李海真 田佳星 張國裕 張 帆 賈長才

〔北京市農(nóng)林科學(xué)院蔬菜研究中心，農(nóng)業(yè)農(nóng)村部華北地區(qū)園藝作物生物學(xué)與種質(zhì)創(chuàng)制重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，農(nóng)業(yè)農(nóng)村部都市農(nóng)業(yè)（北方）重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京100097〕

南瓜（Cucurbitaspp.）是我國種植的重要瓜類蔬菜之一，我國大面積栽培和應(yīng)用的南瓜主要有中國南瓜（Cucurbita moschataDuch.ex Poir.，別名南瓜、倭瓜）、印度南瓜（Cucurbita maximaDuch.ex Lam.，別名筍瓜、金瓜）、西葫蘆（Cucurbita pepoL.，別名美洲南瓜、角瓜和北瓜）和黑籽南瓜（Cucurbita ficifoliaBouche）共4 個栽培種。南瓜屬作物種質(zhì)資源豐富，可利用部位多種多樣，南瓜的各個器官，除地下根系外，地上部分的嫩稍、葉、花、果、種子均可食用。南瓜用途廣泛，可作為菜用、籽用、飼料用、觀賞植物及瓜類的嫁接砧木。所以，南瓜在全國各地的栽培和使用較為普遍，播種面積和產(chǎn)量均居世界前列。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，作為菜用的南瓜（包括西葫蘆、中國南瓜和印度南瓜）在我國的年播種面積約60 萬hm2，總產(chǎn)量約2 000萬t（數(shù)據(jù)來源于南瓜行業(yè)專項(xiàng)的南瓜產(chǎn)業(yè)技術(shù)發(fā)展報告）。近年我國和世界各國對南瓜籽的需求量呈現(xiàn)逐年上升的趨勢，產(chǎn)籽專用型南瓜的生產(chǎn)已成為我國南瓜生產(chǎn)的重要組成部分，在生產(chǎn)和消費(fèi)習(xí)慣上，根據(jù)南瓜籽外觀可將籽用南瓜分為：白板類型（主要是印度南瓜種）、光板類型（主要是西葫蘆）、裸仁類型（無殼西葫蘆）、毛邊類型（主要是中國南瓜種）和黑籽類型（黑籽南瓜種）等幾個種類，我國籽用南瓜年播種面積約為25 萬hm2，生產(chǎn)總量在45 萬t 左右，出口總量在8 萬～10 萬t，占世界南瓜籽貿(mào)易量的50%以上（數(shù)據(jù)來源于南瓜行業(yè)專項(xiàng)的南瓜產(chǎn)業(yè)技術(shù)發(fā)展報告）。

“十三五”期間（2016—2020 年），在國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、國家自然科學(xué)基金及省部級及地方（市級）等項(xiàng)目的支持下，我國在南瓜的遺傳育種方面取得了重大的進(jìn)展。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，5 年間獲省部級科技進(jìn)步二等獎4 項(xiàng)，獲得授權(quán)國家發(fā)明專利33 項(xiàng)，獲植物新品種授權(quán)品種46 個，通過各省市認(rèn)定或鑒定的品種30 余個。常規(guī)育種技術(shù)和雙單倍體育種、分子輔助育種技術(shù)相結(jié)合，創(chuàng)制出一批抗病毒病、抗白粉病、強(qiáng)雌、短蔓、高類胡蘿卜素含量等優(yōu)異性狀突出的新材料。高新育種技術(shù)被更廣泛地應(yīng)用于南瓜育種中，使南瓜育種的效率和質(zhì)量獲得了顯著提升，以市場需求為導(dǎo)向的商業(yè)化南瓜育種體系漸趨完善。我國南瓜在基因組學(xué)研究、育種技術(shù)研究、優(yōu)異基因挖掘及利用、種質(zhì)資源創(chuàng)制和新品種選育等方面取得了突破性進(jìn)展。

1 南瓜基因組學(xué)研究取得重要進(jìn)展

“十三五”期間，我國南瓜全基因組測序技術(shù)處于全球頂尖水平。北京市農(nóng)林科學(xué)院蔬菜研究中心與美國科學(xué)家合作，對南瓜重要的2 個栽培種印度南瓜和中國南瓜進(jìn)行了全基因組測序（Sun et al.，2017），組裝后基因組大小分別為271.4 Mb和269.9 Mb，各包含32 076 個和32 205 個基因。該研究進(jìn)一步從基因方面闡釋了印度南瓜與中國南瓜之間顯性特征所存在的差異，并探索、展示了兩種南瓜在進(jìn)化史中的差異。

相較于西瓜和黃瓜，南瓜的基因組更大，具有20 對染色體，而西瓜和黃瓜分別只具有11 對和7對染色體。在全基因組測序試驗(yàn)中，科研人員將南瓜與各種瓜類的染色體進(jìn)行了比較分析，認(rèn)為其他瓜類生成四倍體后會丟失部分祖輩基因，并再次恢復(fù)到二倍體狀態(tài)，而南瓜會相對完整地保存祖輩基因，保留四倍體的狀態(tài)（Sun et al.，2017）。以上研究結(jié)果豐富了南瓜全基因組序列變異數(shù)據(jù)庫，不僅為南瓜類作物的規(guī)模化基因挖掘和遺傳改良工作奠定了基礎(chǔ)，也為探究葫蘆科植物的比較基因組學(xué)和進(jìn)化等提供了相應(yīng)資料和信息支撐。南瓜基因組測序的完成象征著南瓜遺傳育種與分子生物學(xué)步入了新的階段。

