橘红心大白菜遗传育种研究进展

丁谦+杜立忠+陈士亮+李景娟+张一卉+王凤德+李化银+高建伟

摘要：综述了橘红心大白菜育种及种质资源、营养品质、橘红心性状的遗传规律研究现状及进展，并对未来研究的方向和面临的问题进行了阐述。

关键词：橘红心大白菜；遗传规律；类胡萝卜素

中图分类号：S634.1-1文献标识号：A文章编号：1001-4942（2014）12-0129-04

橘红心大白菜因其叶球内叶颜色为橘红色而得名，其营养成分含量也要高于普通白心大白菜，尤其是维生素C、β-胡萝卜素等物质。橘红心大白菜所含的类胡萝卜素是一种广泛存在于植物中的多烯烃类物质，人体自身不能合成，只能从食物中摄取，类胡萝卜素在人体中起着重要作用，比如在心血管的保护﹑癌症的预防以及肺部系统的保护等方面 [1～8]。本文就橘红心大白菜育种中种质资源、营养品质、橘红心性状的遗传规律等方面的研究进展进行了阐述，旨在为今后橘红心大白菜育种研究提供参考。

1橘红心大白菜种质资源研究

随着生活水平的不断提高，消费者对大白菜叶球颜色提出了更高的要求，随之各种球叶颜色的大白菜应运而生，其中关于球叶颜色为黄色或橘红色的大白菜研究较为常见。1999年青岛市农业科学研究院对引自国内外的橘红心大白菜品种进行连续多代的自交分离和杂交转育，育成大量橘红心自交系和自交不亲和系，并于2004年育成橘红心大白菜M168，生育期约为70～75天，缺点是不耐贮藏[9]。北京市农林科学院蔬菜研究中心选育出北京橘红心，其选育方法于2002年被授权国家发明专利[10]；随后选育出了北京橘红2号新品种，该品种生育期为85～90天，抗病毒病能力较北京橘红心差。山东省春秋大白菜育种研究中心于2005年通过抗性转育和人工接种鉴定筛选技术选育出了高抗病毒病﹑兼抗霜霉病和软腐病的中晚熟品种红抗1号和晚熟品种红抗2号 [11]，适于全国推广。山东省农业科学院蔬菜花卉研究所王翠花等[12]通过抗病育种技术选育出一系列适于不同季节栽培的天正系列橘红心大白菜和娃娃菜，包括橘红58（娃娃菜）﹑橘红60、橘红62、橘红65等，该系列品种具有早熟（生育期为58～65天）﹑结球紧实﹑采收期长﹑易包装等优点，对病毒病、霜霉病和软腐病具有较高的抗性。虽然我国在橘红心大白菜田间选育上处在国际前列，并且拥有较为丰富的橘红心种质资源，但是在其类胡萝卜素代谢机理、遗传规律以及控制橘红心大白菜叶色变化的关键基因挖掘等方面尚处于起步阶段。

2橘红心大白菜营养成分研究

大白菜可食用部分，其营养成分主要包括氨基酸﹑维生素﹑微量元素以及类胡萝卜素等，其含量在不同球叶颜色大白菜中存在着区别。宋廷宇等[13]对薹菜、大白菜与白菜中氨基酸种类进行比较，结果显示人体必需的几种氨基酸在白菜类蔬菜中无差异。金同铭等[14]则对我国大白菜主要产地的不同熟性品种中主要营养物质进行了常规化学方法以及近红外光谱法测定，并对两种方法进行了比较，结果表明近红外光谱法与化学法在白菜营养物质测定方面有相似的准确性，适合推广。随后张德双等[15]利用近红外光谱法对大白菜中营养成分在不同叶片和部位中的分布规律进行了研究，结果显示营养成分的分布规律在普通白菜和橘红心大白菜中无差异，但是在营养成分含量方面则是橘红心白菜表现突出。此后张德双等[16]继续对不同球叶颜色大白菜品种的主要营养成分进行了测定，并比较了其营养成分含量差异，橘红心大白菜主要营养成分含量最高，尤其是β-胡萝卜素﹑维生素C等物质；黄心大白菜次之；白心大白菜最低。由山东省农业科学院蔬菜花卉研究所王翠花等[12]选育的天正橘红系列大白菜（橘红58、橘红60、橘红62、橘红65等）经农业部食品质量监督检验测试中心（济南）对其主要营养成分进行检测，结果显示，天正橘红系列大白菜中β-胡萝卜素含量明显高于普通白菜，其中橘红62和橘红65的含量最高，是普通白菜的11倍多，达到26.163 mg/gDW；橘红58（娃娃菜）次之，含量为10.62 mg/gDW，是普通大白菜的4.53倍；最低的橘红60也是普通白菜的3.18倍，达到7.465 mg/gDW。

