我国长豇豆品种选育研究进展_李甜瑞.pdf

长豇豆是重要的蔬菜作物之一，栽培历史悠久，种植广泛，具有较高的经济价值。该研究从种质资源、选育方向、栽培技术、育种技术方面，总结了我国长豇豆新品种选育现状，指出当前研究的短板，并提出相应的建议，旨在为今后深入研究提供思路。关键词：长豇豆；种质资源；分子育种中图分类号：文献标识码：文章编号：（）豇豆（）为一年生草本植物，又称角豆、带豆、裙豆，多作蔬菜食用。现已有数千年的栽培历史，按荚果长度分为普通豇豆（）、短荚豇豆（）和 长 豇 豆（）种，其中长豇豆的豆荚最长，以豆荚为菜用。长豇豆广泛种植于我国大部分地区，其中以河南、山东为代表的中原地区、以浙江、江西为代表的江南地区、以海南、广西为代表的沿海和海岛地区为主产区域，效益可观，是一种重要的经济作物。该文重点从育种学和遗传学的角度，探讨长豇豆品种选育研究现状，分析研究趋势，期望能为未来长豇豆新品种选育研究提供参考依据。长豇豆概述作为一种重要蔬菜，长豇豆在中国、印度、孟加拉、印度尼西亚、加勒比海地区、非洲均有种植。长豇豆属于一年生蔓生作物，荚长多在 ，依茎的生长习性有蔓生、半蔓生和矮生，一般以蔓生栽培较多。目前，我国长豇豆按照荚果色泽可分为白皮种、青皮种、红皮种及斑纹种，代表品种有“红咀雁”“浙江本青豇”“台湾大红皮”等。长豇豆富含蛋白质、维生素、脂肪、矿物质等多种营养物质，粗蛋白含量可达 。同时中医学上认为其具有性味甘平、健胃补肾的功效。长豇豆作为缓解“夏淡”，补充“春淡”“秋淡”的重要蔬菜品种，其做法多样，除以嫩荚作菜外还可做成酸豇豆、干豇豆、豇豆咸菜、豇豆饮料等。经过多年的探索，长豇豆全球年产量已超 万，我 国 长 豇 豆 种 植 面 积 逾 万，。品种选育研究现状 种质资源研究种质资源收集和保存工作是品种选育研究的重要一环，在全世界范围内也逐渐引起重视。豇豆的起源地非洲拥有全球最大豇豆种质资源库国际热带农业研究所，目前保存着 份豇豆资源，其中栽培种 份，并以超 份资源的 种农艺性状评价结果为基础建立了核型种质资源库。我国是长豇豆的次生起源中心，经过千百年生物进化与国际品种的引进，目前我国已收集到 余份豇豆资源，其中长豇豆超过 份。台湾省的亚洲蔬菜研究开发中心保存了 份豇豆资源，位于北京的中国农业科学院国家农作物种质资源保存中心保存了 份。具有浅紫色花、蔓生、浅绿色荚条性状的品种占现有长豇豆种质资源的比重最大。种质资源的鉴定是应用的基础，种质农艺性状是体现各种质间差异最直观的参考系，科学家们在这方面做了深入的研究并取得很有应用价值的结果。陈禅友等历时年对 份长豇豆开展质量和数量性状研究，结果表明，籽色粒性状由对等位基因控制，其中白色为隐性。而生长习性由对等位基因控制，蔓生为矮生的显性上位，荚色则依品种不同分别受对或多对基因的质量性状或数量性状控制。种数量性状中单株结荚数的遗传变异系数与遗传力最高。谢文华等、汪雁峰等、詹园凤等也发现，单株结荚数与产量呈极显著正相关，因此选择应用单株结荚数大的种质做杂交亲本更易培育出高产品种。另外，詹园凤等还发现，初花节位高且晚熟的品种中氨基酸积累较多，营养价值更高。品种选育的方向近年来，我国浙江、广东、湖北、河南等地科学家在现有品种资源基础上又选育出一批长豇豆新品种。或因饮食习惯差异，不同地区间呈现明显的偏好性，广东地区品种多为绿白色荚，而浙江、河南地区更青睐翠绿条。上述新品种按成熟期不同主要分为早熟类和中熟类，其中以中熟类品种居多。