丁玉梅謝俊俊張 杰姚春馨張興國楊正安*

（1西南大學園藝園林學院，重慶 400715；2云南省農(nóng)業(yè)科學院生物技術與種質資源研究所，云南昆明650223；3云南省農(nóng)業(yè)生物技術重點實驗室，云南昆明 650223，4云南農(nóng)業(yè)大學園林園藝學院，云南昆明650201）

黑籽南瓜（Cucurbita ficifolia，2n=40）為葫蘆科南瓜屬的一年或多年生草本藤蔓性植物，因種皮呈黑色而得名。黑籽南瓜是喜溫、不耐熱的短日照作物，生長勢強，葉片缺刻深裂、近圓形，葉形與無花果的葉很相似，又稱為“無花果葉瓜”，又因其成熟后瓜瓤像米線或粉絲，在云南又稱之為“米線瓜”或“粉絲瓜”。黑籽南瓜原產(chǎn)中美洲至南美洲高海拔地區(qū)，現(xiàn)在已分布于全世界各地，但適宜生長的地區(qū)范圍小，僅在低緯、高海拔地區(qū)栽培，又因其食用價值不高，一般蔬菜工作者對黑籽南瓜不甚了解，也鮮有研究。隨著我國蔬菜種質資源收集工作的開展，種質資源保存、評價和利用研究越來越受到重視，20世紀70年代末，我國首次組織專業(yè)科技人員，對重點地區(qū)的蔬菜種質資源進行實地考察，素有“植物王國”之稱的云南是考察的首選地區(qū)，由中國農(nóng)業(yè)科學院和云南省農(nóng)業(yè)科學院組成的云南蔬菜品種資源考察組，發(fā)現(xiàn)了具有耐寒、抗病等多種優(yōu)異性狀的這一云南山區(qū)瓜類作物—黑籽南瓜（周立端和厲鳳琴，1983；黃興奇，2007）。隨后，以黑籽南瓜為砧木的瓜類嫁接試驗獲得成功，黑籽南瓜資源的開發(fā)利用價值進一步提升（周立端 等，1994）。近年來，越來越多的研究者把黑籽南瓜作為研究對象，這得益于植物生理學、生物技術以及分子生物學等學科的飛速發(fā)展，也是基于黑籽南瓜所具有的多個優(yōu)良性狀以及所蘊含的抗逆基因資源。本文從黑籽南瓜栽培及利用概況、遺傳多樣性、抗逆性及其抗逆生理基礎、細胞生物學及細胞工程、基因分離克隆等幾個方面介紹黑籽南瓜的研究現(xiàn)狀，以期為黑籽南瓜資源利用、瓜類栽培與育種、瓜類抗逆基因發(fā)掘提供參考，推動黑籽南瓜科研和產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

1 黑籽南瓜栽培與資源利用概況

1.1 黑籽南瓜栽培概況

黑籽南瓜在我國最早栽培于云南麗江地區(qū)，已有逾100 a歷史，在四川和貴州等高海拔地區(qū)也有較長的栽培史（賴眾民，1991；蔡克華，1994）。黑籽南瓜主要在山區(qū)種植，栽培管理較為粗放。一般于4月播種，可直播可育苗，至10月收獲，也有以宿根越冬的無需播種的栽培方式，種植制度主要與玉米間作，極少單作。黑籽南瓜的一年生主蔓可達20 m，分枝性強，匍匐莖上能產(chǎn)生不定根，單株結瓜20～30個，果實為長圓形或近球形，單瓜質量2～5 kg，單株種子產(chǎn)量可達50～150 g，正常開花結果的條件為日照時數(shù)不超過13 h，夜間氣溫不超過15 ℃，從開花至種瓜成熟不小于90 d（蔡克華，1994；周立端 等，1994）。

云南為亞熱帶高原氣候，尤其是海拔1 600～2 000 m的山區(qū)，四季溫暖，夏無酷暑，冬無嚴寒，無霜期長達250～300 d，最適于黑籽南瓜生長（厲鳳琴和周立端，1993）。在20世紀70年代末的蔬菜資源考察中即肯定了云南作為全國黑籽南瓜主產(chǎn)地的重要地位，同時確立了云南作為全國黑籽南瓜種子生產(chǎn)基地。緊接著，云南省農(nóng)業(yè)科學院的科研人員在云南昆明、祿勸等地進行云南黑籽南瓜繁種，帶動云南省楚雄州和紅河州內(nèi)20多個縣市建成萬畝繁種基地，銷售種子產(chǎn)生的經(jīng)濟效益也使得黑籽南瓜栽培面積直線上升（周立端 等，1994）。據(jù)不完全統(tǒng)計，黑籽南瓜種子從20世紀80年代的年銷售60 t，到十多年前的千余噸，到目前黑籽南瓜種子產(chǎn)量已達萬余噸，平均售價 3. 0 萬元·t-1，總產(chǎn)值達3. 2億元（楊正安 等，2011），初期種子主要銷往北方地區(qū)作為保護地瓜類栽培的嫁接砧木，近年來也銷往黃河中下游的河南、河北、山東、天津、安徽等地，還出口日本和韓國用作黃瓜溫室栽培的嫁接砧木（賴眾民，1991）。由于近年來嫁接育苗用途和炒貨用途對黑籽南瓜種子市場競爭的矛盾日益突出，使黑籽南瓜種子供不應求，在云南省更多地區(qū)推廣黑籽南瓜的種植，是山區(qū)農(nóng)民脫貧致富的一個特色產(chǎn)業(yè)。