2 克隆和定位了一批控制南瓜重要性狀的基因/QTL

“十三五”以來，各相關(guān)單位先后開展了與南瓜抗病抗逆、強(qiáng)雌性狀、品質(zhì)性狀、形態(tài)建成和性別分化等相關(guān)的研究，克隆和定位了相關(guān)基因/QTL，開發(fā)了緊密連鎖的分子標(biāo)記，并分析了其生物學(xué)性能和分子調(diào)控機(jī)制，為南瓜分子育種奠定了基礎(chǔ)。

2.1 抗病抗逆性狀

目前，南瓜的生產(chǎn)效益主要受限于病害的發(fā)生，因此在南瓜育種中，抗病是關(guān)鍵。已有研究重點(diǎn)對白粉病和病毒病的抗病基因進(jìn)行了定位。王晶（2017）對美洲南瓜抗白粉病基因進(jìn)行了初定位，得到1 個與抗病基因連鎖的SSR 標(biāo)記，遺傳距離為5.2 cM。趙敏雪（2017）將美洲南瓜白粉病的抗病基因精細(xì)定位于第10 號染色體上，包含了157 kb 的序列和32 個基因，綦聰（2019）又將其定位在第10號染色體的103 kb區(qū)間內(nèi)，包含18個基因。Wang 等（2021）將白粉病抗性主效位點(diǎn)定位在第10 號染色體20.9 kb 區(qū)間內(nèi)，鑒定包含RPW8結(jié)構(gòu)域的基因?yàn)橹餍Э共∥稽c(diǎn)的候選基因，同時研究了與主效抗性位點(diǎn)緊密連鎖的分子標(biāo)記，用于白粉病抗性基因的分子標(biāo)記輔助選擇。西葫蘆病毒病抗性基因的定位也取得了一些進(jìn)展。張棟（2016）利用SSR 引物對西葫蘆抗番木瓜環(huán)斑病毒?。╬apaya ring sopt virus，PRSV-W）的位點(diǎn)PRSV-W進(jìn)行了初步定位。王凱玥（2020）將抗病基因PRSV-W定位在753 kb 的區(qū)間內(nèi)，該候選區(qū)域包含30 個候選基因；同時開發(fā)了與該抗病基因緊密連鎖的分子標(biāo)記，并將其運(yùn)用在選擇育種中。張沙沙（2020）將西葫蘆的小西葫蘆黃化花葉病毒（zucchini yellow mosaic virus，ZYMV）抗病基因最終定位于包含40個候選基因的673 kb 的區(qū)域內(nèi)。此外，南瓜抗逆研究也取得新進(jìn)展，徐揚(yáng)（2017）利用F2群體構(gòu)建含有95 個SSR 遺傳標(biāo)記的砧用南瓜遺傳圖譜，并在LG1、LG7 和LG10 上找到3 個與耐冷性相關(guān)的QTL 位點(diǎn)（Xu et al.，2017）。

除對抗病抗逆基因進(jìn)行定位，還針對抗病抗逆基因的克隆和分子機(jī)制解析開展了相關(guān)研究。Guo 等（2018）利用抗白粉病的中國南瓜自交系進(jìn)行轉(zhuǎn)錄組測序發(fā)掘到植物抗病關(guān)鍵基因SGT1同源基因，超量表達(dá)CmSGT1可以提高煙草對白粉病的抗性，植株的發(fā)病癥狀減輕，發(fā)病指數(shù)比對照降低78%，侵染點(diǎn)的細(xì)胞壞死，H2O2積累，以及SA 信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑相關(guān)的標(biāo)記基因上調(diào)表達(dá)（Guo et al.，2019）。丁玉梅等（2018）對黑籽南瓜中的NBS 類抗病基因中的同源序列進(jìn)行克隆與表達(dá)分析，為分離和克隆南瓜的完整抗病基因提供了另一種思路。孫靜宇（2019）在耐鹽南瓜砧木中克隆了HKT基因，命名為CmHKT1；1，并對其提高黃瓜嫁接苗耐鹽性的機(jī)理進(jìn)行了解析。曹海順（2020）通過表達(dá)聚類分析發(fā)現(xiàn)，大量NAC 轉(zhuǎn)錄因子與轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白基因、抗氧化基因等耐鹽基因在南瓜根系中共表達(dá)，說明NAC 轉(zhuǎn)錄因子在南瓜砧木面對鹽脅迫響應(yīng)時起著關(guān)鍵的作用。袁敬平等（2020）發(fā)現(xiàn)10個CmARF基因參與南瓜對干旱脅迫的響應(yīng)，14 個CmARF基因與南瓜低溫脅迫響應(yīng)相關(guān)。申長衛(wèi)和袁敬平（2021）鑒定到21 個CmSWEET基因，啟動子順式作用元件分析顯示，CmSWEET基因與植物激素響應(yīng)有關(guān)，同時也與各種環(huán)境脅迫響應(yīng)相關(guān)。此外，有學(xué)者對南瓜熱激蛋白相關(guān)基因進(jìn)行了克隆和表達(dá)的解析，為深入探討南瓜耐熱機(jī)理提供了理論指導(dǎo)（陳敏氡 等，2019；胡艷平 等，2019；王彬 等，2019）。