近年推出的早熟类长豇豆主要为早熟和早中熟品种。早熟长豇豆可于月中下旬播种，由陈禅友等 于 年推出早熟品种“鄂豇豆号”又名“柳翠”，可比当时湖北地区主栽品种早熟，且丰产稳定，总产量 。同样是早熟品种，张俣等 选育的“娄文豇号”经测算产量可达 。此外，还推出了早中熟品种，如“博士绿”“丰产号”等。相比于早熟类，中熟类新品种相对较多，其中又可分为中早熟、中熟、中晚熟。中早熟产品“丰优油青豇豆”耐热耐旱，“宝佳豇 豆”抗 逆性好，二者均适宜在广东地区春秋季播种，具有较好的抗病性的“郑研荚多宝”则更适合在河南、湖北、山东等地栽培。熟性略晚的中熟品种，荚色多样，耐性较好。陈禅友等 于 年选育的“鄂豇豆”便属于中熟品种，绿色荚，黑色种皮，具有较强的持续结荚能力。王小娟等 推出的“海豇号”，嫩绿荚，耐低温，耐贮运，可在海南地区实现全年播种。“之豇”经鲁忠富 团队选育，荚色油绿，种皮呈胭脂红色，耐热、耐贮运同时耐连作，是长江以南夏秋栽培的好选择。而熟性更晚的“浙翠号”属中晚熟类型，耐热，播种期在长江流域可于月上旬延至月，采收期约 。栽培配套技术研究品种选育离不开栽培技术的支持，多年来科学家在栽培技术上也进行了探索。长豇豆喜温耐热，适应性较强，种植广泛，是主要的夏秋季蔬菜。目前多露地直播，受温度、湿度、养分、光照强度等因素影响，宜用砂壤土制种。随着育苗、设施栽培等技术的广泛应用，我国现已实现四季种植，周年供应。方贯娜等 通过多年的实践经验证明，在中原地区适宜的播种期有助于降低栽培风险，采用“月中下旬春播、月上旬夏播、月上旬秋播”模式能够获得较高的效益。长豇豆采收宜早不宜迟，待嫩荚饱满且无种子时便可采收，而达到完熟期时最利于高活力种子采收，。水肥管理是种植的重要环节，把握肥水促控平衡直接关系作物产量。肥水管理需根据植株生长状态及时调整，播种期植株不耐肥，应打好底墒基础，根据实际情况适当补充有机肥、钾肥及磷肥。苗期应以“控”为主，保证肥料充足、水量适当，防枝叶生长过于旺盛。结荚期则需足水足肥“促”生长，尤其应及时补充钾肥并保持较高湿度，以提升长豇豆开花结荚率 。不同于传统漫灌，庞淑敏等 发现采用膜下滴灌能够更佳灵活地控制水肥比例，降低病害发生的可能。此外，生长空间、光照强度等因素也关系长豇豆生长。蔓生长豇豆需依赖架式栽培，罗俊敏等 发现使用“”形和“一”形架比传统“人”形架更利于茎蔓攀生，光热资源利用率更高，产量更是北方园艺月月（上上）显著增加。庞淑敏等 年的报道指出，位于光照强度高且空间大的南北架试验组单株产量最高可提升 ，同样张朝明等 年的研究特别强调了“坐北朝南”“开阔通风”的重要性。由此可见栽培长豇豆选择光照强度良好且空间充足的环境有利于产量的提高。育种技术研究 常规育种技术当前，长豇豆育种绝大多数仍依赖有性杂交和单株选育技术，特别是结合系谱法获得纯合后代。有性杂交育种主要利用种内杂交和远缘杂交技术，一般将亲本结合获得代后连续播种代，对代株系进行田间测定，选取田间性状最佳单株代即为所需杂交品种。杂交育种是不同品种优势强强联合的有力技术。如将抗逆性强的父本“竹叶青”与结荚多的母本“高产号”杂交，经代选育，所得新品种展现出明显的持续结荚特性与抗枯萎病、锈病能力。“浙翠号”甚至表现出比亲本更低的发病率，同时产量比亲本提高 。为提高杂交后代选育效率，年庞淑敏等 提出可以通过合理安排播种时间在年内实现代杂交，如在河南地区采取“春大棚夏秋露地秋冬温室春露地夏秋露地秋冬温室”模式可在年内繁育出纯合单株开展品试。