1.2 黑籽南瓜作為瓜類嫁接砧木的利用

黑籽南瓜嫩瓜可炒食，但風味清淡，不受喜愛，因此多作飼料用，而種子營養(yǎng)價值極高，已開發(fā)炒貨作為休閑食品。黑籽南瓜的主要利用價值是作為瓜類栽培的嫁接砧木，不僅具有耐土壤瘠薄、低溫、干旱和耐鹽等優(yōu)異特性，而且對瓜類枯萎病和疫病等土傳病害抗性強（翁祖信 等，1993；王漢榮 等，2005）。20世紀60年代日本等國已開始利用黑籽南瓜高抗土傳病害的特性，用其作為砧木與黃瓜、西瓜嫁接，親和性好，嫁接苗根系耐低溫（周立端 等，1994；Lee et al.，1999）。之后，黑籽南瓜種子用量持續(xù)上升，主要利用其高抗枯萎病的特性用作嫁接砧木防治瓜類枯萎?。ㄖ芰⒍说?，1994；曾義安 等，2004；馮春梅 等，2006；李紅麗 等，2006；呂桂云 等，2010；喬燕春 等，2013；梁祖珍 等，2014），給瓜類生產(chǎn)帶來了巨大的經(jīng)濟效益。多位研究者還報道了黑籽南瓜作為砧木對瓜類作物產(chǎn)量和品質具有提升和改善作用（馮春梅 等，2006；李紅麗 等，2006；朱進 等，2006 a；王鐵臣 等，2010；董邵云 等，2013；梁祖珍 等，2014；陳銀根和呂文君，2017；陶美奇 等，2018），主要表現(xiàn)在與自根黃瓜相比，能提高黃瓜植株生長速度、結實率和產(chǎn)量，食味品質得到改善（口感香甜和微甜），還可提高黃瓜果實VC以及Ca、Mg、Fe等礦質營養(yǎng)含量；但嫁接黃瓜果實蠟粉率保持在90%，增加了果實表面蠟粉量，是黑籽南瓜在嫁接方面用量急劇減少的主要原因。王文嬌等（2017）研究表明，黃瓜5個蠟質合成相關 基 因 CsCER1、CsCER3、CsCER6、CsCER8和CsCER10在黑籽南瓜嫁接植株中的表達量明顯高于白籽南瓜嫁接苗和自根苗，由此推測這5個基因與黑籽南瓜嫁接導致的蠟粉含量增加密切相關。王慧（2015）研究了砧木影響嫁接黃瓜果面蠟粉形成的機制以及與外源硅的關系，發(fā)現(xiàn)在水培營養(yǎng)液中添加1.7 mmol·L-1的K2SiO3后，脫蠟粉能力弱的云南黑籽南瓜嫁接黃瓜苗根系中的硅轉運蛋白基因CmLsi1、CmLsi2-1、CmLsi2-2和CmLsi3 的表達量均低于脫蠟粉能力強的中國南瓜砧木黃誠根2號嫁接黃瓜苗中的表達量。趙升（2018）也研究發(fā)現(xiàn)黃瓜果皮硅轉運蛋白基因CsLSi1、CsLSi6和CsLSi2表達受嫁接砧木的影響，在黑籽南瓜砧木嫁接苗中表達量較高，而在黃誠根2號砧木嫁接苗中表達量則較低。近年來，已開發(fā)和培育出多種瓜類嫁接的砧木，如葫蘆、中國南瓜、瓠瓜、棘瓜等（顧興芳 等，2006；張圣平 等，2006；張紅梅 等，2007；李欣等，2011a；張凡 等，2011；王永成 等，2013；曹齊衛(wèi) 等，2016；陶美奇 等，2018），但以黑籽南瓜作為砧木的嫁接苗在抗病性、耐冷和耐鹽能力等方面仍優(yōu)于其他砧木（馮春梅 等，2006；蔡雁平 等，2008；梁祖珍 等，2014），綜合表現(xiàn)較好。近年來黑籽南瓜種子用量供不應求，在云南的栽培也逐漸從野生、半野生狀態(tài)轉變?yōu)槿斯ぴ耘啵捎诓蛔⒁馓峒儚蛪?，致使黑籽南瓜種性退化，降低或失去原有的抗性（李耀光 等，2007）。筆者認為，首先，應該對現(xiàn)有砧用黑籽南瓜品種進行提純復壯，這需要育種工作者的長期參與；其次，應對現(xiàn)有黑籽南瓜種質資源的抗性（特別是枯萎病抗性）進行系統(tǒng)鑒定和評價，篩選抗性或耐性更強的種質資源加以利用顯得尤為重要且迫切。

1.3 黑籽南瓜遠緣雜交利用

長期優(yōu)質、高產(chǎn)的育種目標使得瓜類作物一些優(yōu)良抗逆基因在人工馴化和定向選擇過程中喪失，造成栽培瓜類遺傳背景狹窄，而黑籽南瓜具有抗多種生物或非生物逆境的遺傳性狀，將黑籽南瓜和栽培瓜類進行種間甚至屬間遠緣雜交，促進黑籽南瓜有利抗逆性狀向栽培瓜類的轉移，可以創(chuàng)造瓜類育種新種質，達到改良栽培瓜類作物的目的。但目前，僅有馬海龍等（2011）報道了黑籽南瓜與南瓜屬其他栽培種之間的遠緣雜交研究，以美洲南瓜、中國南瓜、印度南瓜3個種共12個材料為母本，以黑籽南瓜為父本進行種間雜交研究，僅獲得了18株中國南瓜×黑籽南瓜F1植株。中國南瓜×黑籽南瓜F1形態(tài)為雙親中間型偏父本，其抗病性（枯萎病、病毒病和白粉?。?、抗蟲性（粉虱和蚜蟲）傾向于母本中國南瓜，推測黑籽南瓜抗病、抗逆性狀的跨種遺傳可能由隱性單基因、隱性寡基因或由數(shù)量性狀多基因控制。該研究中由于F1植株具有的雜種不稔性，未得到回交后代，相關研究未見后續(xù)報道，如能獲得黑籽南瓜與南瓜屬其他栽培種之間可育的種間雜交后代，則可促進南瓜屬作物的抗性遺傳、抗性生理、抗性基因分離的研究和南瓜屬作物抗性新品種的選育。為了獲得可育的遠緣雜交后代，可進一步擴大參與雜交的親本材料試配，結合染色體加倍及胚挽救培養(yǎng)等細胞工程技術克服雜交后代的不育問題。

