楊義伶，張雄堅(jiān)，姚祝芳，羅忠霞，鄒宏達(dá)，王章英，黃立飛，房伯平

（廣東省農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物研究所/廣東省農(nóng)作物遺傳改良重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣東 廣州 510640）

甘薯〔Ipomoea batatas（L.）Lam.〕為旋花科（Convolvulaceae）甘薯屬（Ipomoea）甘薯組（Section batatas）植物［1-2］。因其塊根中具有高含量的淀粉，甘薯成為繼水稻、小麥、玉米、馬鈴薯、大麥、木薯之后的世界第七大糧食作物，并與木薯和馬鈴薯并稱為世界三大薯類作物［3-4］。除了高含量的淀粉外，甘薯因富含膳食纖維、類胡蘿卜素、花青苷、類黃酮等營養(yǎng)物質(zhì)，近年來被稱為抗癌食物［5-6］。

與多數(shù)開花植物一樣，雜交育種是甘薯育種的主要途徑。但在甘薯雜交育種中也存在較高程度的雜交不親和性，包括種內(nèi)雜交不親和性和種間雜交不親和性，尤其是種內(nèi)品種間雜交不親和性對(duì)甘薯育種親本的選擇及種質(zhì)資源的利用造成了嚴(yán)重的限制，特別是某些具有優(yōu)異性狀的親本，難以在育種中得以利用，造成遺傳基因交流受限，對(duì)甘薯育種形成了嚴(yán)重的障礙。因此，對(duì)甘薯雜交不親和性相關(guān)機(jī)理及克服方法的研究將對(duì)甘薯育種工作的推動(dòng)及種質(zhì)資源的充分利用具有重要意義。本文主要從甘薯不孕群的劃分、甘薯雜交不親和性生理及分子機(jī)制的研究、甘薯不親和克服試劑的篩選及體細(xì)胞雜交對(duì)甘薯種內(nèi)及種間雜交不親和性的克服等方面對(duì)近年來甘薯種內(nèi)及種間雜交不親和性研究進(jìn)行論述，以期為甘薯雜交不親和性的進(jìn)一步研究提供基礎(chǔ)。

1 甘薯種內(nèi)雜交不親和性研究

1.1 甘薯不孕群的劃分

因?yàn)楦适矸N內(nèi)雜交不親和性對(duì)甘薯育種及種質(zhì)資源利用的限制，國內(nèi)外學(xué)者相繼對(duì)其展開研究。Terao于1934年首次提出了甘薯不孕群的概念，根據(jù)實(shí)驗(yàn)，將51個(gè)甘薯品種劃分為3個(gè)群別，分別為A、B、C群，其中同群品種間雜交不親和，而異群品種間雜交親和性強(qiáng)［7］。自此，甘薯品種不孕群的劃分工作得以廣泛開展，Shigemura在1943年通過對(duì)甘薯品種群別的測(cè)定，發(fā)現(xiàn)了不孕群D群，Schreven在1954年又增加了E、F群［8］。1964年Fujise對(duì)254甘薯品種進(jìn)行不孕群測(cè)定時(shí)，將其劃分為A-H 8個(gè)不孕群，其中A、B、C群為日本品種，D群為巴西、臺(tái)灣、菲律賓品種，E群為美國和墨西哥品種，F(xiàn)群為巴西品種，G、H群為墨西哥品種［9］。隨著甘薯不孕群測(cè)定品種的增多，新的不孕群也相繼出現(xiàn)，至1984年，甘薯品種內(nèi)已被測(cè)出A-O等15個(gè)雜交不親和群及一個(gè)X 萬能群［10］。