2.2 強(qiáng)雌性狀

通過利用強(qiáng)雌性狀可以使南瓜產(chǎn)量明顯提高，提高南瓜的生產(chǎn)效益。單文琪（2016）利用BSASeq、KASP 和CAPS 技術(shù)，將印度南瓜強(qiáng)雌基因定位在第2 號染色體的30.7 kb 區(qū)間內(nèi)。北京市農(nóng)林科學(xué)院蔬菜研究中心也對印度南瓜強(qiáng)雌性狀進(jìn)行了研究，將印度南瓜的強(qiáng)雌性狀基因精細(xì)定位在第2號染色體的48 kb 區(qū)間，該區(qū)間包含29 個編碼基因，其中包含1 個與赤霉素調(diào)控相關(guān)的基因，可能為控制強(qiáng)雌性狀的候選基因（楊萬芳，2017；孫劍飛，2018）。強(qiáng)雌性狀基因的定位研究對南瓜強(qiáng)雌性新品種的選擇和培育十分關(guān)鍵。

2.3 品質(zhì)性狀

南瓜品種選育的一個重要目標(biāo)是培育出營養(yǎng)品質(zhì)高的南瓜。“十三五”期間，在南瓜中檢測到了2 個與印度南瓜的淀粉性狀相關(guān)的QTLs，分別位于第3 和第11 連鎖群上（毛曉微，2016）；獲得外觀品質(zhì)和內(nèi)在品質(zhì)性狀基因/主效QTL 位點(diǎn)29個，葉黃素的主效QTL 位點(diǎn)2 個，貢獻(xiàn)率分別為22.0%和25.6%，其中qlut11-a 位于第17 號染色體上，物理距離為1.6 Mb，并篩選出參與類胡蘿卜素裂解的類胡蘿卜素裂解雙加氧酶基因（CmCCD7）為候選基因（Zhong et al.，2017）。王曼曼等（2020）利用糖組分和含量差異顯著的中國南瓜為親本來構(gòu)建F2分離群體，并基于高通量測序和親本基因組重測序結(jié)果，篩選出4 個與南瓜果實(shí)糖含量相關(guān)的候選基因。因?yàn)槟瞎瞎麑?shí)形狀和果皮顏色會對其商品價值造成直接的影響，所以是選育優(yōu)良南瓜品種的重要目標(biāo)性狀之一。Zhong 等（2017）明確了中國南瓜淺綠帶斑對深綠無斑為顯性質(zhì)量性狀，該位點(diǎn)位于3 號染色體的145 kb 區(qū)間，貢獻(xiàn)率為90.2%；除此之外，還篩選出了3 個與瓜皮顏色相關(guān)的候選基因。王志超（2020）獲得了與果實(shí)長、果實(shí)寬和果形指數(shù)相關(guān)的穩(wěn)定的主效QTL 位點(diǎn)，分別位于第3 號染色體702.3 Mb、第3 號染色體702.3 Mb 和第7 號染色體424.1 Mb 區(qū)間內(nèi)。此外，種子性狀是籽用南瓜育種的重要性狀。申瓊（2019）基于SLAF-BSA 對南瓜薄種皮性狀進(jìn)行關(guān)聯(lián)性分析，推斷Csa6M108530.1基因與南瓜種皮發(fā)育有潛在聯(lián)系。Wang 等（2019a）將印度南瓜種子寬度、種子長度和百粒重性狀位點(diǎn)分別定位在第6 號染色體0.4 Mb、第6 號染色體0.11 Mb 和第17 號染色體12.3 Mb 的區(qū)域內(nèi)。韓宏宇（2020）利用印度南瓜F2群體定位到1 個控制籽粒長度的QTL 位點(diǎn)和1 個控制籽粒寬度的QTL 位點(diǎn)。