2 黑籽南瓜遺傳多樣性

黑籽南瓜在我國云南、四川、貴州等海拔較高的地區(qū)有較長的栽培歷史，由于這些地區(qū)經(jīng)濟欠發(fā)達，交通不便，以及自然地理環(huán)境的多樣性，形成了黑籽南瓜豐富的地方品種資源。從種子籽粒大小可將黑籽南瓜分為大粒、中粒和小粒3種類型（鄧朝鮮 等，1994；龍榮華 等，2013），根據(jù)果實成熟時的花紋可將其分為白皮、花皮和綠皮3種類型（楊正安 等，2011；成曉靜 等，2015）。利用分子標記技術對黑籽南瓜資源進行遺傳多樣性分析可為引種栽培和品種改良提供參考。劉小俊等（2005）對來源于四川、云南的10份黑籽南瓜資源進行RAPD標記分析表明，我國現(xiàn)有栽培黑籽南瓜種質資源的遺傳變異度較小，多樣性水平較低，與楊正安等（2011）和成曉靜等（2015）以云南黑籽南瓜為材料的研究結論有差別。成曉靜等（2015）采用RAPD標記對云南白皮、花皮和綠皮3種類型黑籽南瓜親緣關系分析表明，綠皮類型與白皮、花皮類型間的親緣關系較遠（平均遺傳距離為0.94），而白皮類型與花皮類型間的親緣關系較近（平均遺傳距離為0.40）。楊正安等（2011）采用RAPD和ISSR標記技術對來源于云南省6個地州13份黑籽南瓜種質進行遺傳多樣性分析，RAPD和ISSR標記檢測供試材料的遺傳相似性系數(shù)范圍分別為0.340～0.895和 0.162～0.941，ISSR檢測多態(tài)性效果高于RAPD，RAPD標記聚類分析將供試種質分為3個類群5組，ISSR標記聚類分析將供試種質分為4個類群6組。來源于云南建水縣官廳鎮(zhèn)的黑籽南瓜與來源于青龍鄉(xiāng)、普雄鎮(zhèn)的親緣關系較遠，形成獨立的類型，處于最基礎的地位，而該地區(qū)出產(chǎn)的黑籽南瓜品質最優(yōu)（發(fā)芽率高、發(fā)芽勢強），該研究表明地域上的不同不是造成黑籽南瓜材料間親緣關系遠近的原因。

3 黑籽南瓜抗逆性及其生理基礎

黑籽南瓜由于長期處于野生、半野生狀態(tài)，為適應不良的自然環(huán)境，對低溫、干旱、高鹽、土壤瘠薄、病蟲害等形成了較強的抗性或耐性。黑籽南瓜作為瓜類嫁接的砧木主要也是因其具有的抗逆性（主要抗枯萎?。S多研究報道了黑籽南瓜受到不良環(huán)境因子脅迫后對生長的影響及其生理響應機制，包括以黑籽南瓜為砧木嫁接后接穗瓜類抗逆性提高的生理機制。

3.1 耐高溫或低溫

在瓜類作物栽培中，夏秋栽培特別是在棚室栽培中，地溫常超過30 ℃，形成高溫逆境，對瓜類生產(chǎn)極為不利。郝婷等（2014a）以黑籽南瓜、黃瓜、苦瓜和2個絲瓜品種為材料，35 ℃根際高溫脅迫使得黑籽南瓜和黃瓜株高、莖粗、葉面積等植物學性狀及葉綠素相對含量（SPAD）、葉片凈光合速率（Pn）等與光合效率有關的參數(shù)受到顯著抑制；高溫導致黑籽南瓜和黃瓜根系中MDA積累，脯氨酸和可溶性蛋白含量減少（郝婷 等，2014b）；5種瓜類作物對根際高溫的耐受性有明顯差異，黑籽南瓜和黃瓜對根際高溫的耐性較差。張紅梅等（2016）研究了高溫條件下不同砧木嫁接黃瓜苗的生長量和光合特性，表明以白籽南瓜和絲瓜為砧木的嫁接苗對高溫脅迫的耐性比黑籽南瓜和冬瓜嫁接苗強。李思思等（2017，2018）也報道，以五葉香絲瓜為嫁接砧木的黃瓜植株耐熱性強于黑籽南瓜嫁接植株。綜上所述，黑籽南瓜抵御高溫能力較差，這一結論與黑籽南瓜長期在高海拔山區(qū)栽培，喜溫但不耐熱的特性相符。

有關黑籽南瓜抗極端溫度逆境多數(shù)報道集中在抗寒性方面。于賢昌等（1998）報道黑籽南瓜抗冷性優(yōu)于日本的南瓜種間雜交種新土佐。喬永旭等（2014）比較了12 ℃亞低溫脅迫下黑籽南瓜和黃瓜水分代謝和光合特性的應答差異，表明黑籽南瓜抵御亞低溫脅迫的能力明顯強于黃瓜。15 ℃低溫脅迫下黑籽南瓜根系邊緣細胞（RBC）數(shù)目和黏膠層厚度的增加程度高于黃瓜，活性降幅和凋亡率則明顯低于黃瓜，表明黑籽南瓜抵御低溫脅迫的能力強于黃瓜（喬永旭，2015）。