我國為甘薯主要生產(chǎn)國，具有較為豐富的種質(zhì)資源，對(duì)國內(nèi)甘薯品種進(jìn)行不孕群的測(cè)定將為我國甘薯育種親本的選擇提供依據(jù)。針對(duì)我國甘薯品種，國內(nèi)學(xué)者沈稼青［11］最早對(duì)主要地方品種和育成品種進(jìn)行了不孕群的測(cè)定，并將其劃分為7個(gè)群別，分別為A、B、C、D群、美國紅群、鐵線藤群、Al-2群，其中美國紅群等因國內(nèi)未引進(jìn)16個(gè)群的測(cè)群代表品種，故以首先測(cè)出新群品種名稱命名新群。其后，楊中萃等［12］對(duì)國內(nèi)204個(gè)甘薯品種（系）進(jìn)行不孕群測(cè)定，并將其劃分為A、B、C、D、E群、黎婦群、寶石群、Y8群、八群外群。1992年沈稼青等［13］又利用廣東農(nóng)科院國家甘薯種質(zhì)資源圃（廣州）豐富的甘薯種質(zhì)資源，對(duì)其中的313個(gè)品種進(jìn)行測(cè)定，通過測(cè)定表明B群品種數(shù)目最多，其次分別為A群、D群、C群、A1-2群、美國紅群、鐵線滕群，與此同時(shí)還測(cè)出了6個(gè)七群外品種和17個(gè)半親和群品種。

甘薯不孕群的劃分為甘薯有性雜交親本的選擇提供了依據(jù)，提高了甘薯育種效率。我國甘薯品種多數(shù)集中在A、B、C群中，尤以B群最多，達(dá)50%左右，因此不孕群的劃分將避免同群品種雜交，為甘薯雜交親本組合的篩選提供依據(jù)。此外，從國內(nèi)育成品種親緣關(guān)系看，多數(shù)品種具有C群品種勝利百號(hào)和B群品種南瑞苕的血統(tǒng)，遺傳背景較為單一，近交系數(shù)較高，后代雜種優(yōu)勢(shì)逐漸弱化，難以體現(xiàn)［14］。因此，選擇A、B、C群之外的品種，尤其是地域差異較大，親緣關(guān)系較遠(yuǎn)的不孕群品種作為雜交育種親本，將擴(kuò)大基因類型，豐富遺傳基礎(chǔ)，提高雜種優(yōu)勢(shì)，加速甘薯優(yōu)良品種的選育。不僅如此，相關(guān)學(xué)者表明，不孕群的地理分布及不同地區(qū)不孕群的數(shù)量可以為甘薯的起源及傳播研究提供科學(xué)依據(jù)，且不孕群的劃分可作為整理甘薯品種資源的輔助手段，幫助鑒定同種異名及同名異種甘薯資源［13］。

1.2 甘薯種內(nèi)雜交不親和性生理機(jī)制的研究

植物種內(nèi)不親和性主要表現(xiàn)為花粉在柱頭不萌發(fā)或花粉管在花柱中不伸長現(xiàn)象［15］。有關(guān)甘薯種內(nèi)雜交不親和性生理機(jī)制，從花粉在柱頭上萌發(fā)、花粉管和柱頭的關(guān)系研究，多數(shù)結(jié)果表明主要是柱頭抑制花粉萌發(fā)作用的結(jié)果，早期也將花粉與柱頭的識(shí)別反應(yīng)用作甘薯不孕群劃分的依據(jù)［16］。相關(guān)研究表明，胼胝質(zhì)為柱頭對(duì)花粉萌發(fā)抑制的關(guān)鍵因子，當(dāng)花粉與柱頭接觸，來源于絨氈層的花粉外壁蛋白與柱頭乳突細(xì)胞質(zhì)膜蛋白識(shí)別互作，若親和，柱頭分泌囊泡，提供花粉萌發(fā)所需的水合物質(zhì)；若不親和，乳突細(xì)胞在質(zhì)膜和果膠纖維層之間積累胼胝質(zhì)，擾亂花粉的水合作用，進(jìn)而抑制花粉的萌發(fā)［17-18］。

陸漱韻等［19］對(duì)甘薯種內(nèi)雜交不親和特性進(jìn)行研究，表明不親和性主要表現(xiàn)在花粉不能在柱頭上萌發(fā)，且柱頭上的乳突細(xì)胞胼胝質(zhì)反應(yīng)明顯。王克通等［10］對(duì)甘薯種內(nèi)雜交不親和組合中花粉和雌蕊的關(guān)系研究表明，柱頭上花粉的粘附量與品種間雜交親和性呈正相關(guān)，而柱頭乳突細(xì)胞胼胝質(zhì)反應(yīng)在某些組合中同花粉與柱頭的不親和程度一致，但在其他組合中卻未得以體現(xiàn)。因此，胼胝質(zhì)拒絕反應(yīng)不能作為甘薯花粉與柱頭親和性定性與定量的一般性指標(biāo)。但兩者均在研究中發(fā)現(xiàn)甘薯種內(nèi)雜交不親和性也存在部分組合表現(xiàn)為花粉萌發(fā)后的不親和障礙，這表明甘薯種內(nèi)雜交不親和性不只是花粉與柱頭的一步性識(shí)別反應(yīng)，也存在于花粉與雌蕊作用的各個(gè)階段。

