西瓜种质资源的利用与发展

起源西瓜起源于非洲.西瓜作物的野生祖先，一是非洲南部的卡拉哈里(Kalahari)沙漠，二是非洲东部苏丹共和国的科尔多凡省。惠特克还进一步证实：原产卡拉哈里的非洲野生西瓜包括二个生化类型，一种果实含有葫芦素，具苦味；另一种无苦味，不含葫芦素。后一种野生西瓜是当地布须曼人(Bushman)的食物和水的供应者。这种野生西瓜的果肉坚硬，绿瓤，大籽。福尔萨证明，西瓜植物的3个近缘种，全部产在非洲，药西瓜(Cirtulluscolocynthis)产在北非地中海沿岸，缺须西瓜(C.ecirrhosus)产在西南非纳米比亚，诺丹西瓜(C。naudianianus)产在南非安哥拉到莫桑比克.分布与传播目前世界各地西瓜主产国的实际分布情况来看,其中绝大部分国家均处在北纬23度-45度之间的北温带中南部范围，由此可见,这个地理气候带可能是世界西瓜生产的最适宜地区，它包括有中国的华北地区、长江中下游地区，美国的南部6个州，前苏联的中亚地区以及中东北非、南欧的西瓜主产国。1991年中国北方地区的西瓜面积多余南方地区；若以西瓜的不同栽培区来比较，则华北区的面积最大，长江中下游亦是中国的另一西瓜重要栽培区，东北区与华南区的面积居中，西北区与西南区的面积较小。各省的西瓜面积相差十分悬殊，其中最突出的是河南、河北二省。-r_项一一一-~^目_栽目—培^^区^面积各栽培区内省的西瓜面积(万htf)万htf(%)北方华北区4843.67河南河北山东山西陕西天津北京13.3313.3311.3353.670.730.6东北区10.4679.52黑龙江辽宁吉林5.86731.6西北区6.045.50甘肃内蒙古新疆宁夏青海1.871.731.670.730.04南方长江中下游3330.03江苏安徽湖北湖南江西浙江上海9.336.674.674.3342.671.33华南区9.4678.61广东台湾广西福建海南2.67221.731.067西南区2.932.67四川贵州云南1.3310.6注：1.表中数字是1991年全国瓜协秘书长会议上统计数字。会后又进行核实补充。2.内蒙古主要西瓜产区在西部河套地区，属半干燥气候，故划入西北区内靠近原产地的一些古文化发达国家如埃及、希腊印度等国的栽培西瓜历史均很悠久。据考证在四千年前的埃及壁画上刻有西瓜茎蔓和果实图案，证实了当时的埃及和利比亚等尼罗河下游两岸地区已经有了西瓜栽培，后来考古学家对在埃及古墓中发掘出的西瓜种子和残存叶片进行推测，恩威可能早在五、六千年前古埃及就已种植西瓜。大约在公元前5世纪西瓜传入到希腊、罗马一带，随后在地中海沿岸各国传播栽培；到了公元前4世纪，随着欧洲军队远征，西瓜由海陆从欧洲转入到西亚；据推测，以后可能是由陆路从西亚经波斯(伊朗)、西域翻越帕米尔的东西方陆上商业交通要道“丝绸之路”而传入到现新疆地区，而具体传入新疆的的年代，则至今尚无可靠文字记载；我国内地最早有西瓜文字记载的是在10世纪；到了13、14世纪以后，西瓜就迅速传遍世界各地；欧洲中部和南部从16世纪就有文字记载；传入美国的时间大概是在1598年；美洲在新大陆发现后，通过从欧洲迁去的移民而传入，最初是法国人发现印第安人在密西西比谷地种有西瓜，1629年在马萨诸塞州、1664年在佛罗里达州均有栽培西瓜的文字记载；日本栽培西瓜的最早文字挤在是江户时代的文献上记有在宽税年(1624-1643)引入长崎，宽文时期(1661-1672)已在京郊种植而食用。形态特征3.1西瓜植物的根，由主根、多级侧根和不定根组成。其根系为主根系，入土范围广而浅，呈广圆锥形。垂直主根的长度一般为1-1.5m，水平生长的侧根有时可长达2-3m。西瓜的根系主要分布在土壤表面20-30cm的耕作层中，在此范围内的一条主根长可达20多条一级侧根，并于垂直生长的主根呈40-70度的夹角延伸。3.2西瓜是蔓性草本植物，其茎蔓在苗期呈直立状，5片真叶后伸蔓匍匐地面生长。