以黑籽南瓜為砧木可提高嫁接瓜類對低溫脅迫的耐受性。于賢昌等（1998）研究表明，黑籽南瓜嫁接黃瓜苗的抗冷性顯著增強，表現(xiàn)在5 ℃低溫脅迫下幼苗冷害指數(shù)變小，電解質滲漏率下降，脅迫后光合功能恢復較快等。陳貴林等（2000）研究表明，以黑籽南瓜為砧木的西瓜嫁接苗在5 ℃低溫脅迫下，其光合速率、葉綠素含量和可溶性蛋白含量均顯著高于自根苗。季俊杰等（2007）報道了低溫脅迫下黑籽南瓜嫁接黃瓜植株的蔗糖、葡萄糖、可溶性蛋白含量和葉片羧化率高于自根黃瓜；李濤和于賢昌（2007）研究表明，低溫脅迫下黑籽南瓜嫁接黃瓜植株吸收Mn、Cu和Zn的能力較強是其SOD活性顯著高于自根黃瓜的重要原因之一 。高俊杰等（2009）則探討了以黑籽南瓜為砧木嫁接增強黃瓜抗冷性的分子機制，認為嫁接苗葉片脫氫抗壞血酸還原酶（DHAR）和谷胱甘肽還原酶（GR）維持較高的轉錄水平，較高的DHAR和GR活性是抗壞血酸（AsA）和谷胱甘肽（GSH）含量明顯高于自根苗的重要原因。許曉昀（2018）研究表明，在偏低溫（18 ℃/12 ℃）和臨界低溫（10 ℃/5℃）逆境下，黑籽南瓜嫁接黃瓜葉片中的脫落酸（ABA）、吲哚乙酸（IAA）、玉米素（ZR）含量顯著高于自根苗。

有關不同砧木嫁接瓜類后的耐冷性研究表明，黑籽南瓜砧木嫁接苗耐冷性強于其他砧木嫁接苗。于賢昌等（1998）認為黃瓜嫁接苗的抗冷性與其砧木種類及接穗品種雙方的耐冷性密切相關，并報道了黑籽南瓜嫁接苗的耐冷性強于南瓜雜交種新土佐嫁接苗。李欣等（2011b）研究表明，黑籽南瓜嫁接黃瓜苗的抗寒性強于白籽南瓜嫁接苗，可在低溫脅迫下保持較高的POD、SOD和CAT活性及較低含量的MDA，與孫世君等（2017）的研究結果一致。孫世君等（2017，2018）的研究還表明，低溫脅迫下黑籽南瓜嫁接黃瓜苗的15N吸收分配和利用能力均優(yōu)于白籽南瓜嫁接苗和自根苗，嫁接苗的碳氮代謝相關酶活性均高于白籽南瓜嫁接苗和自根苗，且可溶性蛋白和脯氨酸含量最高。以黑籽南瓜為砧木的西瓜嫁接苗在7.5 ℃低溫脅迫下，植株葉片凈光合速率、氣孔導度和胞間CO2濃度等光合特性指標及碳同化能力高于葫蘆砧木嫁接苗和自根苗，黑籽南瓜砧木嫁接苗耐冷性強于葫蘆砧木嫁接苗（劉慧英 等，2007）。

總之，黑籽南瓜及其嫁接苗的生長和生理代謝雖然受到低溫脅迫的影響，但其抗寒性和耐低溫能力仍然是瓜類作物中最強的，這也是在瓜類早春或日光溫室生產(chǎn)中黑籽南瓜長期作為嫁接砧木的原因之一。

3.2 耐鹽性

在蔬菜設施栽培中，土壤次生鹽漬化問題日益突出，嚴重影響了作物生長發(fā)育，產(chǎn)量和品質下降，已成為當前設施栽培中的主要限制因子。許多學者研究了黑籽南瓜及其嫁接苗的耐鹽性，并報道了其在鹽脅迫下的生理響應機制，其中研究較多的是中性鹽NaCl脅迫，對堿性鹽和酸性鹽脅迫也有少量研究。

不同學者比較了黑籽南瓜和其他瓜類種質之間的耐鹽性差異，研究結論各有異同。朱進等（2006b）對不同砧木苗期的耐鹽性鑒定結果表明，瓠瓜類的耐鹽能力強于黑籽南瓜，其次是中國南瓜雜交種，西葫蘆最不耐鹽。周俊國等（2007）報道了中國南瓜雜交種成株期耐鹽性強于黑籽南瓜，2種砧木耐鹽性差異的主要原因是NaCl脅迫下Na+在各個器官積累量的差異，導致地上部各器官有不同的K+、Ca2+、Mg2+離子吸收和積累特性，從而造成中國南瓜雜交種生長抑制程度小于黑籽南瓜，且黑籽南瓜成株期Na+主要集中在莖部（周俊國 等，2008a），與王冉等（2006）在黑籽南瓜幼苗期受鹽脅迫后Na+分布在根部的結論不同。NaCl脅迫使黑籽南瓜的活性氧產(chǎn)生速率和 H2O2含量高于中國南瓜雜交種，而中國南瓜雜交種根系中腐胺與精胺的比值較低，亞精胺和精胺總量與腐胺的比值則較高，多胺的含量也較高，植株清除活性氧的能力較強，其耐鹽性優(yōu)于黑籽南瓜（周俊國 等，2008b）。朱進和別之龍（2007）研究發(fā)現(xiàn)，鹽脅迫下黑籽南瓜、超級拳王南瓜、超豐8848瓠瓜3種砧木幼苗光合特性無明顯差異；但后續(xù)研究表明，低鹽脅迫下 Na+主要集中在根莖部，高鹽脅迫下Na+主要集中在莖部，通過根莖阻止Na+向葉片運輸，是超豐8848瓠瓜和黑籽南瓜2個砧木耐鹽的主要生理機制（朱進和別之龍，2008）。朱進和別之龍（2008）認為，黑籽南瓜耐鹽性強是由于其在鹽脅迫下具有更高的根系活力，而周俊國等（2008b）則認為K+/Na+降低幅度不同是造成砧木耐鹽性差異的原因之一。 王麗萍等（2011）的研究表明，酸性鹽Ca（NO3）2脅迫對砧木生長的抑制作用小于中性鹽NaCl脅迫，白籽南瓜具有高效清除體內(nèi)活性氧能力是其耐鹽性高于黑籽南瓜的重要原因。孫涌棟等（2014）則報道了外施NaHS可有效緩解堿性鹽NaHCO3脅迫對黑籽南瓜種子萌發(fā)的抑制作用，與郝園園和江雪飛（2015）的研究結果一致。

