蔬菜抽薹的遗传规律及机理研究

许俊强，汤青林，宋明，王志敏

（西南大学园艺园林学院；南方山地园艺学教育部重点实验室；重庆市蔬菜学重点实验室，重庆，400715）

蔬菜抽薹的遗传规律及机理研究

许俊强，汤青林，宋明，王志敏

（西南大学园艺园林学院；南方山地园艺学教育部重点实验室；重庆市蔬菜学重点实验室，重庆，400715）

综述了蔬菜作物抽薹特性的遗传规律、鉴定方法、生化基础以及分子机理等方面内容，并对蔬菜作物抽薹特性的未来研究方向进行了展望。

蔬菜；抽薹；遗传规律

抽薹现象是某些蔬菜在繁衍过程中固有的生物学现象，主要指蔬菜具有在越冬前长成一定大小的营养体，再经过一个漫长的冬季于翌年气候转暖、日照变长之后，抽薹开花结实的习性。在蔬菜中还存在“先期抽薹”现象，蔬菜抽薹后会失去食用价值，经济效益降低。要从根本上解决这个问题，只有培育出耐抽薹的蔬菜新品种，而要培育耐抽薹的新品种，就必须了解它的抽薹特性及抽薹性的遗传规律，了解其鉴定方法和生化基础，并掌握抽薹的分子机理。

1 抽薹性的遗传规律

Mexo等用对低温要求性高的芜青和白菜杂交，研究杂交后代的抽薹性遗传规律，结果发现，抽薹性早晚受2个主效加性基因控制。后来在对白菜与甘蓝型油菜的种间杂种后代抽薹性遗传分析时，也发现了类似的规律，并发现早抽薹性对晚抽薹为显性，但白菜抽薹期的广义遗传力和狭义遗传力都较高，表明该性状受环境因素影响小，晚抽薹表型与基因型相关程度大，亲本能够较稳定地将其晚抽薹性遗传给后代。Deynze等在研究甘蓝型油菜春化需要型遗传规律时发现，春性类型对耐抽薹性类型为显性，春化需要性由一个主效基因和微效基因控制。又有学者在研究菠菜、萝卜、甘蓝、甜菜的抽薹遗传规律时发现，低温敏感类型对不敏感类型为显性。程斐等[1]系统研究了大白菜抽薹性，认为大白菜抽薹期是受核基因控制的数量性状，与细胞质遗传无关；该性状符合加性—显性遗传模型，其中加性基因效应比显性基因效应更重要，显性效应表现为部分显性；控制该性状的隐性基因比显性基因要多，早抽薹对晚抽薹为显性，晚抽薹性状的表现型与基因型相关程度大，亲本能够较稳定地将其晚抽薹性遗传给后代。张韬等[2]对春甘蓝特性研究时发现，抽薹期是受多基因控制的数量性状，符合加性—显性模型，以加性效应为主，显性是不完全显性；早抽薹对晚抽薹是显性，但遗传力较低，易受环境影响。余阳俊等[3]研究表明，大白菜（YH）、小白菜（FMS和WS）、芜菁（MM）的晚抽薹性遗传均符合加性—显性—上位性模型，早抽薹呈显性，其中小白菜WS的晚抽薹显性效应值不显著。赵丽萍等[4]对萝卜的抽薹遗传规律研究结果表明，抽薹受2个主基因和多基因的控制，与Ajisaka等[5]认为的抽薹是由几个主基因及多基因控制的结论相一致。

2 耐抽薹性的鉴定方法

耐抽薹性是绿体春化植物甘蓝的重要特性。耐抽薹甘蓝作为春甘蓝品种的主要育种材料已逐渐受到重视，如何获得和鉴定耐抽薹材料，更成为育种者研究的热点。国内外虽在晚抽薹育种中取得了一定的成果，选育了一批耐抽薹性的优良品种，并对控制和减轻未熟抽薹的环境条件进行了研究，但对耐抽薹性的鉴定方法和鉴定指标研究较少。目前主要靠田间自然鉴定抽薹早晚和春播中心柱长短来评价春甘蓝的耐先期抽薹能力。由于抽薹受环境条件、遗传因素等多方面的影响，育种者往往凭借育种经验来判断，对春播环境选择以及统计结果没有统一标准。甘蓝要通过春化进入生殖生长必须同时满足3个条件，即一定大小的营养体、通过春化的温度、低温持续一定的时间；此外，还应该满足光照及其他因素对春化及抽薹的影响。营养体大小因品种不同而异，如丹京3～4片叶、黄苗10片叶、牛心7～8片叶，且茎粗达到一定值（0.6～1.6 cm）才能接受春化；通过春化的温度一般为0～15℃；低温持续的时间 （因品种和植株的大小温度不同而异）一般为20～30 d或更长[6]。春化作用是先期抽薹的基础，一般通过了春化阶段的植株就可以发生先期抽薹。王超等[7]以7份抽薹特性有差异的春甘蓝自交系为试材，在 6，8，10叶龄分别进行低温处理30，45，60 d，研究甘蓝耐抽薹性的鉴定方法，研究结果表明，幼苗8片真叶时，低温处理45 d为鉴定不同甘蓝育种材料抽薹特性的最佳时期。