除杂交育种外，单株选育也是使用频率很高的育种技术，以田间变异单株为目标经由系谱法逐步纯化，获得理想植株。海南品种“海豇号”就是从“粤红号”变异出的耐低温品种。同样，李桂花等 将发生性状分离的“增城花仁白豆”，经年代定向选育最终获得新品种“丰产号”，其商品率高达 。分子育种技术近年来，以 为主的分子育种以简单易得、稳定可控、快速批量等优势成为长豇豆研究中新的发展方向。分子育种技术的应用，不但有可能打破豆类作物不能应用杂交优势的研究桎梏，同时又缩短了传统育种的时间，降低了人力、物力的投入成本。现阶段，长豇豆领域分子育种研究主要集中于分子标记领域，基于基因编辑、转基因等技术开发新品种应用于实际生产的成果还未见报道。）分 子 标 记 技 术 的 研 究 与 应 用。年 等 创造性发表了植物科学领域第篇分子标记图谱番茄 遗传图谱，多年来农业从业者相继在大豆、马铃薯、黄瓜、白菜、茄子 等多领域取得成果。与上述作物相比，长豇豆分子标记研究起步晚，应用较少，根据中国知网与 数据库资料显示，近 年我国发表中文长豇豆分子标记相关研究成果 余篇，占比不足长豇豆全部发文 量 的，其 中 湖 北，、浙 江 、湖南、四川、广东 等地均开展了研究工作。除我国外，孟加拉、印度、泰国 等长豇豆种植国也将眼光转向分子研究。截至 年月，已 开 发 多 种 长 豇 豆 分 子 标 记，如 、等。）分子标记的开发。长豇豆分子标记研究当前多集中于第二类以 技术为基础的 标记。显性标记：标记以随机引物检验 多态性，操作相对简单而备受关注。年，陈禅友等 通过对 个长豇豆品种进行筛选，最终确定了 个 有效引物，平均每条引物可扩增 条 条带。发展至 年，等 已将长豇豆 多态性 标记扩增至 个且在 个扩增子基因型中表现出 的 多 态 性，其 中 多 态 性 最 高 标 记 的 有 个扩增子。基于 技 术 发 展 起 来 的 显 性 标 记 ，具 有 较 好 的 多 态 性、稳 定 性、重 复 性。年我国首次发表了长豇豆 标记技术体系，结果显示 结合简易银染技术效果较佳，其中植株 的质量是决定标记效果的关键环节。与 与 不同，标记主要依赖 位点及位点间变异多态性，经筛选现有 条 引物可用于长豇豆分子研究。试验中引物浓度会对片段分子量表现出高选择性，分子量较大的片段时使用低浓度引物效果更佳。另外，在 相 同 试 验 样 本 条 件 下，标 记 比 标 记 表 现 出 更 清 晰、更 稳 定 的 多 态 性条带。共显性标记：相比于显性标记，共显性标记在第第 期期 北方园艺长豇豆研究领域备受关注。以 为代表的第代分子标记在真核生物中广泛存在，其多态性通过重复序列长度体现。目前，长豇豆 标记现已开发至 个，集中于全长为 的 个连锁群，相邻标记间平均距离为 。与 标记技术类似，引物浓度也与扩增条带效果息息相关，彭海等 通过正交实验发现引物的最佳浓度为 。标记相比于其它标记遗传稳定性更强、分布 密 度 更 高，引 物 的 （，多态信息含量）值可达 。尤其 标记可与高通量技术结合开展大规模筛选，因此也被认为是最具开发潜能 的 分 子 标 记 技 术。等 开 发 的 豇 豆 高密度芯片，大小可检测 个高密度 位点。其随后构建的长豇豆 芯片已达 个位点，其规模远超 年报道的 个 位点的非芯片遗传图谱，由此可见高通量 筛选对长豇豆高密度遗传构建具有重要意义，。