以黑籽南瓜為砧木的嫁接瓜類的耐鹽性研究多集中在嫁接黃瓜上，研究表明嫁接栽培能顯著提高黃瓜的耐鹽能力（袁祖華和蔡雁平，2007；黃遠，2010）。對嫁接黃瓜苗耐鹽性增加的生理機制研究表明，在NaCl脅迫下，嫁接黃瓜苗中脯氨酸和可溶性糖含量均明顯高于自根苗，活性氧產(chǎn)生速率和MDA含量低于自根苗（袁祖華和蔡雁平，2007）；黃遠（2010）的研究也表明，嫁接黃瓜能夠維持較高的錳和總微量元素含量，較高的SOD、POD和CAT活性，較低的電解質滲漏率和MDA含量。朱進等（2008）也認為，具有更好的滲透調(diào)節(jié)和抗氧化能力是超豐8848瓠瓜嫁接黃瓜苗耐鹽性高于黑籽南瓜嫁接苗的重要生理原因，與云南黑籽南瓜嫁接黃瓜苗耐鹽性優(yōu)于南夏爾巴、新土佐和鐵力砧3種中國南瓜砧木嫁接苗的生理機制相似，且黑籽南瓜嫁接苗 Na+/K+最低（田雪梅 等，2012）。周俊國和扈惠靈（2010）研究了黃瓜嫁接苗葉片的氮素代謝，結果表明NaCl脅迫下中國南瓜雜交種嫁接黃瓜苗氮素代謝能力下降幅度比黑籽南瓜嫁接苗小，不同砧木嫁接氮素代謝能力的差異在于根系吸收氮源能力的差異，也造成了耐鹽能力的差異。

由此看來，黑籽南瓜具有較強的耐鹽性，但弱于某些瓜類作物如瓠瓜，而瓜類嫁接苗的耐鹽性取決于所使用的砧木（蔡雁平 等，2008；朱進 等，2008；周俊國和扈惠靈，2010；田雪梅 等，2012）。

3.3 耐連作和低營養(yǎng)

瓜類是設施栽培中的一類主要蔬菜，因常年連作或復種指數(shù)高而產(chǎn)生嚴重的連作障礙，許多研究者認為根系分泌的自毒物質（如肉桂酸）是連作障礙的主要原因。近年來的報道表明黑籽南瓜具有耐肉桂酸（CA）和低營養(yǎng)脅迫的能力，這是黑籽南瓜作為瓜類嫁接砧木的又一優(yōu)勢。喬永旭等（2014）研究了CA脅迫下黃瓜和黑籽南瓜的水分代謝與光合代謝差異，結果表明CA脅迫降低了2種瓜類作物的凈光合速率和蒸騰速率等，增加了水分利用效率和地上部干物質的分配比例，但黃瓜受到的脅迫程度明顯高于黑籽南瓜。隨后，喬永旭等（2015）研究發(fā)現(xiàn)黑籽南瓜根系邊緣細胞（RBC）因具有較高的活力、較低的凋亡率及較厚的黏膠層等特性，其抵御CA脅迫的能力強于黃瓜。黑籽南瓜的RBC防御CA對自身根系毒害的能力明顯強于黃瓜，表現(xiàn)在CA 脅迫對根尖附著有RBC的黑籽南瓜根系活力、活性氧和MDA 含量、抗氧化酶活性以及抗氰呼吸速率的影響均不顯著，但對黃瓜影響顯著（喬永旭 等，2015）。最近，張永平（2018）報道硝普鈉（SNP）可以緩解CA對黃瓜和黑籽南瓜的脅迫，SNP能提高 CA處理下黑籽南瓜RBC數(shù)目與存活率，SNP對黑籽南瓜的緩解作用小于黃瓜。

有關黑籽南瓜耐低營養(yǎng)脅迫的研究較少。曹麗霞等（2009）研究表明，缺磷脅迫后黑籽南瓜幼苗地上部生物量顯著降低，根冠比增大；根系吸磷量和磷轉運率下降，根系磷利用效率顯著增加。總根長和根表面積增加可能與其磷吸收效率增加密切相關，是黑籽南瓜幼苗對缺磷脅迫的適應性變化，也是黑籽南瓜耐缺磷脅迫的原因；另外還發(fā)現(xiàn)缺磷脅迫后根系分泌物中多了一些特有的酚類和酯類。缺磷脅迫的黑籽南瓜根系分泌物對黑籽南瓜胚根和胚軸的化感抑制作用明顯增強。楊明摯等（2004）研究了黑籽南瓜對低氮環(huán)境的耐受性，表明在低氮環(huán)境下黑籽南瓜的根系活力、硝酸還原酶活性、氨基酸含量、生物量、葉綠體含量都明顯高于中國南瓜。尹梅等（2003）研究表明，黑籽南瓜抗逆性、抗旱性比中國南瓜強可能與其葉片中游離脯氨酸和鈣元素含量高有關。