目前，对于种子春化植物大白菜耐抽薹性的研究较甘蓝深入。对于结球大白菜，一般结球率大于80%，抽薹率低于10%，短缩茎小于10 cm，被认为是耐抽薹性强材料。余阳俊认为，大白菜的抽薹性与开花叶片数呈极显著正相关，开花叶片数可以作为判断大白菜耐抽薹性状的一项间接指标，花芽分化较晚、抽薹较晚，开花叶片数亦最多；相反抽薹早、开花早，开花叶片数则最少。此外，花芽分化临界期 （从开始进行春化到花芽分化起始的时间）与大白菜抽薹早晚密切相关。程斐等[1]研究指出，大白菜抽薹期早晚与花芽分化临界期的相关系数为0.979 4，因此可以用花芽分化临界期这一早期指标替代抽薹期这一生育后期指标对育种原始材料、自交系和品种进行早期选择，但未指出具体分级标准。

程斐等[1]研究表明，在大白菜花芽分化临界点，不同抽薹性大白菜品种中CTK（细胞分裂素）和多胺含量均出现一个高峰，CTK高峰出现比多胺早2～4 d，其后精胺、亚精胺含量下降，结球性良好的晚抽薹品种比结球性差的早抽薹品种的CTK和多胺含量均低。这一结果可作为品种和原始材料选择的一个参考性生理指标，但该指标不能很好地区分耐抽薹性强与耐抽薹性中等的品种。

3 抽薹的生化基础

目前对抽薹生化机理还缺乏系统研究，抽薹性的生化机理研究主要集中在甜菜[8]、萝卜[9]、大白菜[10]等植物。宋贤勇等[11]采用酶联免疫吸附法（ELISA）测定了春萝卜抽薹过程中顶端生长点处嫩叶的赤霉素（GA4）、生长素（IAA）、细胞分裂素（iPA）和脱落酸（ABA）等含量的变化情况。研究结果表明，在萝卜抽薹过程中，GA4含量在现蕾点存在明显的峰值，表明GA4与现蕾抽薹密切相关，起着主导作用；内源ABA含量变化与GA4变化趋势基本一致；与GA4和ABA相比，抽薹过程中叶片IAA含量相对较低；iPA含量在现蕾期逐步增加，至抽薹中后期出现一高峰值。研究发现iPA/ABA值增大，GA4/iPA和GA4/IAA值变小有利于花芽分化后萝卜植株抽薹开花，表明内源激素之间的平衡对萝卜抽薹开花也起着重要作用。李梅兰等[12]春化处理白菜植株，发现其茎尖组织DNA甲基化水平较对照下降，但GA含量明显上升，为对照的2～3倍，且低温诱导植株产生了一种分子量为58 kD的特异蛋白质，说明低温可能通过降低DNA甲基化水平或增加GA含量而诱导植物抽薹开花。

奥岩松等[13]研究指出，抽薹习性不同的大白菜品种在同一时期的特异蛋白的种类相同，只是含量存在差异，而且无论是花芽分化开始或花芽完全形成，或花茎分化期，均表现为耐抽薹品种的可溶性蛋白含量较低。王玉波等[14]通过分析淀粉酶活性的变化探讨甜菜当年抽薹和抽薹逆转的机理。结果表明，甜菜在抽薹过程中淀粉酶活性呈先升高后下降的变化趋势；脱落酸（ABA）和马来酰肼（MH）能够逆转甜菜抽薹，在逆转抽薹处理后7 d，淀粉酶活性达到最高值，然后下降，至处理后20 d淀粉酶活性又有升高趋势。

刘磊等[15]以红太阳（Red Creole）洋葱为试材研究抽薹植株与未抽薹植株的生化变化差异发现茎形成期，未抽薹植株游离氨基酸与可溶性蛋白质含量较高，抽薹植株可溶性糖含量、C/N值及POD活性较高；而抽薹期，抽薹植株游离氨基酸与可溶性蛋白质含量较高，未抽薹植株可溶性糖含量、C/N值及POD活性较高。张波[16]进行了抽薹特性不同的不结球白菜品种在抽薹过程中多酚氧化酶（PPO）、L-苯丙氨酸解氨酶（PAL）、超氧化物歧化酶（SOD）、过氧化物酶（POD）、过氧化氢酶（CAT）的活性变化趋势研究。结果发现，在抽薹过程中，4种酶的活性在早抽薹品种和晚抽薹品种中都呈现明显的上升趋势，而CAT的活性在抽薹前下降，抽薹后随着抽薹的加快而上升，但不同酶上升幅度不同，同一种酶在不同品系间的变化夜存在明显差异。