研究南瓜的內(nèi)在風(fēng)味和營養(yǎng)品質(zhì)形成的分子機(jī)理，挖掘相關(guān)分子調(diào)控基因?qū)δ瞎系钠焚|(zhì)改良具有重要的研究意義?！笆濉逼陂g，結(jié)合轉(zhuǎn)錄組和代謝分析開展南瓜的品質(zhì)分子調(diào)控研究，解析了中國南瓜和印度南瓜的糖、淀粉和類胡蘿卜素合成基因表達(dá)情況，并在國內(nèi)外首次結(jié)合電鏡技術(shù)解析了中國南瓜細(xì)胞內(nèi)淀粉結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，獲得南瓜糖、淀粉和肌醇合成的多個關(guān)鍵基因（Huang et al.，2019；Abbas et al.，2020a，2020b，2020c）。在印度南瓜中，研究了果實(shí)發(fā)育過程中干物質(zhì)、淀粉和糖類含量以及與糖類、淀粉合成相關(guān)酶基因的表達(dá)量，得出了以下結(jié)論，一是推斷出AATP、AGPaseL、GBSSⅠ、GPT、SBEⅠ、SBEⅡ、SSSⅡ、SSSⅢ可能是導(dǎo)致印度南瓜果實(shí)淀粉含量存在差異的關(guān)鍵酶基因，二是推斷出INV、SUS和SPS可能是導(dǎo)致中國南瓜和印度南瓜材料糖類含量不同的關(guān)鍵基因，探討了南瓜果實(shí)口感差異的形成機(jī)制，為進(jìn)一步提高印度南瓜果實(shí)營養(yǎng)品質(zhì)提供了理論依據(jù)（Wang et al.，2020）。有研究發(fā)現(xiàn)LCY-e和CHYb基因的表達(dá)量與印度南瓜果實(shí)發(fā)育過程中葉黃素和β-胡蘿卜素含量密切相關(guān)，推測這2 個基因是決定印度南瓜類胡蘿卜素含量和導(dǎo)致成分差異的關(guān)鍵基因，該研究有助于進(jìn)一步解析類胡蘿卜素生物合成的分子機(jī)制，為印度南瓜果肉品質(zhì)的改良提供依據(jù)（Luo et al.，2021）。通過對白色、黃色和橙色3個西葫蘆材料果皮中的色差指數(shù)、色素含量、類胡蘿卜素成分進(jìn)行測定分析，結(jié)合轉(zhuǎn)錄組學(xué)和類胡蘿卜素代謝酶基因家族分析，初步揭示了西葫蘆果皮葉綠素和類胡蘿卜素積累變化規(guī)律，解析了果皮色素組成以及相關(guān)基因表達(dá)模式，探究了類胡蘿卜素合成代謝酶基因在生長發(fā)育、果實(shí)品質(zhì)等方面的潛在作用，為進(jìn)一步探究西葫蘆果皮色素積累的分子機(jī)制，創(chuàng)制富含類胡蘿卜素和葉綠素的新種質(zhì)提供了理論基礎(chǔ)（Xu et al.，2021）。

2.4 形態(tài)建成

短蔓性狀是南瓜的一個重要農(nóng)藝性狀，矮生類型南瓜株型緊湊，適合密植栽培，便于利用農(nóng)業(yè)機(jī)械進(jìn)行采收，提高產(chǎn)量并且減少勞作時間，可以增加南瓜的生產(chǎn)效益。羅文龍等（2019）對中國南瓜的短蔓基因CmSd-1（t）進(jìn)行定位，把基因初步定位到第3 號染色體末端，并獲得與短蔓性狀連鎖的分子標(biāo)記。Xiang 等（2018）將與美洲南瓜矮稈性狀（赤霉素敏感）相關(guān)的3 個QTL 位點(diǎn)定位在了1.39 Mb 的候選區(qū)域內(nèi)，其中包含1 個赤霉素2-β-氧化酶基因。Ding 等（2021）將美洲南瓜矮生基因CpDw位點(diǎn)定位到10 號染色體上1 個約24.6 kb的區(qū)域，該區(qū)間包含5 個預(yù)測基因，其中CpGA2ox為矮生性狀的候選基因，CpGA2ox在矮生親本中的表達(dá)量明顯優(yōu)于蔓生親本。此外，鐘玉娟等（2018）還在中國南瓜中開展長日照不敏感性狀的基因定位研究。通過遺傳定位分析獲得1 個長日照不敏感主效QTL（貢獻(xiàn)率30.5%），位于10 號染色體的94.6 kb 區(qū)間，結(jié)合轉(zhuǎn)錄組和光照處理、激素的測定和開花及光周期相關(guān)通路分析，篩選出其候選基因?yàn)轫憫?yīng)乙烯和赤霉素的AP2 轉(zhuǎn)錄因子，并通過通路的研究發(fā)現(xiàn)中國南瓜長日照不敏感性狀與GA 激素的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路密切相關(guān)。

2.5 性別分化

性別分化是一個復(fù)雜的過程，深入了解其在南瓜中的作用機(jī)制十分重要。乙烯利常被用作瓜類作物的促雌激素，河南科技學(xué)院南瓜研究團(tuán)隊(duì)分析了乙烯利處理促進(jìn)中國南瓜雌花產(chǎn)生的分子機(jī)制，研究了乙烯利處理后南瓜植株轉(zhuǎn)錄組水平及激素水平的變化；還對中國南瓜雌蕊敗育材料進(jìn)行了轉(zhuǎn)錄組分析，發(fā)現(xiàn)植物激素信號轉(zhuǎn)導(dǎo)基因，尤其是乙烯信號轉(zhuǎn)導(dǎo)相關(guān)基因在雌蕊發(fā)育過程中扮演著重要角色（Li et al.，2020）。Wang（2019b）獲得與印度南瓜性別分化有關(guān)聯(lián)的關(guān)鍵基因，其中包含CmACO和CmAP2家族基因；根據(jù)不同花器官和發(fā)育時期以及不同激素處理的表達(dá)模式，推測CmACO1參與雌花的發(fā)育，并受乙烯和生長素調(diào)控，推測CmAP2-2基因與子房的發(fā)育和乙烯生長素信號途徑有關(guān)。此外，還在印度南瓜中初步預(yù)測了乙烯合成酶（ACS）基因在花器官性別分化和重要發(fā)育過程中的功能，為深入探究南瓜性別分化分子調(diào)節(jié)機(jī)制奠定了理論基礎(chǔ)（鄒冰雪，2018）。