3.4 耐其他非生物逆境

近年來隨著環(huán)境污染的加重，酸性土壤面積所占比例越來越高，Al3+是酸性土壤中限制作物生長和礦質元素吸收而導致減產(chǎn)的一個主要脅迫因子。周楠等（2006）研究發(fā)現(xiàn)，Al3+可明顯抑制黃瓜根系的生長，延緩黃瓜植株生長發(fā)育，從而導致黃瓜產(chǎn)量降低。喬永旭（2016）研究了黃瓜和黑籽南瓜對于Al3+脅迫的應答差異，2種瓜類作物的根長、根鮮質量、RBC數(shù)目、活率均隨著Al3+濃度的增大而降低，但黃瓜的下降幅度較黑籽南瓜明顯；黑籽南瓜抵御Al3+毒害的能力優(yōu)于黃瓜。張自坤等（2010）研究發(fā)現(xiàn)，Cu2+脅迫下黑籽南瓜嫁接黃瓜幼苗根系中多胺（結合態(tài)腐胺、亞精胺和精胺）的合成比自根苗增加，其降解相關酶二胺氧化酶和多胺氧化酶活性顯著低于自根苗，使嫁接苗多胺含量維持在較高水平，由此提高了黃瓜嫁接苗耐Cu2+脅迫的能力。高宇等（2017）報道，增加CO2濃度可以促進白籽南瓜和黑籽南瓜嫁接黃瓜苗生長，但黑籽南瓜嫁接苗形態(tài)指標、葉綠素 SPAD 值和凈光合速率明顯優(yōu)于白籽南瓜嫁接苗。

有關黑籽南瓜對其他非生物逆境（如重金屬和有害氣體）的抗性或耐性的研究未見報道，隨著城市化進程的加快和新型環(huán)境污染的日益嚴重，篩選鑒定對這類逆境有較強抗性或耐性的瓜類種質資源也是今后研究的方向之一。

3.5 抗生物逆境

植物在抗生物逆境過程中，體內(nèi)的生理生化代謝、細胞和組織結構以及分子水平都發(fā)生了一系列復雜的變化（Koornneef & Pieterse，2008；Bari &Jones，2009），植物應答生物逆境脅迫的分子機制至今未完全闡明。

3.5.1 枯萎病抗性 自20世紀90年代以來，利用黑籽南瓜為砧木防治瓜類枯萎病，已成為解決瓜類生產(chǎn)中枯萎病危害的主要農(nóng)業(yè)措施（周立端 等，1994；曾義安 等，2004；梁祖珍 等，2014；王卿和林玲，2016）。研究發(fā)現(xiàn)，不同類型的黑籽南瓜抗枯萎病能力存在差異，綠皮和花皮類型黑籽南瓜對枯萎病的抗性強于白皮黑籽南瓜（楊正安 等，2017），這3種類型黑籽南瓜對枯萎病菌侵染后的光合特性和生理響應亦不同，枯萎病菌侵染后，抗性弱的白皮黑籽南瓜氣體交換參數(shù)降幅最大，其光化學淬滅系數(shù)（qP）和非光化學淬滅系數(shù)（NPQ）也顯著下降，POD活性和MDA含量則升高，SOD活性在抗性最強的綠皮黑籽南瓜中下降，在花皮黑籽南瓜中則表現(xiàn)增加。有研究發(fā)現(xiàn)，黑籽南瓜根系分泌物能明顯抑制黃瓜枯萎病菌菌落的生長（黃奔立 等，2007）。乜蘭春等（2007）也研究發(fā)現(xiàn)，在黑籽南瓜和西瓜根系分泌物中提取的有機酸，可以有效抑制西瓜枯萎病菌，且黑籽南瓜根系分泌物對枯萎病菌的抑制作用強于西瓜。

要闡明黑籽南瓜受枯萎病菌脅迫的響應機制，需對更多的生理生化代謝途徑進行研究（如活性氧含量及類型），也需從枯萎病菌致病機制入手研究其釋放的分子信號，黑籽南瓜抗枯萎病的信號傳導途徑和調(diào)節(jié)機制，抗病蛋白的表達和功能作用模式等也需要深入研究。

3.5.2 其他抗病蟲特性 盡管黑籽南瓜可以有效控制瓜類枯萎病的發(fā)生與危害，但隨著黑籽南瓜種子市場的需求量不斷增加，大量的精細化和規(guī)?；耘嗪谧涯瞎?，不注意品種提純復壯，致使一些種子混雜退化，降低或者喪失了原有抗性。1996年在蘭州日光溫室中黑籽南瓜嫁接黃瓜植株發(fā)生疫霉病（孫頡，1998），2007年山西日光溫室中嫁接黃瓜苗有10%～15%的萎蔫死苗率，是因為黑籽南瓜砧木幼苗感染枯萎病所致（李耀光 等，2007）。白濱等（2013）也報道了甘肅日光溫室內(nèi)黑籽南瓜為砧木的嫁接西瓜苗發(fā)生了嚴重的根腐和頸腐病。

顧興芳等（2006）評價了108份黃瓜砧木資源的抗南方根結線蟲特性，其中黑籽南瓜表現(xiàn)為易感南方根結線蟲。金國良等（2009）研究表明，南方根結線蟲侵染顯著降低了黑籽南瓜地上部生長速率，POD、SOD和多酚氧化酶（PPO）活性在侵染前期顯著升高，而后下降；苯丙氨酸解氨酶（PAL）和酪氨酸解氨酶（TAL）活性在接種侵染后比未接種對照增加，根結線蟲的侵染使得黑籽南瓜抗氧化相關酶活性升高，以抑制活性氧的產(chǎn)生或提高木質素含量。

