中国马铃薯发展历史、育种现状及发展建议

马铃薯是我国仅次于水稻、小麦和玉米的第四大粮食作物,栽培面积近600万hm~2,年产量约9 000万t,居世界首位。中国农业部预计今后20 a间,我国需增产500亿kg粮食保障人民生活和社会发展的基本需要,马铃薯的贡献率将达到50%。本文综述了中国马铃薯的起源和发展,主要经历了3个发展阶段;系统回顾了中国马铃薯的育种现状、各个时期的主要育种目标及品种应用状况,在此基础上,为中国马铃薯产业健康发展提出几点设想和建议。     

原生质体载体技术在马铃薯育种中的应用

综述了原生质体载体技术在育种中的应用:体细胞杂交、以原生质体为受体细胞的DNA直接导入转化、体细胞无性系变异、胁迫耐受系的选择,同时针对马铃薯的生物学特性、育种现状及其原生质体方面的研究现状,提出利用原生质体载体技术进行马铃薯育种的优势和切实可行性。     

马铃薯原生质体培养体系改良

试验以马铃薯试管苗叶片为原生质体来源，通过研究材料预处理方法对原生质体产量和质量的影响，培养方式及培养基中糖醇与细胞分裂的愈伤组织形成的关系，优化并建立了高效稳定的原生质体培养体系，获得了2个双单倍体系的叶肉原生质体再生植株。     

内源生长物质在马铃薯试管块茎形成中的作用

对鄂马铃薯1号(E1)及南中552(N552)在不同光照处理下试管苗的结薯情况及内源生长物质的变化进行了研究。结果显示，各诱导物质在整个培养期间变化较大，其中以块茎大量形成期增加最为明显。试验发现，内源GA3水平负相关于单株结薯数，但为匍匐茎伸长所必需，JA含量则与块茎形成呈正相关。而GA3与ABA及JA的比值皆显著负相关于单株结薯数。说明各生长物质为试管苗正常生长发育的基础，而它们之间的平衡水平则可能调控着块茎的形成。     

马铃薯种质创新与抗“低温糖化”育种

从三个方面综述了当前马铃薯抗“低温糖化”种质资源的研究和利用情况：一、引种和种质资源评定是加工品种选育的首要工作。二、杂交育种是获得抗“低温糖化”炸片加工型品种的主要方法。三、通过基因工程丰富马铃薯抗“低温糖化”的基因资源。     

中国马铃薯从济荒作物到主粮之变迁

马铃薯明末清初仅在民间零散种植,对寒苦瘠薄之地的适应,使之在清中后期成为西南及其毗邻地区平民救灾度荒之粮,为清政府在西南实施和巩固"改土归流"的民族治理制度提供了大量移民安生立命的粮食保障。其高产特性使发展马铃薯成为抗战时期保障民食军需的重要措施。1950年以来,在国民经济发展计划中马铃薯种植面积、总产和产值持续增长,马铃薯对主粮作物产值贡献的比例平均为其所占面积比例的2倍以上。马铃薯产业在保障国家粮食安全、农业增效以及满足需求侧对食品多元化和健康需求方面,将进一步发挥其独特的生物学优势,彰显其重要的战略地位。     

农杆菌介导的马铃薯试管薯遗转化体系的优化及反义class Ⅰ patatin基因的导入

用两个马铃薯栽培品种“鄂马铃薯3号”和“甘农薯2号”的试管薯为供体材料，建立了一种农杆菌介导的简单、快速和高效的遗传转化系统。在含有75mg／L卡那霉素的选择培养基上，2～3周可产生抗性芽，4～5周获得完整的转基因植株。筛选出了试管薯遗传转化的优化条件，特别是在再生培养基中加入2mg／L玉米素，两个品种的转化频率分别高达45．5％和43．9％。周期短(4～5周)、一步培养和转化频率高，使该转化体系能够广泛用于马铃薯转基因的研究。用含有反义class Ⅰ patatin基因的表达载体pBSAP转化两个品种，共获得120株卡那霉素抗性植株。PCR、PCR-Southern和Northern杂交分析证明，此反义基因已整合到马铃薯基因组中并在转基因植株中正常转录。反义基因的表达导致部分转基因植株的试管结薯株率和单株结薯数降低。结果表明，该class Ⅰ patatin基因可能参与了块茎形成的调控。     

反义class Ⅰ patatin基因转化马铃薯及其对试管块茎形成的影响

通过根癌农杆菌(Agrobacterium tumefaciens)介导将CaMV 35S启动子驱动的反义class Ⅰ patatin基因导入马铃薯(Solarium tuberosum)品种鄂马铃薯3号中。PCR扩增和PCR—Southern杂交证明，反义class Ⅰ patatin基因已整合到马铃薯基因组中。Northern杂交分析表明，该反义基因在转基因植株中能正常转录并导致内源classⅠ patatin mRNA含量的下降。对转基因植株试管块茎分析显示，其蛋白质含量和酯酰水解酶的活性较对照有不同程度的下降，其中下降程度最大的株系分别比对照减少36．4％和31．4％。同时部分转基因株系在组织培养条件下的结薯株率、单株结薯数和有效薯率较对照有一定程度的降低。     

拟南芥低温诱导cor15a基因的启动子克隆及在转基因马铃薯中的表达

利用PCR方法从拟南芥(Arabidopsis thaliana)品种Columbia的基因组中扩增出低温诱导基因cor15a的启动子片段并插入克隆载体。序列分析表明，克隆的启动子长900bp，与目前已经发表的启动子序列完全一致。将此启动子插入pBI121的gus基因及NOS终止子上游构成表达载体pLB，通过直接法导入根癌农杆菌(Agrobacterium tumefaciens)LBA4404，并转化马铃薯(Solarium tuberosum)获得转化再生植株。再生植株PCR检测和PCR-Southern鉴定结果证明，cor15a基因启动子已经成功地转入到马铃薯植株基因组中。GUS组织染色证明拟南芥cor15a启动子在马铃薯中也同样具有低温诱导表达的能力。