橘红心大白菜中营养物质含量丰富，尤其在类胡萝卜素种类以及含量等方面都优于普通大白菜，所以对于橘红心大白菜中类胡萝卜素的研究尤为重要。

2.1橘红心大白菜中类胡萝卜素研究

陈鹏飞等[17]运用反向高效液相色谱法（RP-HPLC）对不同类型大白菜中胡萝卜素种类进行分析鉴定，结果表明黄心和淡黄心大白菜中见光外叶与不见光球叶中类胡萝卜素种类相同，橘红心大白菜中见光外叶成分和黄心或淡黄心大白菜中类胡萝卜素相同，但其橘红色内叶中的类胡萝卜素种类远比其外叶丰富，是研究大白菜中类胡萝卜素代谢和积累的优良材料。李娟[18]提出乙醇和丙酮（1∶1）混合试剂避光提取橙色大白菜中的类萝卜素并利用高效液相色谱法（HPLC）对橘红心大白菜中四种类胡萝卜素的分布规律以及不同时期的积累规律进行研究，结果表明内叶含量高于外叶含量，结球期番茄红素先降后升，叶黄素与α-胡萝卜素、β-胡萝卜素含量整体下降，其中叶黄素在结球后期消失，总体而言橘红心大白菜营养丰富。

鉴于橘红心大白菜种类较少以及没有较为成熟测定方法的局限，现阶段对于橘红心大白菜中类胡萝卜素研究的报道较少，关注的重点也主要集中在类胡萝卜素种类以及与其他颜色大白菜中含量差异的比较方面，所以开发并建立一种行之有效的测定方法显得尤为重要。

2.2 橘红心大白菜中类胡萝卜素代谢机理研究

近年来关于植物类胡萝卜素的生物合成途径以及相关酶类等方面的研究较多，其中大部分研究围绕着合成途径中的三个限速反应展开，这三个限速反应分别为GGPP（牻牛儿基牻牛儿基焦磷酸）的合成﹑八氢番茄红素的合成以及八氢番茄红素的去饱和反应；其涉及的酶主要包括了以下4种，即牻牛儿基牻牛儿基焦磷酸合成酶（GGPS）﹑八氢番茄红素合成酶（PSY）﹑八氢番茄红素去饱和酶（PDS）和ζ-胡萝卜素脱氢酶（ZDS）[19，20]。番茄红素是这四种酶共同作用下合成的第一种物质，也是后续α-和β-胡萝卜素﹑叶黄素和玉米黄质的合成前体。植物体内不同的类胡萝卜素种类以及含量的多少导致了叶片颜色的不同，所以研究类胡萝卜素的种类以及合成中的酶基因具有重要作用。endprint

1999年Shewmaker等[21]将一种细菌八氢番茄红素合成酶基因（crtB）转入普通油菜中，其种子中α-和β-胡萝卜素含量较对照明显提高，总含量提高50倍，且其种子胚呈现明显橘色，而对照组胚呈现绿色。Lu等[22]对花椰菜Or基因突变体中β-胡萝卜素的积累机制进行研究， 结果显示其Or基因的表达主要是促进花椰菜细胞中的前质体和其他无色质体向有色体的分化， 主要是形成大量积累β- 胡萝卜素的有色体。张华敏等[23]利用达草灭对橘红心大白菜愈伤组织进行处理，并对其类胡萝卜素含量进行分析，结果显示橘红心大白菜合成八氢番茄红素的能力与普通白菜并无差异。由于现有研究仅对橘红心大白菜类胡萝卜素合成积累过程中某个或者某些相关基因进行研究，从而导致了相关研究结果不够全面，其积累机理没有系统性的研究结果，因此橘红心大白菜的类胡萝卜素积累机理并不完全明确。