1.3 甘薯種內(nèi)雜交不親和性遺傳機(jī)制研究

針對(duì)植物種內(nèi)不親和反應(yīng)遺傳機(jī)制的研究，目前主要集中在十字花科、茄科等植物的自交不親和反應(yīng)中，主要有兩種機(jī)制，分別為孢子體自交不親和以及配子體自交不親和機(jī)制［20-21］。其中孢子體自交不親和表現(xiàn)為孢子體絨氈層等細(xì)胞與柱頭乳突細(xì)胞質(zhì)膜蛋白相互識(shí)別作用［22］，而配子體自交不親和表現(xiàn)為配子體花粉細(xì)胞與雌蕊蛋白的相互識(shí)別作用［23］。與自交不親和性類似，甘薯種內(nèi)品種間雜交不親和性為同型親本雜交授粉的結(jié)果。根據(jù)花粉在花柱中的萌發(fā)狀況及生理表現(xiàn)，甘薯種內(nèi)雜交不親和性被認(rèn)定為孢子體不親和機(jī)制作用的結(jié)果［24］。

相關(guān)研究已經(jīng)表明孢子體和配子體不親和性均由“S”位點(diǎn)復(fù)等位基因控制［25］?；谶@一理論基礎(chǔ)，不同學(xué)者對(duì)甘薯種內(nèi)雜交不親和性遺傳作用機(jī)理也提出了不同的解釋。最早美國學(xué)者Hemandez和臺(tái)灣學(xué)者Wang提出甘薯種內(nèi)雜交不親和性受單位點(diǎn)“S”復(fù)等位基因控制，即每個(gè)不孕群受一對(duì)等位基因控制，S1、S2、S3、S4、S5，各代表其相應(yīng)的不孕群［9］。之后Van Schreven在兩個(gè)親本的雜交后代中發(fā)現(xiàn)4個(gè)不孕群，其中2個(gè)與親本同群，另2個(gè)分別與其中一個(gè)親本雜交親和，而與另一親本不親和，在此基礎(chǔ)上他提出兩個(gè)位點(diǎn)的孢子體模型，且等位基因間有顯隱性關(guān)系［16］。與Van Schreven不同，F(xiàn)ujise在進(jìn)行不同群別品種自交及雜交的試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)A群自交得到A與B群，B自交得到B與C群，而C自交只產(chǎn)生C群；A和B、A和C正反交后代能產(chǎn)生A、B、C群，而B和C正反交只產(chǎn)生B和C群，基于上述結(jié)果他提出3個(gè)基因位點(diǎn)的模型T、S、Z，其中T和S對(duì)Z有上位效應(yīng)［8］。但上述的模型都只是假設(shè)，并沒有直接的證據(jù)。