3 重要育種技術(shù)體系進(jìn)一步優(yōu)化和建立

3.1 分子標(biāo)記輔助育種技術(shù)取得全面進(jìn)步，成為南瓜類作物育種技術(shù)革新的主要引擎

分子標(biāo)記輔助選擇是加快育種速度與提高效益的重要方式，“十三五”期間，對主要的南瓜栽培種開展了高密度遺傳圖譜構(gòu)建和分子標(biāo)記開發(fā)，并建立了南瓜分子標(biāo)記輔助育種技術(shù)體系，利用分子標(biāo)記開展性狀改良和資源的創(chuàng)新。北京市農(nóng)林科學(xué)院蔬菜研究中心、東北農(nóng)業(yè)大學(xué)、山東農(nóng)業(yè)大學(xué)及廣東省農(nóng)業(yè)科學(xué)院等單位分別構(gòu)建了印度南瓜和中國南瓜較高密度的遺傳連鎖圖譜，并利用這些遺傳圖譜對南瓜重要性狀如抗病抗逆、果實(shí)品質(zhì)、果形果色、種子、短蔓等性狀進(jìn)行了遺傳定位和分子標(biāo)記開發(fā)，為高通量分子標(biāo)記輔助育種技術(shù)的發(fā)展提供了技術(shù)支持。例如，陶愛芬等（2017）采用SRAP 標(biāo)記方法，成功建立了88 份南瓜屬品種資源的DNA 指紋圖譜，得到了其獨(dú)特的分子身份證，對南瓜屬種質(zhì)資源鑒別、分子數(shù)據(jù)庫構(gòu)建及品種權(quán)保護(hù)具有較重要的意義。周洋洋等（2018）開發(fā)dCAPS 分子標(biāo)記用于鑒定中國南瓜自交系材料的果皮顏色。朱海生等（2018）利用美洲南瓜轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)開展SSR 標(biāo)記開發(fā)，為美洲南瓜遺傳多樣性分析和遺傳圖譜的建立提供了更加豐富又可靠的標(biāo)記選擇。張洪量（2018）基于CmLsi1基因的SNP 位點(diǎn)開發(fā)了鑒定南瓜砧木蠟粉性狀的CAPS 分子標(biāo)記。陳爍（2018）開發(fā)了6 個與印度南瓜短蔓性狀連鎖的分子標(biāo)記。北京市農(nóng)林科學(xué)院蔬菜研究中心將獲得的與西葫蘆白粉病、病毒病抗性基因連鎖的分子標(biāo)記應(yīng)用于抗病聚合育種，選育了一批優(yōu)質(zhì)、多抗的西葫蘆新品種（王凱玥，2020；張沙沙，2020）。測序技術(shù)的快速發(fā)展為南瓜分子育種技術(shù)體系的系統(tǒng)構(gòu)建和完善奠定了基礎(chǔ)。北京市農(nóng)林科學(xué)院蔬菜研究中心和廣東省農(nóng)業(yè)科學(xué)院分別開展了美洲南瓜和中國南瓜群體資源的全基因組重測序，為高通量分子標(biāo)記輔助育種提供了依據(jù)。

3.2 未授粉胚珠培養(yǎng)DH 育種技術(shù)的建立和完善，加快了南瓜優(yōu)異材料純化的速度

DH 育種作為一種重要的育種技術(shù)手段取得了一定研究進(jìn)展。閔子揚(yáng)等（2016）以南瓜未授粉的子房作為外植體，在離體條件下建立南瓜未授粉子房離體誘導(dǎo)再生體系。張加一（2016）選取貝栗灰這一南瓜品種，對未受精胚珠離體誘導(dǎo)再生體系進(jìn)行了探究，篩選出南瓜未受精胚珠膨大轉(zhuǎn)綠的最佳培養(yǎng)基和南瓜未受精胚珠誘導(dǎo)愈傷的最佳培養(yǎng)基。李禹琪（2017）篩選出影響南瓜未受精胚珠生長的各因子的最佳狀態(tài)，最佳取樣時期為當(dāng)天開花的材料，南瓜未受精胚珠子房切片的最適厚度為1.0 mm，利用有效氯含量為7%的NaClO 溶液消毒6 min 進(jìn)行外植體滅菌，在38 ℃下黑暗熱激5 d，最適胚珠培養(yǎng)條件是室溫30 ℃、光照強(qiáng)度2 000 lx且晝/夜光照時間為14 h/10 h。武習(xí)習(xí)（2018）研究了南瓜離體胚珠液體+固體培養(yǎng)誘導(dǎo)單倍體的新方法，發(fā)現(xiàn)南瓜未受精胚珠采用液體+固體培養(yǎng)誘導(dǎo)胚狀體適宜選用含激素0.5 mg·L-1NAA+0.05 mg·L-1TDZ 的液體培養(yǎng)基培養(yǎng)5 d 后，再轉(zhuǎn)入改良Nistch+2.0 mg·L-16-BA+0.1 mg·L-1NAA 中固體培養(yǎng)。今后，繼續(xù)提高誘導(dǎo)率及建立穩(wěn)定且可重復(fù)的培養(yǎng)流程仍是研究南瓜屬作物單倍體誘導(dǎo)的重要內(nèi)容。