基于同源序列核苷酸片段插入或缺失的 ，目前报道相对较少。杨易等 通过对长豇豆重测序，开发出 个覆盖全基因组的 位点，从中挑选出 个分布均匀且高多态性表现位点。）分子标记的应用。长豇豆遗传背景较窄，分子育种将会是性状改良与新品培育的有力工具。现阶段，长豇豆分子标记应用研究主要集中于遗传多样性与亲缘性探究、（，数量性状基因座）定位、遗传图谱构建等（表）。遗传多样性与亲缘性探究：长豇豆经过数千年演化，品种多样，种质资源丰富，厘清其遗传与亲缘信息对后续育种、品种改良意义非凡。陈禅友等 的 分子标记试验结果显示不同亲缘关系样本的扩增条带存在较大差异，并根据遗传距离数据成功将 个长豇豆品种划分为个品种群，由此证明 分子标记技术可用于长豇豆亲缘关系探究。同样在 年研究人员利用 个 位点对 个商品品种和自交系检测，发现 个等位基因，基因频率在，基于相似系数 处的隶属关系可将 个品种分为表长豇豆分子标记主要应用 标记类型 标记数量 应用 参考文献 荚色 亲缘关系 遗传多样性 方法构建 热致褐变位点定位 耐冷性位点定位 早衰位点定位 亲缘关系 亲缘关系 荚长位点定位 驯化性状位点定位 种子纯度鉴定 标记筛选 方法构建 ：遗传图谱构建 ：亲缘关系 ：亲缘关系 类，类甚至可进一步细分为亚类群和。定位：借助分子标记对长豇豆数量性状进行基因定位是分子育种工作的关键一环，更是未来基因操纵、品种优化研究的先手棋。当前，农业从业者已经通过 分子图谱实现了荚果长度、荚果颜色、早衰性、耐冷性、种皮热致褐变等位点的定位。研究显示，长豇豆荚果长度与个 相关，分别位于 、和 上，其加性效应在 。、和 处 的 等 位 基 因 对 荚 长 的 影 响 高 达 ，其中 可使 荚长增加 。杨易 等 公 布 的 荚 色 标 记 位 点 分 布 于 组染色体中，检测结果与表型存在较高相关性。同样地，等 发现长豇豆种子、茎和叶大小的 主要位于 上。除表型外，耐性相关定位也是关注重点。黄海涛经过研究发现，长豇豆 的 位点和 上的 位点与结荚期耐冷性相关，最高贡献率可达 ，且二者存在正加性效应。同时，中 区间的 位点被证实可用于长豇豆耐早衰农艺性状定位。此外，分子标记对于长豇豆生理机理的研究北方园艺月月（上上）也有贡献。等 研究发现长豇豆种皮热致褐变现象与 、这个 定位密切相关，位于 的主位点 与 分子标记 和 表型共分离，后者与热诱导褐变表型相关性最高，表型方差高达 。遗传图谱构建：当前长豇豆分子标记也用于遗传图谱构建（详见 内容），标记种类多样，已覆盖 个连锁群。）功能基因的研究与应用。功能基因的研究是分子育种技术应用的基础，现阶段长豇豆功能基因开发和鉴定还处于发展阶段。现今，长豇豆部分驯化、耐性、生理机理相关基因已实现定位。除利用 定位（如 所述）外，科学家们还挖掘到部分功能基因。研究发现，（）、（）、（）等均与豇豆耐旱性相关，蛋白关系发芽期豇豆耐冷表现，而 基因能够在豇豆研究中展现出较广的抗虫谱。当前专门针对长豇豆的转基因研究鲜有报道，然而在豇豆领域已开展少数基于根瘤农杆菌、电转化 和基因枪 介导体系的转基因研究，涉及 、等基因。虽然由此已经获得愈伤组织、合子胚、植株等转基因结果，但是还未有应用于实际育种生产的品种个例。问题与展望 存在问题通过上述现状的分析，可以看出长豇豆新品种选育仍以重组育种为主要手段，且时间与人力成本较高。