西瓜的茎包括子叶一下的下胚轴和以上的地上茎。下胚轴呈圆或椭圆形，长度不超过5-10cm；地上茎具棱，有分枝。西瓜分枝性强，在自然生长时，通常可形成3-4级分枝。在主蔓基部2-5节形成3-4个侧蔓，其长势接近主蔓，可保留1-3个侧蔓，形成不同的整枝方式。3.3西瓜子叶肥厚，椭圆形，大小与品种的种子大小有关，所含的营养物质可为种子萌发提供足够的养料。子叶出土后，随着胚芽的生长展开，叶肉细胞中形成叶绿体，营光合作用，为瓜苗的生长发育制造业有机养料。西瓜的叶为单叶，互生，叶序为2/5,有叶柄和叶片构成，无托叶。成长叶常呈灰绿或深绿色，大小常因种类、品种不同而差别很大，长约8-22cm，宽约5-24cm。3.4西瓜花腋生，单花；花单性，有雄花，间有少数两性花。性型为雌雄异花同株，具有两性花植株为雄花与两性花同株。雄花在主蔓4-5节叶腋着生，当雄花形成后，连续数节与雌花相间着生。早熟品种从主蔓5-7片真叶叶腋，中晚熟品种从7-9片真叶叶腋着生第一雌花，以后间隔3-6节再着生一朵雌花，子蔓上雌花着生节位较主蔓低。种类与品种4.1我国近半个世纪以来，西瓜已实现了至少四次品种更新换代，实现了10091的西瓜种子“一代杂种化”和良种化。建国初期窒0年代，我国西瓜生产以地方农家晶种为主。如核桃纹、黑油皮、手巾条、花狸虎、马铃瓜、喇嘛瓜、三自、滨瓜等。进入70年代，开始由国外引入优良品种，主要是引自曰、美等国，如新大和、旭大和系统。蜜宝(SugarBaby)、久比利(Jubilee)、查里斯顿(CharlestonGray)、克伦生(CrimsonSweet)等。70年代后期，我国开展了自己的西瓜育种工作，初期以常规育种为主。主要亲本材料是地方品种、日本品种和美国品种。至80年代，杂种优势的研究利用成为我国西瓜育种的重点，先后育成了许多不同类型、不同成熟期的一代杂种西瓜新品种，并逐步将海外品种挤出了中国大陆。基本实现了我国西瓜主栽品种的国产化、一代杂种化及良种化。这是一个很大的进步和成就，但同时也带来了一些负面的结果。由于传统的地方品种退出了生产，许多古老的宝贵的农家品种散失，即使在科研、教学单位有幸被保存的农家品种也由于多代的繁殖而发生“遗传漂变”(genelicdrit=【)从而失去了固有性状，导致了西瓜种质多样性(diversityr)的一定损失，这是应记取的教训。2育成了一批丰产、优质、抗病或具有特殊性状的优良西瓜新品种，创造了极显著的社会效益及经济效益。其中有些品种达到了世界先进水平。现将有代表性的主要品种举例如下：4.2.1常规品种：中育系列品种、早花、兴城红、郑州3号、苏蜜1号等。4.2.2杂种一代品种：早熟品种：郑杂系列品种、京欣一号及“京欣一号类型”、早佳、金兰、爱耶一号及爱耶系列品种。中晚熟品种：新澄一代、丰收2号、红优2号、浙蜜1号、湘蜜、蜜桂、齐红、汴杂等及台湾引入的新红宝、舍钟冠龙等，聚宝一号等新红宝类型，西农8号及各种“西农8号类型”，郑杭系列、京杭系列、苏抗系列等。4.2.3无籽西瓜品种：黑蜜2号、蜜玫l号、无籽3号、郑抗无籽系列、广西无籽系列、雪峰无籽系列、洞庭无籽系列、津蜜无籽系列、蜜都无籽、小红玉无籽、台湾农友新1号无籽、蜜黄、惠宝无籽等。2.4“迷你型”(minitype)礼品瓜及特色西瓜：我国台湾农友种苗公司率先育成一批优良特色西瓜品种如：红玲、秀玲、宝冠、小兰、金兰、新金兰、黑美人、新小风等。大陆近年来也先后育成若干具有不同特色的“迷你型”礼品小西瓜，如红小玉、黄小玉、金福、红小帅、黄小帅、小红铃、小金铃、秀丽及爱耶丽系列袖珍西瓜等。在我国和我省的分布主要栽培方式5.1中国各地西瓜的生长季节很不一致，归纳起来可分为春播夏收、夏播秋收、秋播冬收、冬播春收。5.2春播夏收是中国栽培西瓜的主要生长季节，在这个生长季节内温度由低到高，有利于商品过时的充分发育，产量较高且稳定。