3.3 遺傳轉(zhuǎn)化技術(shù)取得一些新進(jìn)展

南瓜遺傳轉(zhuǎn)化技術(shù)是制約基因功能挖掘和分子育種的主要瓶頸，經(jīng)過不斷嘗試，“十三五”期間取得一些新進(jìn)展。魯曉曉等（2017）以印度南瓜北觀幼苗的下胚軸、子葉、真葉、莖段為外植體誘導(dǎo)出愈傷組織，進(jìn)而再生出胚狀體。2017 年，中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院研發(fā)出一種新的技術(shù)，該技術(shù)以花粉管通道為基礎(chǔ)進(jìn)行遺傳轉(zhuǎn)化，利用磁性納米顆粒Fe3O4作為基因載體，利用外加磁場將Fe3O4輸送至花粉內(nèi)部，用該花粉進(jìn)行人工授粉獲得轉(zhuǎn)化種子，最后通過篩選得到穩(wěn)定遺傳的轉(zhuǎn)基因后代；該方法已在2 種棉花基因型中獲得了0.18%～1.00%的轉(zhuǎn)化率，并在辣椒、百合、中國南瓜和美洲南瓜中進(jìn)行了初步嘗試，成功獲得了辣椒和中國南瓜的轉(zhuǎn)基因后代，但研究人員未對轉(zhuǎn)化率進(jìn)行說明（Zhao et al.，2017；陳學(xué)進(jìn) 等，2020）。Chen 等（2021）通過農(nóng)桿菌介導(dǎo)法，初次建立了一種效率高的南瓜瞬時轉(zhuǎn)化技術(shù)，通過這項(xiàng)技術(shù)證實(shí)了耐鹽基因StNHX1在南瓜上的有效性，該技術(shù)也實(shí)現(xiàn)了在南瓜本體植物中進(jìn)行蛋白亞細(xì)胞定位分析。

4 種質(zhì)資源評價和優(yōu)異種質(zhì)創(chuàng)制取得突破性進(jìn)展

“十三五”期間，我國主要科研單位篩選和培育了一批抗病、抗逆、優(yōu)質(zhì)的南瓜育種材料。種質(zhì)創(chuàng)新解決了南瓜種質(zhì)遺傳背景狹窄導(dǎo)致的雜交優(yōu)勢不明顯、品種同質(zhì)化、突破性品種選育難的問題，為強(qiáng)優(yōu)新品種的持續(xù)選育提供了保障。

病毒病與白粉病是危害南瓜產(chǎn)量的主要病害，可導(dǎo)致產(chǎn)量降低60%乃至更高。但國內(nèi)一直缺乏對病毒病、白粉病抗性鑒定與抗病南瓜種質(zhì)篩查的相關(guān)研究。北京市農(nóng)林科學(xué)院蔬菜研究中心南瓜育種團(tuán)隊(duì)利用西葫蘆病毒病及白粉病苗期接種抗性評價技術(shù)體系和分子標(biāo)記輔助育種技術(shù)體系（張棟，2016；王晶，2017；趙敏雪，2017；王凱玥，2020；張沙沙，2020），對現(xiàn)有的主要栽培品種及收集的逾1 000 份種質(zhì)資源進(jìn)行了抗性評估，獲得60 余份抗病種質(zhì)資源，創(chuàng)制抗病核心親本20多份，為抗病育種提供了材料支持，使我國南瓜抗病育種效率和水平有了明顯的提升。通過多材料復(fù)合雜交、回交，結(jié)合分子標(biāo)記輔助選擇及單倍體育種技術(shù)，創(chuàng)制了100 余份多抗、強(qiáng)雌、短蔓、綜合性狀優(yōu)良的南瓜新材料（楊萬芳，2017；孫劍飛，2018），有效解決了南瓜優(yōu)異種質(zhì)匱乏的難題。

為了培育對長日照不敏感且廣適性強(qiáng)的蜜本類型南瓜，廣東省農(nóng)業(yè)科學(xué)院南瓜育種團(tuán)隊(duì)前期利用廣東4 月的溫光自然條件鑒定南瓜材料對長日照（光周期）的敏感性（不敏感材料能正常分化雌花），“十三五”期間又探索了室內(nèi)控光溫鑒定光周期敏感材料的方法，據(jù)此建立了南瓜光周期敏感性材料的鑒定技術(shù)體系（鐘玉娟 等，2018）。運(yùn)用這兩種方法，已創(chuàng)制和篩選了長日照不敏感材料12份。此外，該團(tuán)隊(duì)還構(gòu)建了中國南瓜品質(zhì)分析技術(shù)體系（Zhong et al.，2017），對國內(nèi)外近300 份種質(zhì)資源和100 個品種進(jìn)行品質(zhì)評價，建立了華南地區(qū)種植中國南瓜的干物質(zhì)、可溶性固形物、糖、淀粉、類胡蘿卜素、肌醇含量的相關(guān)評價指標(biāo)，對資源進(jìn)行分類評價利用，從而篩選出高可溶性固形物含量、高糖含量、高類胡蘿卜素含量等資源材料，通過多標(biāo)記聚合和回交技術(shù)創(chuàng)制出高類胡蘿卜素含量的南瓜材料，類胡蘿卜素含量可達(dá)2 000～2 500 mg·g-1（DW），其含量與國外報道的高類胡蘿卜素含量的胡蘿卜品種相當(dāng)。

