-type tropical pumpkin（Cucurbita moschata Duch）[J]. Scientia Horticulturae， 2008， 116： 27-33.

[29]Wu Tao，Cao Jiashu. Comparison of Protein Profile and Peroxidases in Bush and Vine-type Tropical Pumpkin[J]. Journal of the American Society For Horticultural Science，2008，133： 1-5.

[30]王深浩. 中國南瓜矮生基因Bu的比較定位及其矮生性狀的生理研究[D]. 北京：中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院，2010.

[31]劉小俊，李躍健，張知儀，等. 南瓜叢生性狀的種間轉(zhuǎn)育研究初報[J]. 西南農(nóng)業(yè)學(xué)報， 2009，22（1）： 130-132.

[32]智海英，馬海龍，韓紅艷，等，美洲南瓜遠緣雜交親和性雜交[J]. 中國農(nóng)學(xué)通報， 2006， 22（9）： 307-310.

[33]Singh D. Inheritance of certain economic characters in the squash，Cucurbita maxima Duch[M]. Minn Agr Exp Sta Tech Bul，1949， 186： 30.

[34]José Blanca，Joaquín Caizares，Cristina Roig，et al. Transcriptome characterization and high throughput SSRs and SNPs discovery in Cucurbita pepo（Cucurbitaceae）.[J]. BMC Genomics，2011，12： 104.