现阶段，长豇豆品种选育研究仍存在如下问题有待探索。第一，杂交种应用不足，杂交优势未能完全发挥。归根到底是育种技术落后，解决这一问题有赖于分子育种和无性繁殖重难点的突破：一方面，高密度分子指纹图谱开发不足。相比于番茄，长豇豆分子研究起步较晚，发展水平相对较低。现有标记数量较少，位点密度有待提高，且功能基因位点挖掘不足。同时，基因功能探索薄弱，未能完全掌握基因序列功能，尤其是多基因的相互作用关系。另一方面，无性繁殖技术未有突破性进展。传统长豇豆培养以有性繁殖为依托，高度依赖种子繁育，栽培成本高。若能实现以花、叶片、根尖等植物组织无性繁殖，品种经济效益将大幅提升。第二，分子育种应用水平不高。当前研究多停留在 标记鉴定与定位作图水平，植物基因工程技术结合较少。尤其，虽然现在已对部分重要农艺性状实现定位，但是还未真正实现从分子水平选育新品种应用于生产，未能充分发挥分子育种潜力。建议与展望针对上述存在的重难点问题，建议未来可以加强以下方面的工作。第一，加大高密度遗传图谱开发力度。加强长豇豆基因测序，丰富性状标记位点数量，精确细化标记功能，缩小标记与目的基因遗传距离，降低上位性风险。第二，深入挖掘基因作用机理与功能。从分子水平、蛋白水平、性状水平全面探究基因信息，特别是抗逆性相关机理，提升基因掌控力度，筛选最佳调控组合，增强基因型与表现型的一致性。第三，构建新型组织培养技术体系。在现有技术基础上，通过筛选培育部位、模拟微环境、调整生长节律等形式探索低成本且高效率的长豇豆无性繁殖技术，提升培养水平，扩大功能范围。第四，充分挖掘分子育种潜力。可将 标记定位、筛选、设计育种、基因编辑、转基因、基因芯片等多种技术手段结合，同时利用不同学科优势，多角度充分挖掘基因价值，多手段保证遗传多样性，扩大应用维度，提升研究深度，加快育种进程，增强选育效率，创新创造商品化品种。未来，“精准育种”将是长豇豆发展的必由之路，分子育种便是其中非常重要的一环，因此应引起足够的重视。新品种选育将已不仅局限于农业科学领域，更是分子生物学、遗传学、生物信息学、细胞生物学、材料科学等多领域合作的结果。相信通过多方共同努力，长豇豆能够在“经验育种”的基础上，最终实现低成本、高通量、自动化的育种目标。参考文献王佩芝 豇豆类型及研究概况 世界农业，（）：第第 期期 北方园艺陈禅友，胡志辉，赵新春，等 长豇豆资源及性状遗传研究广州：中国园艺学会青年学术研讨会，瞿云明，廖连美，黄雯文 长豇豆与水稻轮作栽培技术规程中国瓜菜，（）：詹园凤，党选民，戚志强，等 长豇豆种质资源主要农艺及品质性状分析南方农业学报，（）：高金龙，李春燕，李育军，等我国长豇豆育种现状及育种策略 长江蔬菜，（）：刘楚岑，严钦武，谭兴和，等豇豆食品的开发现状与展望 中国酿造，（）：黄海涛长豇豆耐冷种质资源筛选，遗传图谱构建及结荚期耐冷性 定位 雅安：四川农业大学，张静，彭海，陈禅友分子标记在长豇豆遗传分析中的应用进展 长江蔬菜，（）：潘磊，李依，余晓露，等豇豆分子遗传学研究进展长江蔬菜，（）：熊海铮豇豆遗传多样性及若干农艺性状关联分析杭州：浙江大学，陈禅友，张凤银，胡志辉，等 长豇豆荚色、籽粒色及生长习性的遗传研究武汉植物学研究，（）：谢文华，毛瑞昌 长豇豆农艺性状对产量和品质的关联性研究华南农业大学学报，（）：汪雁峰，张渭章，高迪明 千份豇豆种质资源十大农艺性状的鉴定与分析 中国蔬菜，（）：陈禅友，胡志辉，赵新春，等长豇豆新品种 鄂豇豆号 