1.4 甘薯二倍體野生種種內(nèi)雜交不親和性分子遺傳機(jī)制的研究

1.4.1 甘薯二倍體野生種種內(nèi)雜交不親和性遺傳模式的研究 甘薯為六倍體植株，遺傳背景較為復(fù)雜，相比二倍體植株甘薯的多倍性提高了甘薯種內(nèi)雜交不親和性研究的復(fù)雜程度。因此，以二倍體野生種為先導(dǎo)材料進(jìn)行種內(nèi)不親和性研究將為甘薯種內(nèi)雜交不親和性研究提供重要的理論基礎(chǔ)。Martin［26］于1968年首先對(duì)二倍體野生種Ipomoea seliferaPoir 進(jìn)行分析，通過對(duì)5個(gè)不同區(qū)域的I.selifera群體進(jìn)行不親和性測(cè)定，將其劃分為10個(gè)不親和群，對(duì)其中3個(gè)最大的不親和群A、B、C進(jìn)行雜交后代群體分析，表明I.selifera種內(nèi)不親和性受單位點(diǎn)、多等位基因的孢子體不親和性機(jī)制調(diào)控，3個(gè)等位基因R1、R2、R3，表現(xiàn)為R1、R2在柱頭及花柱上對(duì)R3呈顯性，但兩者本身獨(dú)立作用。與甘薯比較，I.selifera不親和群雜交后代分離模式與Van Schreven發(fā)現(xiàn)的甘薯不孕群之間雜交后代分離模式完全吻合，但等位基因的顯隱性等級(jí)并沒有解釋Van Schreven現(xiàn)象。因?yàn)楦适淼亩啾缎?，Martin［26］在I.selifera的基礎(chǔ)上提出了雙位點(diǎn)孢子體模型，其中位點(diǎn)間的上位效應(yīng)及等位基因間的顯隱性關(guān)系很好的解釋了Fujise和Van Schreven假說。Kowyama等［27］于1980年選擇了與甘薯親緣關(guān)系更近的甘薯組二倍體野生種Ipomoea leucanthaJacq進(jìn)行不親和性的遺傳分析，通過正反交、回交、測(cè)交后代群體遺傳分析表明，I.leucantha種內(nèi)不親和性也受單位點(diǎn)、復(fù)等位基因的孢子體不親和機(jī)制調(diào)控，且獲得S1S2、S1S3、S2S2、S2S3和 S3S3基因型植株。為了進(jìn)一步測(cè)定S位點(diǎn)的基因型，Kowyama等［28］對(duì)二倍體野生種Ipomoea trif i da的224棵植株進(jìn)行遺傳重組分析，49個(gè)S位點(diǎn)基因型被測(cè)出，其中的28個(gè)在花粉和柱頭上表現(xiàn)出六個(gè)水平的線性顯隱性關(guān)系，相比花粉，S位點(diǎn)等位基因的共顯性在柱頭的頻率更高。

1.4.2SRK/SLG同源基因在甘薯二倍體野生種中的克隆與分析 孢子體不親和分子機(jī)制在十字花科植物中已被廣泛的研究，其主要的作用機(jī)理為花粉外壁蛋白SCR（S-locus cysteine-rich protein）/ SP11（S-locus protein 11)與花柱乳突細(xì)胞質(zhì)膜蛋白SRK（S-locus receptor kinase）的特異識(shí)別互作，進(jìn)而促使柱頭對(duì)同一品種或同一基因型品種花粉產(chǎn)生不親和作用［29］。與十字花科植物一樣，甘薯及其野生種同為孢子體不親和機(jī)制調(diào)控，為了探究SRK/SLG（S-locus glycoprotein）在甘薯種內(nèi)雜交不親和調(diào)控機(jī)制中的作用，Kowyama等［30］對(duì)I.trif i da花柱、花藥等組織中同源基因進(jìn)行克隆，通過PCR擴(kuò)增獲得4個(gè)IPG1-IPG4基因片段，與十字花科植物的SRKs/SLGs蛋白序列具有40%～46%的相似性。其中IPG1在成熟的柱頭和花藥組織上均有表達(dá)，并在開花前1 d表達(dá)量最高，但在開花前2～3 d只在柱頭上表達(dá)。以IPG1為探針，對(duì)其全長cDNA進(jìn)行雜交篩選，得到對(duì)應(yīng)于十字花科植物SRK cDNA全長的轉(zhuǎn)錄本，命名為IRK1基因。蛋白結(jié)構(gòu)分析表明，IRK1與十字花科植物的SRK蛋白類似，包含一個(gè)胞外受體結(jié)構(gòu)域及絲氨酸/蘇氨酸蛋白激酶序列。但基因表達(dá)模式及RFLP結(jié)果顯示IRK1與S位點(diǎn)不連鎖，且表達(dá)模式也與十字花科植物有所差異，表明甘薯可能具有不同于十字花科植物的孢子體不親和調(diào)控機(jī)制［31］。