在中部地区栽培面积约占80%,它的生长季节为3月至7月中旬，育苗一般3月份播种，直播的则需要推迟到4月份，纬度偏北的东北、内蒙古、新疆、甘肃、宁夏等地，生长季节提前至4-8月，通常5月1前后播种；而温暖的华南地区生长季节提前至2-6月。西瓜间套种方式5.3以西瓜为主作物的间套种方式有以下几种：5.3.1利用西瓜前期生长慢的特点，瓜苗套种在麦、油菜的行间，待前作物收获后腾茬培育西瓜，前期与间作物有1个月的共生期。5.3.2西瓜生长后期套种玉米、大豆、向日葵等大田作物，与套种作物有约1个月的共生期，为后作争取了生长季节。5.3.3西瓜与高杆的玉米、棉花等作物间作，因生育期基本同步，共生期长，可通过品种及植株合理配置，克服共生期间矛盾。5.3.4西瓜套种在耐阴的百合、生姜田中，由于二者的子叶，耐荫，中后期对西瓜生育影响不大。5.4.1华北平原主要茬口形式：小麦-西瓜-小麦(大白菜等秋冬菜)西瓜-棉花-玉米西瓜-小麦-玉米西瓜-花生-小麦5.越冬早春蔬菜-西瓜-小麦5.4.2长江中下游地区主要茬口形式大（小）麦-西瓜-晚稻油菜-西瓜-晚稻大（小）麦-西瓜+玉米-晚稻大（小）麦-西瓜+大豆-晚稻大麦-西瓜-晚秧田-晚稻早春蔬菜-西瓜-晚稻5.4.3丘陵地区主要茬口形式果树行间套种西瓜马铃薯-西瓜-秋冬菜或小麦目前种质资源的保存方式对种质材料必须进行科学的妥善保存.需要强调指出：种质材料是活的生物,因此它的保存与博物馆保存古物或化石标本有原则不同.种质材料保存得到基本任务一方面是要防止丢失、错乱；另一方面还要避免发生生物学混杂（自然杂交）或其它变异，这对异花授粉植物的西瓜尤为重要。在保持其生活能力的前提下，尽量维持其原有特性，使育种所需之性状不致消失。这便须要对收集的种质材料按一定的制度进行播种保存。IBPGR（国际植物种质资源委员会）十分重视自然生态保护区的建设，即在种质资源的原产地种植进行“原位保存”。美国于1958年采用大规模保存种质种子的“库存法”，建立了设于科罗拉多州的现代化大型“国家种子储藏库”（简称NSSL）。对引进种质材料进行一次大量种植采收后，将种子长期储藏在受到严格科学管理的低温种子库内，短期库的储存期可达10年以上。日本又对此法加以改进，采用“二重储存法”，这种方法是先将收集到的种子在防疫隔离温室内进行无土栽培，防治病虫害入侵。采种后将种子经干燥处理，分装密封，在低温条件下储藏。干燥程度和贮藏期温度因作物种类而异。贮藏温度分为两种：一种是T0°C，可使种子保存30年以上，每份存放3000粒足够；一种是-1C，可贮存10年以上，每份种子300粒作为育种交换材料，随用随取。目前全世界已建立的低温种质资源库共有481座，其中最重要的有设于英国伦敦皇家植物园的WakehurstPlace的"种子库(SeedBank)及设于Wellesboure的英国国家种子基因库，均为世界著名的种子资源保存中心。韩国设有隶属于农村振兴厅(RDA)的国家基因率(GeneBank)，也拥有十分先进的设备和先进的技术管理。除以上所述外，还有俄罗斯的“国家世界植物资源收集种子库”，共保存有30万中以上的世界各地栽培植物及其近亲种子；土耳其修建了濒危植物资源保存所，德国、墨西哥、菲律宾等也已建成这样的植物资源保存所。目前我国西瓜育种进展1种质资源的收集、保存、鉴定及研究由中国农业科学院郑州果树所牵头，组织全国有关教学、科研单位协作，开展了西瓜种质资源的收集、保存、鉴定和研究工作。共收集西瓜种质资源1100余份，经整理、鉴定，送入国家品种资源库保存的西瓜资源795份，为进一步开展西瓜育种和遗传理论的研究奠定了可靠的物质基础。王浩波、王鸣等(2002)在对美国1870.2001年育成的235个西瓜品种选育方法及系谱分析的基础上，概括了美国一百多年间的西瓜育种发展历程，计算了91个通过杂交选育的品种的直接亲本和祖先亲本的核遗传贡献值，评定出核心直接亲本和核心祖先亲本及核心中间亲本，对我国今后西瓜育种工作如何重点引进和有效利用这些核心种质提供了有价值的宝贵资料。