园艺学报，（）：张俣，罗育才，敬媛蓉，等优质早熟长豇豆新品种娄文豇号的选育 中国瓜菜，（）：赵新春，向士标，宁斌标早中熟优质长豇豆新品种博士绿长江蔬菜，（）：李桂花，陈汉才，张艳长豇豆新品种 丰产号 园艺学报，（）：李洪波，高芳云，庄华才，等长豇豆新品种 丰优油青豇豆 园艺学报，（）：黎庭耀，陈汉才，李桂花，等长豇豆新品种 宝佳豇豆 园艺学报，（）：方贯娜，庞淑敏，李红记翠绿条豇豆新品种郑研荚多宝的选育长江蔬菜，（）：陈禅友，胡志辉，赵新春，等中熟优质长豇豆新品种 鄂豇豆 园艺学报，（）：王小娟，吴月燕，廖道龙，等长豇豆新品种海豇号中国蔬菜，（）：鲁忠富豇豆新品种之豇 农村百事通，（）：顾海华，高迪明，张玉荣，等耐热抗病长豇豆品种浙翠号 长江蔬菜，（）：陈禅友，刘磊 长豇豆种子萌发进程中生理生化指标动态变化种子，（）：孙加焱，张渭章我国长豇豆新品种应用现状及良种繁育技术 长江蔬菜，（）：方贯娜，庞淑敏 春、夏、秋豇豆种植风险及应对措施 蔬菜，（）：陈禅友，肖春英长豇豆种子成熟度对种子活力及田间生产性能的影响 中国蔬菜，（）：李赛慧，吴东涛，刘术新，等基于“”试验的长豇豆肥效模型及推荐施肥量研究 丽水学院学报，（）：庞淑敏，方贯娜长豇豆膜下滴灌水肥管理技术农村百事通，（）：方贯娜，庞淑敏，韩荔，等影响长豇豆杂交结荚率的关键因素分析农业科技通讯，（）：罗俊敏，杜一新，陈海丽 长豇豆不同架式栽培试验 福建农业科技，（）：庞淑敏，方贯娜 光照强度与生长空间对蔓生长豇豆生长的影响北方园艺，（）：张朝明，赵坤，唐胜，等 广西长豇豆设施栽培技术 北方园艺，（）：庞淑敏，方贯娜，赵英凯，等 一种就地两年六代长豇豆高效杂交选育新品种的方法中国：，（）：刘峰，吴晓雷大豆分子标记在 群体中的偏分离分析 遗传学报，（）：段绍光，金黎平，谢开云，等分子标记及其在马铃薯遗传育种中的应用 种子，（）：王刚 黄瓜分子标记遗传连锁图构建与重要农艺性状基因定位上海：上海交通大学，袁鹤，张成合，刘海河，等 大白菜雄性核不育基因的染色体定位及 分子标记筛选中国农业科学，（）：张涛，陈兆贵，何秀云，等茄子 分子标记技术初步研究广东农业科学，（）：鲁忠富，徐沛，汪宝根，等基于 分子标记技术的长豇豆种子纯度快速鉴定技术浙江农业学报，（）：苑希蕊，吴晓花，汪宝根，等利用高密度 芯片精确定位长豇豆耐早衰性 分子植物育种，（）：杨连勇，管锋，周清华，等长豇豆遗传与育种研究进展长江蔬菜，（）：杨易，黎庭耀，李国景，等基于重测序的长豇豆基因组 标记开发及应用园艺学报，（）：，（），（）：，（），：，（）北方园艺月月（上上），（）：陈禅友，潘磊，胡志辉，等 长豇豆品种资源的 分析江汉大学学报（社会科学版），（）：刘永华，李国景，吴晓花，等长豇豆 技术体系的构建与优化 浙江农业学报，（）：谭华强利用形态学和 ，分子标记分析 个豇豆品种的亲缘关系 雅安：四川农业大学，彭海，张静，张路帆，等对长豇豆品种 反应体系中种关键成分的优化北方园艺，（）：，（），（）：彭海，张静，徐凡，等长豇豆 有效引物的筛选与反应程序的确定 湖北农业科学，（）：，（），（）：，（），（）：汪洲涛，游倩，高世武，等甘蔗品种的 和 标记鉴定及其应用 作物学报，（）：，（），（）：，（），（）：，（），（）：，（）：，（）：，（），（）：，（）：，（）：，（），（）：，（），（）：，（，）：，：；第第 期期 北方园艺