1.4.3 甘薯二倍體野生種S位點(diǎn)區(qū)域及種內(nèi)不親和性調(diào)控基因的篩選與鑒定 SLG和S-Rnases最初是通過雙向電泳（2D-PAGE）在蕓薹屬和煙草屬植物中鑒定所得［32-33］，為了對(duì)I.trif i daS位點(diǎn)蛋白進(jìn)行篩選，2D-PAGE也被用于I.trif i da柱頭蛋白的分離鑒定，通過分離鑒定篩選到4個(gè)SSP（Slocus-linked stigma protein）基因，其氨基酸序列相似性高達(dá)95%～98%，且主要在成熟的乳突細(xì)胞表達(dá)，在開花時(shí)表達(dá)量最高，同源比對(duì)表明SSP為SCAD（short-chain alcohol dehydrogenase）同源基因。利用RFLP進(jìn)行遺傳連鎖分析，將SSP定位于距離S位點(diǎn)1.2 cM位置，表明SSP蛋白并未參與I.trif i da種內(nèi)不親和反應(yīng)，盡管如此，以SSP為分子標(biāo)記進(jìn)行S位點(diǎn)緊密連鎖基因的鑒定是有效的［34］。在十字花科、茄科等植物中，突變體的出現(xiàn)已為自交不親和機(jī)制研究的提供了重要材料。通過調(diào)查篩選，自交親和突變體株系MX1在I.trif i da中被發(fā)現(xiàn)，遺傳分析顯示突變性狀為S位點(diǎn)基因突變產(chǎn)生，將其突變基因命名為Sc，以SSP基因?yàn)樘结槍?duì)其雜交后代群體進(jìn)行RFLP遺傳連鎖分析驗(yàn)證了Sc為S位點(diǎn)等位基因，顯隱性關(guān)系測(cè)定表明S22＞S1＞Sc＞S3［35］。隨著分子標(biāo)記的發(fā)展，AFLP和AMP技術(shù)被發(fā)展用于I.trif i daS位點(diǎn)附近連鎖圖譜的構(gòu)建，經(jīng)測(cè)定8個(gè)與S單倍型共分離的DNA標(biāo)記被定位于S位點(diǎn)附近，其中AAM-68與S位點(diǎn)連鎖最為緊密，這些標(biāo)記的選定將為S位點(diǎn)基因的克隆提供基礎(chǔ)［36］。

為了對(duì)其進(jìn)行進(jìn)一步研究，Tomita等［37］利用圖位克隆對(duì)I.trif i da基因組S位點(diǎn)區(qū)域進(jìn)行鑒定，通過構(gòu)建BAC文庫和利用前期篩選的標(biāo)記，結(jié)合RFLP后代重組分析，將S位點(diǎn)定位于0.57cM區(qū)域，物理距離為300kb左右。為了進(jìn)一步確定S位點(diǎn)區(qū)域物理大小，Rahman等［38］利用遺傳重組和基因組測(cè)序?qū)ζ渲亟M斷點(diǎn)進(jìn)行測(cè)定，將S位點(diǎn)遺傳距離縮小至0.23 cM，對(duì)應(yīng)最大物理距離為212 kb，且通過比較不同單倍型S1和S10基因組序列，發(fā)現(xiàn)S1和S10 S位點(diǎn)區(qū)域中的 50.7 kb和34.5 kb為S單倍型特異多態(tài)性區(qū)段（SDR），而其兩端區(qū)域具有高度的序列相似性，基于SDR的大小，IpomoeaS位點(diǎn)物理大小被預(yù)測(cè)為34～50 kb。對(duì)SDR區(qū)域進(jìn)行RNA印記分析，篩選得到6個(gè)基因在雌蕊或花藥中特異表達(dá)，RT-PCR驗(yàn)證表明SE1、SE2、SEA在柱頭上特異表達(dá)，AB2在花藥中特異表達(dá)，且均在開花前表達(dá)量最高，原位雜交顯示AB2在花藥中絨氈層細(xì)胞中表達(dá)，且不同單倍型序列分析表明這4個(gè)基因具有高度的序列多態(tài)性，因此推測(cè)其為Ipomoea孢子體不親和系統(tǒng)中雌蕊和花粉的候選基因［39］。上述研究結(jié)果為甘薯種內(nèi)雜交不親和性分子機(jī)制研究提供了基礎(chǔ)，但有關(guān)甘薯種內(nèi)雜交不親和性調(diào)控機(jī)理的研究目前還處于空白狀態(tài)。