瓜類蔬菜土傳病害嚴(yán)重，重病田發(fā)病率高達(dá)80%，已成為限制瓜類蔬菜產(chǎn)量的致命因素。嫁接是克服土傳病害最好的手段，南瓜廣泛用作黃瓜、西瓜、甜瓜、苦瓜等的專用砧木。河南科技學(xué)院南瓜育種團(tuán)隊(duì)開展南瓜砧木相關(guān)研究（江毅，2019），篩選出適合作為瓜類砧木的南瓜資源100余份，利用這些資源選育出數(shù)十份有特色、有自主知識產(chǎn)權(quán)的砧木型南瓜優(yōu)良自交系和雜交組合，為選育黃瓜、西瓜、甜瓜的優(yōu)良砧木型南瓜新品種打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。此外，Chen 等（2018）利用EMS 誘變技術(shù)，篩選出2 個南瓜耐鹽突變體，生理生化指標(biāo)進(jìn)一步證明了其耐鹽性，遺傳分析表明耐鹽突變體表型受多基因QTLs 控制，該研究使得南瓜耐鹽種質(zhì)資源更加豐富，也為南瓜耐鹽品種的選育提供了另一種方案。

5 育成和推廣了一批抗性強(qiáng)、品質(zhì)好、產(chǎn)量高、能滿足生產(chǎn)和市場需求的新品種

隨著國家產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的調(diào)整，南瓜種植產(chǎn)業(yè)得到穩(wěn)步發(fā)展?！笆濉逼陂g，我國科研人員收集各類品種資源，并利用這些資源培育出符合市場需求并且能夠適宜我國氣候條件和栽培方式的品質(zhì)優(yōu)良、產(chǎn)量高、類型多樣、抗病害能力強(qiáng)的南瓜系列新品種，在生產(chǎn)中廣泛應(yīng)用。

國內(nèi)南瓜生產(chǎn)與消費(fèi)市場絕大部分由我國自主選育的南瓜新品種主導(dǎo)。北京市農(nóng)林科學(xué)院蔬菜研究中心選育的適應(yīng)不同種植茬口及生態(tài)型的抗病抗逆“京葫”系列西葫蘆新品種，已成為主產(chǎn)區(qū)的主要栽培品種，冬溫室西葫蘆品種京葫36（李海真等，2020）改變了國外企業(yè)的壟斷地位，確保了國產(chǎn)品種在市場中占據(jù)主導(dǎo)地位；利用傳統(tǒng)育種和分子標(biāo)記輔助選育技術(shù)相結(jié)合培育的冬溫室西葫蘆品種京葫42 具有多種病毒病和白粉病的復(fù)合抗性，且低溫耐受性好，產(chǎn)量高，瓜條顏色綠，形狀好，填補(bǔ)了我國溫室抗病西葫蘆品種的空缺，有效抵御了國外品種的沖擊，已成為溫室更新?lián)Q代首選品種；首創(chuàng)了短蔓、強(qiáng)雌南瓜新品種短蔓京綠栗、早熟京紅栗，促進(jìn)了國內(nèi)南瓜市場的進(jìn)步。廣東省汕頭市白沙蔬菜原種研究所、汕頭市金韓種業(yè)有限公司、湖南省蔬菜研究所、廣東省農(nóng)業(yè)科學(xué)院蔬菜研究所、安徽江淮園藝種業(yè)股份有限公司等單位和企業(yè)選育和推廣的蜜本類型南瓜，使我國南瓜種植由低效益、低產(chǎn)量、品質(zhì)差的零星種植轉(zhuǎn)化為高產(chǎn)量、高品質(zhì)、高效益的規(guī)?；N植模式，使得南瓜產(chǎn)業(yè)飛速發(fā)展。廣東省農(nóng)業(yè)科學(xué)院蔬菜研究所培育的優(yōu)質(zhì)小果南瓜、營養(yǎng)導(dǎo)向型南瓜新品種，不僅在我國多地廣泛種植，還推廣到馬來西亞、老撾、緬甸等國家；培育的廣蜜1 號南瓜（申瓊 等，2019）解決了蜜本類型南瓜難以在黃河以北大面積商業(yè)化推廣的問題。北京市農(nóng)林科學(xué)院培育的中型貝貝、安徽江淮園藝種業(yè)股份有限公司培育的貝栗4 號等貝貝類小型南瓜，不僅產(chǎn)量高、農(nóng)民種植效益高，而且口感好，深受消費(fèi)市場喜愛，且比日韓品種適應(yīng)性更好，已基本取代國外品種。

由于我國自主選育的一批優(yōu)良新品種在市場上的推廣應(yīng)用，有效解決了南瓜生產(chǎn)中長期存在的優(yōu)質(zhì)和高產(chǎn)的矛盾，顯著提升了農(nóng)民在南瓜生產(chǎn)中的收益，促進(jìn)了國內(nèi)南瓜產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，“十三五”期間，共發(fā)表南瓜新品種選育論文59 篇，其中科研院所、高校育成品種40 個，占比為67.80%；科研院所、高校聯(lián)合企業(yè)育成品種10個，占比為16.95%；企業(yè)育成品種9 個，占比為15.25%；發(fā)表文章的59 個育成品種中，有33 個新品種通過?。ㄊ校┺r(nóng)作物品種審定委員會審定、認(rèn)定或鑒定，占55.93%。獲植物新品種授權(quán)的南瓜品種46 個，申請新品種保護(hù)的品種企業(yè)比較多，占78.26%。表明隨著我國種業(yè)體制改革，企業(yè)的創(chuàng)新和推廣能力快速提升，企業(yè)已逐漸成為南瓜新品種選育和推廣的生力軍，成為推動我國南瓜產(chǎn)業(yè)發(fā)展不可或缺的有生力量。