Attoli等[17]研究表明，VC含量的增加会延迟拟南芥的抽薹开花时间，说明VC含量与抽薹相关，它在启动抽薹中起着重要作用。半胱氨酸是谷胱甘肽合成的前体物质之一，Yanagidaa M[18]研究发现，利用还原型谷胱甘肽（GSH）或其前体半胱氨酸，代替春化处理，会诱导洋桔梗（Eustoma Grandiflorum）抽薹，但是其他硫醇类物质如二硫苏糖醇（dithiothreitol）和 2-巯基乙醇却不能诱导抽薹。这一研究表明，春化会刺激GSH的合成，从而激发洋桔梗植物抽薹，表明GSH是诱导抽薹的内在诱导因子。Kolar J等[19]研究表明，降低矿质营养会加速拟南芥的抽薹开花进程。Zhou F M等[20]研究发现，拟南芥叶绿体上脂肪氧化酶活性增加会促进抽薹开花。

4 抽薹的分子机理

目前主要对萝卜、白菜等作物抽薹的分子机理进行了初步研究，大多采用分子标记和基因表达差异显示技术。张慧蓉等[9]利用DDRT-PCR对不同品种萝卜抽薹、花芽分化过程中差异基因的表达进行初步分析研究，分离得到41条差异基因片段，然后对这些差异cDNA片段进行核苷酸序列及氨基酸序列同源性分析，发现它们与拟南芥叶绿体基因组DNA、拟南芥未知蛋白、拟南芥At3g23000基因、芜青叶绿体petA基因、拟南芥羧酯水解酶、银叶树（Heritiera littoralis）18S核糖体 RNA基因、莴苣（Lactuca sativa）NADH 脱氢酶亚组 2、 拟南芥CIPK7、甘蓝型油菜线粒体DNA和人类3号染色体克隆等具有很高的同源性。另外，有4个差异片段找不到同源基因，认为是新基因片段；还有许多同源性很低的差异片段，可认为是未知基因。张波[16]研究了与不结球白菜晚抽薹基因紧密连锁的SSR分子标记，结果发现了一个与晚抽薹基因紧密连锁的标记LB，其遗传距离为5.7 cM。为了阐明低温要求型晚抽薹的分子机制，张伟峰等[21]利用易抽薹大白菜BY和晚抽薹芜菁M.M杂交获得的81个DH系群体为试材，从中选择了6个极早抽薹和6个极晚抽薹的株系分别组成早抽薹池和晚抽薹池。以两池和双亲为样本，以无低温和3～5℃ 处理25 d后获得的mRNA为模板，反转录为cDNA，利用256对AFLP引物组合进行cDNA-AFLP分析，筛选与晚抽薹性相关的特异片段。对其中3条差异表达且丰度较高的cDNA片段进行了克隆测序。序列测定和Blast分析表明，p65m47 cDNA片段与C2结构域蛋白基因有80%的同源性，期望值为7e-17，C2结构域蛋白在细胞的信号转导中起着很重要的作用；p66m55 cDNAⅠ片段与拟南芥AT1G32530 cDNA有85%的同源性，期望值为5e-36，它编码蛋白结合位点／泛素连接酶／锌指结合蛋白；p66m55 cDNA II片段与拟南芥AT1G65590 cDNA有87%的同源性，期望值为4e-37，它编码β-乙酰已糖胺水解酶。徐文玲等[22]研究表明SCAR标记遗传图距为7.5 cM，为与萝卜抽薹基因紧密连锁的标记，因此可以用于萝卜育种的分子标记辅助育种。

5 展望

近年来蔬菜抽薹相关基因的研究已有了很大进展，特别是BSA和QTL等方法使相关工作程序大大简化。目前，有关萝卜、芥菜、大白菜等十字花科蔬菜作物花芽分化（IM向FM转变）的生化机理研究报道较多[23～24]，但对启动抽薹期（VM 向 IM 转变）的生化变化还没有系统的研究报道。为进一步揭示启动抽薹的分子机理，还需采用Real Time-PCR、Northern杂交和RACE克隆基因全长以及基因功能验证等，来确定TDF与启动抽薹的关系[25]。随着生物技术的发展，应利用生物技术研究春化及抽薹的遗传机理，从细胞遗传学和分子遗传学水平对晚抽薹基因进行定位，使常规方法和分子标记技术合理结合，为蔬菜耐抽薹性育种打下基础。

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Research on Inheritance and Mechanism of Bolting in Vegetables

XU Junqiang,TANG Qinglin,SONG Ming,WANG Zhimin
(College of Horticulture and Landscape Architecture,Southwest University/Key Laboratory of Horticulture Science for Southern Mountainous Regions,Ministry of Education/Key Laboratory of Olericulture,Chongqing 400715)

This paper reviews the characteristics of vegetable crops from inheritance of bolting,identification methods, biochemical basis and molecular mechanism etc.,and prospects the future researches of bolting characteristics in vegetables.

Vegetables;Bolting;Inheritance

10.3865/j.issn.1001-3547.2011.08.003

国家自然科学基金（31000908），中央高校基本科研业务费专项资金（XDJK2009C124），重庆市自然科学基金（2009BB1307），西南大学博士基金（SWU110009）

许俊强（1985-），男，硕士，从事植物分子生物学研究，E-mail：xujunqiang101@163.com

汤青林，通信作者，E-mail：swutql@163.com

宋明，通信作者，E-mail：swausongm@yahoo.com.cn

2011-04-15