1.5 甘薯種內(nèi)雜交不親和性的克服

甘薯種內(nèi)雜交不親和性對(duì)甘薯育種親本的選擇及種質(zhì)資源的利用造成了嚴(yán)重的限制，對(duì)甘薯育種形成了嚴(yán)重的障礙，因此對(duì)甘薯種內(nèi)雜交不親和性克服方法的研究也一直受到相關(guān)學(xué)者的廣泛關(guān)注。在十字花科、茄科等植物中，相關(guān)研究表明對(duì)柱頭熱處理、CO2處理及蕾期授粉等對(duì)其不親和性具有一定克服作用［35］。為了克服甘薯種內(nèi)雜交不親和特性，相關(guān)方法也被用于甘薯柱頭處理，但均未獲得效果。國內(nèi)學(xué)者陸漱韻等［40］對(duì)切割柱頭和花柱處理、延遲授粉、蒙導(dǎo)授粉、有機(jī)溶劑處理柱頭、溫度處理及植物生長調(diào)節(jié)劑處理等方法進(jìn)行比較篩選，結(jié)果表明NAA、6-BA、2,4-D等生長調(diào)節(jié)劑可延長花器壽命，提高結(jié)實(shí)率，對(duì)甘薯種內(nèi)雜交不親和性具有一定克服作用，但主要針對(duì)具有花粉萌發(fā)后不親和障礙的組合有效，而對(duì)典型的花粉萌發(fā)障礙不親和組合效率較低。之后，張立明等［41］用6-BA、2,4-D對(duì)A和D群不親和雜交組合進(jìn)行處理，結(jié)果表明一定濃度的6-BA、2,4-D的處理可使 A 群的千系682-11×濟(jì)南紅正反交結(jié)實(shí)率分別提高到15.0%和13.1%，D群的紅紅 l 號(hào)×濟(jì)薯10號(hào)的結(jié)實(shí)率分別提高10.4%和10.8%，但對(duì)兩群內(nèi)其他組合的結(jié)實(shí)率影響較小。相比植物生長調(diào)節(jié)劑，張雄堅(jiān)等［42］經(jīng)過多年的篩選得到了一種誘導(dǎo)配方液，通過誘導(dǎo)配方液的處理可以促進(jìn)具有花粉萌發(fā)障礙不親和組合花粉的萌發(fā)并獲得種子，為甘薯種內(nèi)雜交不親和反應(yīng)的克服提供了一種相對(duì)行之有效的方法。

隨著現(xiàn)代分子生物學(xué)的迅速發(fā)展，基因工程等現(xiàn)代分子育種技術(shù)成為作物遺傳育種的重要途徑，體細(xì)胞雜交成為克服雜交不親和性的重要技術(shù)手段。1993年Murata等［43］用電融合方法獲得了甘薯品種間體細(xì)胞雜交再生植株，但未對(duì)其雜種性進(jìn)行鑒定。為了克服甘薯的種內(nèi)雜交不親和性，王晶珊等［44］利用PEG融合法對(duì)B群內(nèi)雜交不親和品種koganesengan和bitambi進(jìn)行原生質(zhì)體融合，通過原生質(zhì)體再生培養(yǎng)獲得4株體細(xì)胞雜種再生植株，其中兩株染色體數(shù)為親本染色體數(shù)之和（2n=12X=180），另外兩株分別為41～103和35～100，RAPD分析顯示，4棵植株分別具有雙親特異或雙親不具有的新擴(kuò)增條帶。這些體細(xì)胞雜種植株的獲得為甘薯種內(nèi)雜交不親和性的克服及育種新方法的開拓奠定了基礎(chǔ)。但因甘薯體細(xì)胞雜種存在生長勢(shì)弱、分枝少、結(jié)薯少或不結(jié)薯、花朵小、育性低等問題，目前其在甘薯育種及生產(chǎn)中的應(yīng)用仍具有一定局限性。