4 細胞生物學及細胞工程

1991年李友勇等利用細胞顯微方法對南瓜屬的黑籽南瓜、中國南瓜和印度南瓜進行了細胞學觀察，表明黑籽南瓜染色體2n=40，同時發(fā)現(xiàn)黑籽南瓜染色體異染色質化在減數(shù)分裂末期I、間期和末期II，子細胞中常出現(xiàn)2～8個近圓形的染色很深的顆粒，它們呈有規(guī)律地分離（李友勇 等，1991）。黑籽南瓜的這些細胞學現(xiàn)象，使它既區(qū)別于其他物種，又區(qū)別于它的2個近緣種中國南瓜和印度南瓜。

開展黑籽南瓜的細胞工程研究，可以解決黑籽南瓜單株之間對低溫和病害的耐受能力存在差異的問題，還可在此基礎上進行遺傳轉化。郭德章等（2004）利用不同電場條件對黃瓜與黑籽南瓜子葉原生質體進行了對稱融合，融合產(chǎn)物經(jīng)液體淺層培養(yǎng)誘導出大量愈傷組織。關于黑籽南瓜離體培養(yǎng)再生體系的研究中，劉栓桃等（2004）采用下胚軸和子葉作為外植株均能再生不定芽，不定芽增殖培養(yǎng)基為：MS+6-BA 1.0 mg·L-1。徐恒戩（2006，2007）則研究發(fā)現(xiàn)不同外植體植株再生能力差異明顯，通過添加6-BA和NAA，KT和NAA的外源激素組合，子葉加胚軸的部分能分化出再生植株?；粲昝停?008）為了通過遺傳轉化使黑籽南瓜獲得抗根結線蟲的特性，在MS基本培養(yǎng)基中分別添加BA（2.0 mg·L-1）、TDZ（1.0 mg·L-1） 和 ZT（2.0 mg·L-1）等外源激素，建立了黑籽南瓜植株高頻再生體系，并利用黑籽南瓜成熟胚為外植體，成功建立了黑籽南瓜成熟胚再生體系。

5 基因克隆

植物在受到外界逆境刺激后，通過系列信號分子調(diào)節(jié)相關抗逆基因和蛋白的表達，進而改變自身表觀形態(tài)和生理生化水平來適應逆境（Ausubel，2005；Bari & Jones，2009）。因此，挖掘黑籽南瓜重要的抗逆基因或蛋白對解析黑籽南瓜抗逆的分子機理和進一步培育瓜類抗逆新品種具有重要意義。

楊明摯等（1999）利用RT-PCR技術分離了黑籽南瓜甘油-3-磷酸轉酰酶（GPAT）基因，序列分析表明黑籽南瓜GPAT基因的cDNA及氨基酸序列與中國南瓜（Cucurbita moschata）相比分別具有98%和96.5%的同源性，黑籽南瓜與豌豆、紅花、擬南芥和菠菜等抗冷性強的GPAT基因氨基酸序列對比發(fā)現(xiàn)，某些位點上的氨基酸殘基完全相同，這些位點的相同氨基酸殘基可能與GPAT 對底物?；倪x擇性有關（楊明摯 等，2000）。此后，依據(jù)所克隆的植物絲氨酸/蘇氨酸蛋白激酶類抗病基因中的保守氨基酸序列合成相應的簡并引物，從黑籽南瓜基因組中克隆到了一些STK類的R-片段，可能來源于黑籽南瓜中某個抗病或抗病相關基因（楊明摯 等，2005）。楊正安等（2012）利用可轉化人工染色體（TAC）為載體，構建了高質量的黑籽南瓜基因組TAC文庫，為黑籽南瓜抗逆和抗病基因克隆奠定了基礎。最近，丁玉梅等（2018）從黑籽南瓜基因組中克隆了抗病基因同源序列HQRGA2，屬于典型的NBS-LRR類抗病基因，它與中國南瓜的NBS類抗病蛋白基因SQRGA-8和SQRGA-13的核苷酸相似性分別達到97.0%和98.0%，與中國南瓜抗病蛋白基因SQRGA-13氨基酸同源性達到96.6%，該研究還表明黑籽南瓜HQRGA2片段的表達受尖孢鐮刀菌（Fusarium oxysporum）的脅迫誘導，可能為枯萎病抗性相關的基因片段。