3橘红心大白菜遗传规律研究

余阳俊等[24]利用白色叶球自交系与橘红色叶球纯系作为父母本并对其F2代以及回交后代叶片颜色形状进行统计分析，结果表明，一对隐性基因控制着大白菜橘红色球叶性状，这一结果与Matsumoto等[25]对橘红色性状田间表现的统计结果一致，认为橘红色性状为一对隐性基因控制。张德双等[26]利用不同球叶颜色（白色、黄色、橘红色）的纯系品种组合并对其子代、F2代、回交代的田间性状进行统计分析，结果表明橘红色性状是由一对隐性基因控制的质量性状，并且与花色具有完全连锁。张德双等[27]以橘红心大白菜和紫色外叶的普通白菜为亲本研究其杂交代、自交代和回交代，结果表明橘红色内叶与紫色外叶互为独立的非连锁遗传。耿新翠等[28]采用橘红心大白菜自交系与普通白心自交系作为亲本，并对其杂交代﹑自交代以及回交代进行子叶颜色的遗传与叶色的关系以及其稳定性的研究，结果表明子叶颜色、花色以及内叶颜色三者遗传表现为一因多效，且子叶颜色较为稳定。张立志等[29]对橘红心大白菜球叶细胞中有色体个数以及类胡萝卜素形态进行了分析，结果表明球叶除球叶顶芽不含类胡萝卜素外，其他球叶部位细胞都含有4～6个有色体，并且类胡萝卜素呈晶体状结晶。

对于橘红心大白菜中球叶颜色的研究主要集中于球叶颜色的遗传规律研究上，并没有伴随着对其类胡萝卜素种类以及各种成分含量的多少进行研究，所以这方面的研究有待提高。

4橘红心大白菜相关基因研究

DNA水平的研究是从本质上对某一物种进行研究，自从1980年Botstein等[30]首次应用RFLP（限制性片段长度多态性） 作为构建遗传连锁图谱的遗传标记以来，分子标记的种类不断增加，分子标记技术不断完善，为从DNA水平上研究橘红心大白菜中与橘红心性状连锁的基因提供了有力的保障。

1998年，Matsumoto等[25]利用RFLP技术将橘红心单隐性基因定位到大白菜DH系图谱中，并确定了与其连锁的3个RFLP标记。王琦[31]采用集团分离分析法（BSA）对196个大白菜F2代与橘红色球叶颜色相关联的RAPD遗传标记进行筛选，并成功将一个RAPD标记转化为SCAR标记。刘秀村等[32]对以纯种橘红心大白菜和纯种白心大白菜杂交子一代的小孢子培养得到的双单倍体系采用集团分离分析法进行RAPD分子标记研究，找到一个与橘红心球色基因连锁且遗传距离为3.8 cM，LOD值为19.05的分子标记。王国臣等[33]则采用RAPD、RFLP分子标记技术对双单倍体系与橘红心基因连锁的分子标记进行研究，成功筛选到一个遗传距离为8 cM 的RAPD标记S1338656和一个遗传距离为13 cM 的AFLP标记P67M54172并成功转化为SCAR标记，得到田间验证。Feng等[35]以07A163和Chiifu为亲本杂交，将得到的600个F2个体作为供试材料对橘红心基因（or）进行定位，并寻找新的与其具有连锁关系的分子标记，成功将or基因定位在第9连锁群上的AC172873和AC189246分子标记之间，遗传距离为4.6 cM。

橘红心大白菜基因的研究已经进入较快发展的时期，随着各种分子标记以及遗传图谱的更新，将控制大白菜橘红心的关键基因分离出来已为期不远。

5橘红心大白菜研究展望

橘红心大白菜已经出现很多年，虽然目前在橘红心大白菜遗传规律研究方面已获得“橘红心是由隐性单基因控制”的较为统一的结论，但在类胡萝卜素合成的调控机理以及连锁基因等方面的研究还比较薄弱，有很多问题需要解决。今后应在橘红心大白菜中类胡萝卜素合成代谢调控机理以及相关酶类基因的克隆等方面加强研究，为橘红心大白菜的选育提供更多的理论支持。

参考文献：

[1]

孙庆杰，丁霄霖.番茄红素的保健作用与开发[J].食品与发酵工业，1997，23（4）：72-75.

[2]徐伟，刁复强.番茄红素对人体健康的潜在作用[J].国外医学卫生学分册，1998，25（2）：81-84.

[3]谭新平，王银娜，刘晰.番茄红素与癌[J].天然产物研究与开发，2001，13（4）：71-75.

[4]孙庆杰.番茄红素前列腺癌及其它癌症[J].广州食品工业科技，1998，14（3）：30-32.

[5]Weisburger J H. Evaluation of the evidence on the role of tomato products in disense prevention[J].Proc.Soc.Exp.Biol.Med.，1998，218（2）：140-143.

[6]Minhthy L， Ngugen，Steven J， et al. Lyeopene：chemical and logical properties[J].Food Technology，1999，53（2）：38-45.endprint

[7]闫春兰，刘子贻.番茄红素保健功能的研究现状[J].浙江大学学报：医学版，2002（2）：139.

[8]Franceschi S， Bidoli E， Veccia C， et al.Tomatoes and risk of digestive-tract cancers[J].Int. J. Cancer，1994，59：181-184.