2 甘薯種間雜交不親和性研究

2.1 甘薯近緣野生種在甘薯育種中的應(yīng)用

甘薯與其近緣野生種統(tǒng)稱為甘薯組，根據(jù)與甘薯雜交的親和性，甘薯及其近緣野生種被劃分為A群和B群，A群包括I.triloba（2x），I.lacunosa（2x），I.gracilis（4x） 和I.tiliacea（4x）；B群包括I.batatas（6x）（甘薯栽培種），I.littoralis（4x），I.leucantha（2x） 和I.trif i da（6x）及其系列2x，3x，4x種。其中A群和B群同一群內(nèi)各種之間表現(xiàn)為雜交親和，但群間表現(xiàn)為雜交不親和，且B群內(nèi)各種均表現(xiàn)為自交不親和［45-46］。甘薯近緣野生種為甘薯育種的重要種質(zhì)資源，存在很多甘薯栽培種不具有的優(yōu)良基因，對(duì)其抗病蟲、抗逆、高淀粉等優(yōu)良基因的利用將為甘薯品種的改良拓寬基因資源。日本學(xué)者早期利用六倍體野生種I.trif i da（6x）與甘薯雜交，從其后代篩選出具有1/8野生種血統(tǒng)的抗線蟲病及高淀粉品種“南豐”，打破了常規(guī)甘薯品種間雜交育種的局限性，為甘薯育種開拓了一條新的途徑［47］。在國內(nèi)，江蘇農(nóng)科院利用六倍體野生種I.trif i da（6x）也育成了具有1/8野生種血統(tǒng)的蘇渝303和渝蘇297，其中蘇渝303為優(yōu)良的淀粉加工兼飼料用甘薯品種，渝蘇297為優(yōu)良的早熟高產(chǎn)型甘薯品種，且兩者均具有良好抗病性［48］。

2.2 甘薯種間雜交不親和性生理機(jī)制的研究

盡管如此，在育種實(shí)踐中，甘薯近緣野生種的應(yīng)用目前僅局限在I.trif i da（6x），對(duì)其他近緣野生種的利用較少，尤其是A群野生種，因其與甘薯雜交不親和，嚴(yán)重限制了A群種在甘薯育種中的應(yīng)用。因此，甘薯及其近緣野生種種間雜交不親和性的克服將為野生種基因資源在甘薯育種中的引入與利用提供重要基礎(chǔ)。陸漱韻等［19］對(duì)甘薯與A群野生種種間雜交不親和特性研究表明，其不親和特性表現(xiàn)為三種類型：花粉不萌發(fā)或產(chǎn)生極短花粉管，且柱頭乳突細(xì)胞產(chǎn)生胼胝質(zhì)反應(yīng)；花粉萌發(fā)延遲，花粉管生長緩慢、停滯；花粉正常萌發(fā)，花粉管生長受阻。但根據(jù)花粉在柱頭上的表現(xiàn)表明主要為花粉萌發(fā)后的抑制，其中生理不協(xié)調(diào)為主導(dǎo)因子，且在不同的組合中幾乎未觀察到正常的受精作用。

2.3 甘薯種間雜交不親和性的克服

基于植物生長調(diào)節(jié)劑在甘薯種內(nèi)雜交不親和性的克服作用，王家旭等［49-50］利用2,4-D、BA等生長調(diào)節(jié)劑對(duì)A群野生種I.triloba和B群甘薯栽培種徐薯18等雜交組合進(jìn)行處理，結(jié)果表明植物生長調(diào)節(jié)劑可延長花器壽命，克服甘薯種間雜交不親和性，但因胚、胚乳和子房的不協(xié)調(diào)性，所得種子不萌發(fā)或萌發(fā)后死亡，而對(duì)其進(jìn)行胚培養(yǎng)可克服胚胎的發(fā)育不良，獲得雜種植株，最終實(shí)現(xiàn)甘薯組中A群與B群種間的基因交流。翟紅等［51］利用2,4-D結(jié)合胚培養(yǎng)獲得了徐薯18與I.lacunosa的雜種后代，其后代表現(xiàn)為雌雄蕊發(fā)育正常，且具有明顯的結(jié)薯性，這也是首次發(fā)現(xiàn)的具有結(jié)薯性的A群和B群種間雜種后代，為A群基因資源在甘薯育種中的應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。