72采用常规育种与现代育种技术相结合的育种策略2.1采用辐射诱变育种等现代育种技术并结合创新的抗病育种鉴定方法育成了丰产、优质、高抗、耐重茬、适应性特广的著名品种“西农8号”。成为我国推广面积最大的中熟西瓜主导品种，获得国家科261科技进步二等奖。7.2.2采用化学诱变与常规育种相结合的育种技术，打破了早熟、优质与裂果的不利连锁，育成了早熟、优质又极耐贮运的优异品种“爱耶1号”。7.2.3染色体工程(染色体易位)少籽西瓜的选育：原广东省农科院经作所(朝井小太郎、炅进义等)，原西北农业大学及甘肃农大瓜类研究室(王鸣、马克奇等)先后开展了此项研究，并获得一定盼进展。7.2.4太空育种与等离子诱变育种也初见端倪。7.3抗病育种我国西瓜抗病育种起步于20世纪80年代中期，1986年成立了全国西瓜抗病育种协作组，以抗枯萎病为主要对象开展抗病育种工作，先后育成了若干高抗西瓜枯萎病的新品种，其中抗病性及耐重茬性最突出的是“西农8号”，在全国抗病性联合鉴定试验中其抗病性名列第一，在生产实践中也表现了高抗和耐重茬。中国农科院郑州果树所原西北农业大学、北京市农林科学院蔬菜研究中心等单位在病原调查、人工接种鉴定技术等方面开展了研究。在病害种类方面，除枯萎病外，对西瓜炭疽病及西瓜病毒病等也逐步开始进行研究。例如原西北农业大学西瓜甜瓜研究室先后开展了西瓜枯萎病和西瓜炭疽病人工接种最佳技术规程的研究，并首次提出两瓜炭疽病离体叶人工接种技术以及“AD(AverageDiameter)评价法”，用以取代传统的“DI(DiseaseIndex)评价法"。并采用镰刀菌酸(Fusaricacid)对西瓜外植体进行抗枯萎病的抗性突变体筛选。此外，在理论和机制方面原西北农业大学还对西瓜枯萎病、西瓜炭疽病的生理小种分化、复合抗病筛选程序以及抗病性的生理生化机制进行了研究，得出了相应的结果。7.4西瓜雄性不育的研究我国西瓜雄性不育的研究始于20世纪70年代，新疆石河子蔬菜研究所用Y射线照射获得雄性不育突变体，其后1983年沈阳市农业科学研究所育成了G17AB雄性不育两用系(AB系)，它是受一对隐性基因控制的“核不育型”，只有0%为不育株，上述雄性不育系迄今尚未在西瓜一代杂种的种子生产上发挥应有的作用。为解决此问题，西北农林科技大学开展了创制隐性核不育双杂合体保持系的研究，并获得良好的进展。7.5生物技术在西瓜育种上的应用7.5.1分子标记在西瓜育种上的应用国家蔬菜工程技术研究中心许勇(1998)等，利用分子标记获得了与西瓜耐冷材料P1482322耐冷基因连锁标记OPGl2/1950，其遗传距离为6.98cm。此外在国内首次在西瓜上获得抗枯萎病生理小种的抗病基因的RADD标记及SCAR标记，并成功地建立了一整套西瓜抗枯萎病育种分予标记辅助选择技术系统，该技术在抗病转育的F3代中得到了很好的利用。郭军、许勇(2001)等还利用RAPD技术对国内外32份西瓜主栽品种与其骨干亲本材料及野生类型的遗传亲缘关系进行了研究，从分子水平上验证了西瓜是遗传基础狭窄的作物，并在分子水平对西瓜传统分类与地理生态型分类进行了分析。原西北农业大学及国家蔬菜工程技术中心先后开展了用RAPD技术对西瓜杂交种遗传纯度进行快速鉴定的研究。DNA分子(DNAfingerprinting)研究的进一步完善，不仅为西瓜一代杂种的纯度鉴定开辟了快速商效的新途径，而且将对解决侵犯新品种知识产权的法律诉讼提供科学依据。7.5.2转基因在西瓜育种上的应用中国农科院郑州果树所在90年代初进行了西瓜花叶病毒II号外壳蛋白基因的导入，获得了再生植株。山西省黄河种业黄学森等已成功的将西瓜花叶病毒II外壳蛋白基因与西葫花叶病毒外壳蛋白基因导入西瓜，获得导入两价基因苗(2000年全国无籽西瓜协作组会上交流)。