6 研究展望

6.1 加強黑籽南瓜種質資源的收集、鑒定和利用

我國栽培的南瓜屬作物主要有中國南瓜（Cucurbita moschata）、美洲南瓜（C. pepo）、印度南瓜（C. maxima）和黑籽南瓜（C. ficifolia）4個種，而黑籽南瓜在南瓜屬4個栽培種中最接近野生種，綜合抗性也最強。黑籽南瓜長期處于野生、半野生栽培環(huán)境，且多在高海拔冷涼山區(qū)栽培，長期以來并無精細規(guī)范的管理方法，為抵御不良自然生境和適應不良栽培環(huán)境，形成并保留著大量的優(yōu)良抗逆性狀，特別是對非生物逆境的抗性或耐性以及對病蟲害的抗性等，而瓜類作物由于長期的人工馴化往往喪失抗性。黑籽南瓜所蘊含的優(yōu)良抗性是進行瓜類遺傳改良特別是抗病和抗逆性育種的重要遺傳資源，但國內(nèi)科研機構與育種單位對黑籽南瓜資源的收集和鑒定工作的重視度不夠，處于較分散的狀態(tài)，對一些優(yōu)異性狀，如抗蟲性、耐低氮低鉀等的鑒定評價未開展或不規(guī)范。20世紀70年代末中國農(nóng)業(yè)科學院組織的蔬菜品種資源考察組曾對黑籽南瓜資源進行系統(tǒng)的考察和收集（周立端 等，1994），但未保存入國家種質庫，收集資源份數(shù)不詳。此后，有科研機構對黑籽南瓜種質資源進行零星的收集和保存，進行了遺傳多樣性的研究（劉小俊 等，2005；楊正安 等，2011；龍榮華 等，2013；成曉靜 等，2015），但未開展系統(tǒng)的收集和保存工作，這與黑籽南瓜在瓜類生產(chǎn)中作為抗逆砧木產(chǎn)生較大經(jīng)濟效益和社會效益的地位不相符，黑籽南瓜的收集、研究刻不容緩。筆者認為，可以從以下幾個方面加強對黑籽南瓜資源的鑒定和利用。第一，廣泛收集不同自然地理生態(tài)條件下和不同栽培條件下的黑籽南瓜種質或地方品種，并對其進行系統(tǒng)的抗性或耐性鑒定和評價。此外，建立科學、規(guī)范的鑒定評價方法，形成針對某一性狀的標準化評價規(guī)程尤為重要，特別是針對目前瓜類生產(chǎn)上急需改良或瓜類抗源缺乏的性狀，如抗枯萎病、耐冷性和耐連作等，篩選出抗性或耐性更強的材料作砧木種質；對黑籽南瓜未報道的一些性狀（抗蟲性、抗霜霉病或病毒?。┮残枰M行評價研究，作為瓜類栽培利用和新品種培育的遺傳資源儲備。第二，對現(xiàn)有砧用黑籽南瓜種源地的品種進行提純復壯（如云南建水、石屏等地區(qū)），以應對規(guī)?；耘嗪蠓N性或抗性丟失，選育出適應種源地栽培的砧用品種，規(guī)范并商業(yè)化用種市場，逐漸改變農(nóng)戶自留種和散亂經(jīng)營的狀態(tài)。第三，促進黑籽南瓜有利抗逆性狀向栽培瓜類的轉移，除利用傳統(tǒng)的遠緣雜交手段外，通過現(xiàn)代生物技術如胚培養(yǎng)、染色體加倍、花粉培養(yǎng)等技術可以克服不親和性、不稔性和后代瘋狂分離等，加快黑籽南瓜的遠緣雜交育種進程。

6.2 加強嫁接基礎理論研究

黑籽南瓜嫁接黃瓜是嫁接技術基礎理論研究的理想模式和材料。許慶（2016）為了探明嫁接親和性的分子機制，選用親和性好的黑籽南瓜和親和性差的中國南瓜東洋神力為砧木，以津春4號為接穗，通過轉錄組學和蛋白組學分析，發(fā)現(xiàn)親和相關的特異基因差異表達分別參與了蛋白質代謝、運輸、轉錄調(diào)控、氧化還原、防御應答和信號傳導等過程。其中，親和嫁接組合通過增加碳水化合物代謝及細胞壁相關的差異表達基因的表達來增強細胞增殖能力；不親和組合通過增加氧化還原和脅迫應答相關的轉錄因子和激酶差異表達基因的表達，從而響應由嫁接不親和導致的脅迫。要闡明嫁接親和性的機理，還需從砧木和接穗之間的分子信號傳導和信號蛋白的作用模式、功能入手。

6.3 加快黑籽南瓜基因克隆和抗逆機制研究

目前，對于黑籽南瓜的研究大多集中在抗逆性狀的鑒定、逆境生理機制，以及作為砧木嫁接后瓜類生長發(fā)育、生理生化代謝等研究上，僅克隆到極少的與抗冷性和抗病性相關的基因或同源序列（楊明摯 等，1999，2000，2005；丁玉梅 等，2018），且未進行功能驗證。由于對黑籽南瓜遺傳背景的研究報道較少，盡管其抗性基因資源豐富，利用傳統(tǒng)技術很難開展基因克隆研究。中國南瓜和印度南瓜（Sun et al.，2017）、黃瓜（Huang et al.，2009）、甜瓜（Garcia-Mas et al.，2012）和西瓜（Guo et al.，2013）基因組測序的完成，為黑籽南瓜的研究提供了便利，可以利用瓜類基因組數(shù)據(jù)庫中所提供的NBS類基因的CDS序列及氨基酸進行比較和分類，從而設計出高度同源甚至特異的基因引物，便利地從黑籽南瓜中擴增不同類型的RGAs，為全長基因家族的獲得奠定基礎。另外，可以利用轉錄組學和蛋白組學技術研究抗感材料與病原菌互作后的基因表達譜和蛋白質譜表達差異，比較發(fā)現(xiàn)與病原識別相關的防御基因和防御機制。利用蛋白質組學技術快速挖掘出黑籽南瓜不同的抗性應答蛋白，通過克隆相關基因的方法獲得新基因，然后借助成熟的瓜類遺傳轉化體系驗證功能，對于解析黑籽南瓜抗逆性的分子機制和創(chuàng)制抗逆新種質都具有重要意義。

黑籽南瓜受到逆境脅迫后，要闡明黑籽南瓜抗逆機制還應從細胞生物學機制、激素代謝途徑、信號傳導和調(diào)控網(wǎng)絡及生理生化途徑等多角度、多方位入手，需要細胞生物學、植物生理學和病理學、分子生物學等多學科技術的綜合應用。隨著分子生物學技術的發(fā)展，分離克隆黑籽南瓜優(yōu)異抗逆基因用于瓜類種質創(chuàng)新和抗逆機制研究將越來越受到重視，這對于瓜類栽培和育種的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)實踐具有重要的實際意義。