此外，體細(xì)胞雜交為克服物種間遠(yuǎn)緣雜交不親和性的有效途徑，梁曉光［52］利用PEG融合法對(duì)甘薯栽培品種栗子香、農(nóng)大紅與A群野生種I.triloba進(jìn)行原生質(zhì)體融合，分別獲得24和132株體細(xì)胞雜種再生植株，田間表現(xiàn)大部分雜種植株生活力和生長勢(shì)均較弱，且地下部均不膨大。Zhang等［53］對(duì)甘薯品紅栗子香、徐薯18、Tamayutaka與A群野生種I.lacunosa進(jìn)行原生質(zhì)體融合，共獲得108株體細(xì)胞雜種再生植株，且三個(gè)組合的體細(xì)胞雜種均表現(xiàn)為可育。郭建明［54］分別對(duì)甘薯品種高系14與I.triloba，徐薯18與I.lacunosa進(jìn)行原生質(zhì)體融合，獲得92和74株體細(xì)胞雜種再生植株，并分別首次從其體細(xì)胞雜種植株中篩選出具有良好膨大塊根的株系。這些體細(xì)胞雜種的獲得豐富了甘薯育種材料，為甘薯育種提供了重要的基因資源。

3 展望

甘薯具有豐富的種質(zhì)資源，我國國家甘薯種質(zhì)資源圃內(nèi)目前保存有2 000多份甘薯資源，國際馬鈴薯中心保存有7 000多份［55］，這些資源的存在為甘薯育種提供了豐富的親本材料，但因甘薯存在的種內(nèi)和種間雜交不親和性，其對(duì)甘薯種質(zhì)資源的利用及甘薯的育種進(jìn)程造成了嚴(yán)重的限制。針對(duì)甘薯雜交不親和性，國內(nèi)外學(xué)者已經(jīng)開展了大量研究，包括不孕群的劃分、不親和性生理及分子遺傳機(jī)制的研究、不親和性克服試劑的篩選及體細(xì)胞雜交對(duì)甘薯不親和性的克服等。但相關(guān)研究還處于初級(jí)階段，尤其是分子機(jī)制的研究，因甘薯為六倍體植株且具有復(fù)雜的遺傳背景，加之早期研究材料及方法的限制，目前甘薯雜交不親和性分子機(jī)理的研究還處于空白狀態(tài)。

但隨著現(xiàn)代科技的發(fā)展，尤其是現(xiàn)在分子生物學(xué)的迅速發(fā)展，相關(guān)研究手段已經(jīng)發(fā)生了根本的變化，為甘薯雜交不親和性研究提供了便利與機(jī)遇。首先，隨著基因組時(shí)代的到來，水稻、柑橘、木薯等重要糧食和經(jīng)濟(jì)作物已經(jīng)完成基因組測(cè)序，甘薯二倍體野生種I.trif i da和甘薯栽培種泰中6號(hào)在近年來也相繼完成了基因組測(cè)序［56-57］，尤其是甘薯栽培種在2017年的測(cè)序完成為甘薯雜交不親和性的研究提供了重要信息平臺(tái)。其次，轉(zhuǎn)錄組、蛋白組、代謝組等組學(xué)的發(fā)展，為甘薯雜交不親和性關(guān)鍵基因及其分子調(diào)控機(jī)制的研究提供了強(qiáng)有力的大數(shù)據(jù)平臺(tái)。再次，隨著近年來分子標(biāo)記、轉(zhuǎn)基因等技術(shù)的發(fā)展，尤其是甘薯轉(zhuǎn)基因技術(shù)體系的建立［58］，為甘薯雜交不親和功能基因的篩選和鑒定提供了技術(shù)平臺(tái)。第四，種內(nèi)不親和機(jī)制除了在十字花科、茄科、罌粟科等典型的植物中研究，近年也相繼在蕓香科［59］、薔薇科［60］、菊科［61］等植物中得以拓展，且其機(jī)制研究從原有S位點(diǎn)單基因研究轉(zhuǎn)向不親和分子機(jī)制通路研究，這些研究結(jié)果將為甘薯雜交不親和分子機(jī)制的研究提供重要的參考依據(jù)。此外，隨著甘薯營養(yǎng)價(jià)值和經(jīng)濟(jì)價(jià)值的逐漸體現(xiàn)，甘薯產(chǎn)業(yè)體系逐漸完善，加入的科技人才也逐年增多，且國家針對(duì)甘薯產(chǎn)業(yè)建立了國家甘薯產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系，在人員、政策、經(jīng)費(fèi)方面加以投入和傾斜，這些為包括甘薯雜交不親和性在內(nèi)的研究提供了強(qiáng)有力的支撐。