肖光辉等人利用瓠瓜DNA导入西瓜材料，选育出了5个抗西瓜枯萎病的优良组合。王国萍等”利用西瓜生殖细胞原位转化技术，成功将1.1kb抗枯萎病菌的几丁质酶基因转入西瓜中，已筛选出7份稳定的抗枯萎病西瓜新种质材料。宋道军等(2001)用离子束处理将外源基因导入西瓜，研究结果表明，供体DNA与受体DNA在当代实现了超远缘分子杂交，而且SOD在其中的表达比对照提高l倍以上的杂交亲和率为21%・西北农业大学马国斌、王鸣等完成了双抗(抗菌和抗虫)植物表达载体的物建，将胰蛋白酶抑制(TI)基因及抗菌肽B和抗菌肽。基因导入农杆菌(Agrobacteriumtumefaeiens)LBA4404菌株，用盘培养法得到西瓜的Kan抗性植株。此外，中国科学院等离子体研究所王浩波等(2001)采用子房注射法将南瓜总DNA导入西瓜，经病圃田间筛选和6代自交纯化已获得5份稳定的西瓜抗病种质材料，对枯萎病的田间抗性得到了显著提高，有3个株系达到HR水平。7.5.3组织培养技术在西瓜育种上的应用西北农业大学马国斌、王鸣等(2000)对西瓜茎尖通过离体诱导四倍体进行的研究认为，选用W2培养基，以8天苗龄的茎尖，用1%的秋水仙素处理24,-48小时为宜。房超等(1996)利用组织培养产生的无性系，其抗病性发生了变化，这为抗病突变体的筛选提供了基础。张兴平(1996)在总结前人研究基础上，结合自己的研究实践，制定出了用两年时间利用离体培养育成可供商品种用的优良西瓜四倍体。即用授粉后20-25天的未成熟种子，切取近胚轴端子叶作为外植体，接种到MS+10pmo扎BA+0.05秋水仙碱培养基培养l周，再转到MS+10umol/LBA新鲜培养基培养5周，即可出现不定芽。然后将不定芽转接到MS+5lamol/LBA的增埴培养基上扩增再生芽，然后直接转到MS+5umol/LBA生根培养基上诱导生根，或者将再生芽直接嫁接在西瓜砧木上，最后移栽到温室中，可从叶、花的形状上辨认四倍体。利用组织培养法生产三倍体无籽西瓜幼苗，以解决三倍体无籽西瓜的“三低”问题，是我国西瓜科技工作者起步较早的课题(中科院植物研究所、北京市林果所等)，在取得技术上的成功之后，由于生产成本等问题尚未能在生产实践上广泛采用。近年由于转基因育种的兴起，西瓜离体培养再生体系的建立，再度受到业内人士的重视，中国科学院等离子体研究所王浩波等(2001)对此开展了研究，认为改良MS培养基附加BA及NAA等生长素是西瓜愈伤组织诱导的最适培养基，再附加AgN03是诱导不定芽的最适培养基。并首次报道离子束等物理因子处理愈伤组织，对诱导分化不定芽具有刺激和促进作用。目前主要病虫害8.1在西瓜设施栽培中，主要病害有枯萎病、炭疽病、叶枯病、斑病、病毒病。8.2.1枯萎病俗名蔓割病，萎蔫病，是西瓜的主要病害，整个生育期都可发生，尤其在伸蔓至结瓜期发病最多。症状：发病初期，叶片由下向上逐渐萎蔫，白天萎蔫似缺水状，早晚可恢复，几次反复后全株萎蔫枯死，叶片呈褐色，一般连在茎上不易脱落，纵剖茎部，可见茎基部维管束变黄褐色，茎蔓裂口处有胶质物溢出，潮湿时，病株茎和叶上可长出粉红色霉状物。8.2.2蔓枯病症状：主要危害茎、蔓，也为害叶片和果实。叶柄及蔓上染病，初为水浸装小斑,后边褐色梭形坏死斑，并呈星状破裂。其上产生许多小黑点。叶片染病初为褐色圆形或半圆形斑，后发展成边缘明显，中心灰褐色病斑，有轮纹并产生小黑点，最后病斑波及全叶，使叶片变黑枯死。8.2.3疫病症状：疫病在西瓜的叶、蔓、果实上都可以发生。子叶染病先呈暗绿色圆形斑，中央逐渐变为红褐色，近地面处溢缩或枯死。成株期叶部染病产生暗绿色水渍状不规则斑，湿度大时扩展很快，呈软腐状，干燥后为褐色，容易破裂。蔓上染病多靠近蔓的先端，初形成暗绿色水渍状梭形斑，后环绕溢缩，患部以上全部枯死，果实染病先形成暗绿色水渍状近圆形斑，扩展很快，病部