[9]杨晓云.高端白菜桔红心大白菜 M168[J]. 蔬菜，2009（12）：13.

[10]徐家炳，陈广，张凤兰，等.一种桔红心白菜的选育方法[P].中国，99103404，X2002.

[11]苏学军，徐茂俊.彩色大白菜新品种红抗1、2 号的选育[J].中国瓜菜，2005（4）：25-27.

[12]王翠花，何启伟，牟晋华，等.橘红心大白菜系列新品种[J].长江蔬菜，2009（7）：9.

[13]宋廷宇，侯喜林，何启伟，等.薹菜、大白菜与白菜营养成分评价[J].山东农业科学，2007（5）：21-22.

[14]金同铭，刘玲，唐晓伟，等.用近红外光谱法测定大白菜的营养成分[J].华北农学报，1994，9（4）：104-110.

[15]张德双， 金同铭， 徐家炳， 等. 几种主要营养成分在大白菜不同叶片及部位中的分布规律[J]. 华北农学报，2000，15（1）：108-111.

[16]张德双，徐家炳，张凤兰，等.不同球色大白菜主要营养成分分析[J].中国蔬菜，2004（3）：37.

[17] 陈鹏飞，刘栓桃，张志刚，等.大白菜的类胡萝卜素种类鉴定[J].中国农学通报，2011，27（19）：137-143.

[18] 李娟.橙色大白菜类胡萝卜素和黄酮提取测定方法及其积累规律的研究[D].杨凌：西北农林科技大学，2007.

[19] 王玉萍，刘庆昌，翟红.植物类胡萝卜素生物合成相关基因的表达调控及其在植物基因工程中的应用[J].分子植物育种，2006，4（1）：103-110.

[20] 侯耀兵，康保珊，黄进勇.植物类胡萝卜素研究进展[J]. 中国瓜菜，2009（4）： 28-31.

[21] Shewmaker C K， Sheehy J A， Daley M， et al. Seed-specific over expression of phytoene synthase： increase in carotenoids and other metabolic effects[J]， Plant J.，1999，20（4）：401-412.

[22] Lu S， Van Eck J， Zhou X， et al.The cauliflower Or gene encodes a DnaJ cysteine-rich domain containing protein that mediates high levels of beta-carotene accumulation[J]. Plant Cell， 2006， 18（12）： 3594-3605.

[23] 张华敏，武云霞 ，张鲁刚 ，等. 达草灭对橙色大白菜愈伤组织中类胡萝卜素含量的影响[J]. 植物生理学通讯，2009，45（4）： 340-344.

[24] 余阳俊，陈广.大白菜球色的遗传[J].北京农业科学，1993，11（5）：18-19.

[25] Matsumoto E，Yasui C，Ohi M，et al. Linkage analysis of RFLP marker for clubroot resistance and pigmentation in Chinese cabbage（Brassica rapa ssp. pekinensis）[J]. Euphytica，1998，104 （2）：79-86.

[26] 张德双，张凤兰，徐家炳.大白菜花色和球色遗传规律的研究[J].华北农学报，2003，18（2）：81-84.

[27] 张德双，汪维红，张凤兰，等.大白菜橘红色和紫色遗传分析[J].中国蔬菜，2011（18）：25-29.

[28] 耿新翠，沈向群，侯华，等.橘红心大白菜形态标记的遗传及稳定性研究[J].中国蔬菜，2012（6）：21-26.

[29] 张立志，张鲁刚，付文婷，等.橙色大白菜球叶细胞有色体的超微结构观察[J].西北农业学报，2010，19（12）：148-151.

[30] Botstein D，White R L ，Skolnick M， et al. Construction of a genetic linkage map in man using restriction fragment length polymorphism[J].Am. J. Hum. Genet.，1980，32（3）：314-331.

[31]王琦.大白菜橙色叶球基因分子标记及杂种纯度鉴定研究[D].杨凌：西北农林科技大学，2006.

[32]刘秀村，张凤兰，张德双，等.与大白菜橘红心基因连锁的RAPD 标记[J].华北农学报，2003，18（4）：51-54.

[33]王国臣，张凤兰，余阳俊，等.与大白菜橘红心基因紧密连锁的SCAR标记[J].园艺学报，2007，34（1）：217-220.

[34] Feng Hui， Li Yuefei， Liu Zhiyong， et al. Mapping of or， a gene conferring orange color on the inner leaf of the Chinese cabbage （Brassica rapa L. ssp. pekinensis）[J].Mol. Breeding， 2012，29（1）：235-244.endprint