6 問題與展望

“十三五”期間，國內(nèi)的南瓜遺傳育種研究雖然獲得長足發(fā)展，但仍面臨一些問題。南瓜遺傳育種研究起步晚，長期投入少，研究深度不夠，創(chuàng)新性不足。同為葫蘆科作物，南瓜屬作物研究水平要遠(yuǎn)低于黃瓜屬、西瓜屬等其他葫蘆科作物，這與其在國內(nèi)外的經(jīng)濟(jì)價值并不相符。與國內(nèi)外其他葫蘆科作物的研發(fā)水平相比，國內(nèi)在南瓜育種研究方面還存在諸多問題。

①原始技術(shù)創(chuàng)新需進(jìn)一步加強(qiáng)，應(yīng)用基礎(chǔ)研究及圍繞南瓜產(chǎn)業(yè)鏈的關(guān)鍵技術(shù)仍然未能滿足產(chǎn)業(yè)發(fā)展的需要，特別是高效穩(wěn)定南瓜轉(zhuǎn)化體系的建立和基因編輯技術(shù)在南瓜中的應(yīng)用，需要盡快實(shí)現(xiàn)突破。

②一些控制關(guān)鍵農(nóng)藝性狀表達(dá)的QTL 或基因尚未被定位，建立高通量南瓜分子標(biāo)記輔助育種技術(shù)平臺任重而道遠(yuǎn)；具有重要育種價值的基因克隆和調(diào)控網(wǎng)絡(luò)解析等方面的研究仍然薄弱，急需加強(qiáng)。

③抗病抗逆種質(zhì)資源評價技術(shù)有待完善；核心育種材料篩選和新品種適應(yīng)性篩選測試平臺急需建立；重要抗病抗逆基因的定位、相關(guān)分子標(biāo)記的開發(fā)及抗病抗逆機(jī)理的解析需進(jìn)一步加強(qiáng)；生產(chǎn)上亟需具有復(fù)合抗性、新發(fā)病害抗性的品種，南瓜高品質(zhì)和小果型產(chǎn)品漸成需求新趨勢。

④南瓜產(chǎn)業(yè)鏈較長，目前適合加工和綜合利用的專用品種少，品質(zhì)育種、功能性成分育種應(yīng)逐步加強(qiáng)；關(guān)于南瓜品質(zhì)形成和調(diào)控機(jī)理的研究也亟待開展。

綜上所述，與南瓜育種相關(guān)的應(yīng)用基礎(chǔ)研究剛剛起步，重要性狀的分子調(diào)控機(jī)制尚需進(jìn)一步解析?，F(xiàn)代生物育種技術(shù)與常規(guī)育種技術(shù)的結(jié)合不夠密切，部分育成品種與市場需求脫節(jié)，目前我國南瓜新品種數(shù)量雖然龐大，但有突破性的優(yōu)良品種少，相似品種多，特別是中國南瓜類型的品種單一現(xiàn)象尤其突出，亟待選育真正有突破性的新品種。

下一步的科研任務(wù)要堅(jiān)持問題導(dǎo)向和需求導(dǎo)向，應(yīng)用基礎(chǔ)研究方面要充分利用基因組和重測序大數(shù)據(jù)，規(guī)?；诰蚩刂浦匾誀畹墓δ芑虿⒔馕稣{(diào)控網(wǎng)絡(luò)；育種技術(shù)方面要加快分子設(shè)計(jì)育種體系建設(shè)并在基因編輯技術(shù)、單倍體育種技術(shù)上盡快實(shí)現(xiàn)突破，促進(jìn)分子育種與常規(guī)育種技術(shù)的密切結(jié)合，提升我國南瓜育種技術(shù)水平；育種材料創(chuàng)制和新品種選育方面，除注重產(chǎn)量、品質(zhì)、外形和顏色之外，更要注重廣適性、抗病性、耐貯運(yùn)性、省工省力、適應(yīng)機(jī)械化收獲等綜合性狀，且向適應(yīng)不同區(qū)域需求的專用化方向發(fā)展。

此外，針對南瓜品種的知識產(chǎn)權(quán)保護(hù)與市場監(jiān)管體系尚待健全。2016 年新修訂實(shí)施的《種子法》對品種管理制度進(jìn)行了改革，該方案提出，國家應(yīng)當(dāng)對部分非主要農(nóng)作物實(shí)行品種登記制度，應(yīng)當(dāng)?shù)怯泤s未登記的品種不能推廣，不能以已經(jīng)登記的品種的名義進(jìn)行售賣。但由于南瓜作物尚未列入國家品種登記名錄，因此在推廣過程中存在一品多名和多品同名現(xiàn)象，侵犯知識產(chǎn)權(quán)情況時有發(fā)生，甚至每年都有假冒偽劣種子流入市場造成農(nóng)民利益受損的事件發(fā)生。強(qiáng)烈建議將南瓜作物列入非主要農(nóng)作物品種登記名錄，打擊侵權(quán)、套牌等行為，保障我國南瓜種業(yè)持續(xù)穩(wěn)定發(fā)展。