第一章 种质资源

种质资源是育种工作的物质基础，也有人把它比作育种的“原材料库”。无论是改良一个老品种，还是培育一个全新品种，育种者所能做的，说到底都是在现有遗传变异的基础上进行选择、组合和重组——手里没有好的种质，再巧妙的方法也无从发挥。哈密瓜育种尤其如此。长期以来，栽培品种遗传基础狭窄的问题一直困扰着这一领域：主栽品种大多出自少数几个骨干亲本，彼此之间的亲缘关系很近，抗病性和抗逆性的改良因此长期停滞。要打破这个瓶颈，就必须回到种质资源本身——把家底摸清楚，把好东西找出来、存下来、用起来。

种质资源工作在学科体系中常被称为“育种的基础工程”，它的产出不直接表现为新品种，却决定着育种上限的高低。回顾世界甜瓜育种的每一次重要突破，背后几乎都有一次关键种质的发现或引入：没有引进抗源，就没有成规模的抗病品种；没有对地方品种的系统收集，品质改良就成了无源之水。这也解释了为什么世界各国都把种质资源的收集、保存和鉴定列为长期性、公益性的国家任务，而不是某个育种单位的私事。对哈密瓜而言，新疆是这一作物公认的初级多样性中心之一，地方品种资源得天独厚，但与此同时，绿洲农业区种植结构的快速变化正使不少传统品种面临失传的风险——家底厚与流失快并存，是这个领域最现实的一对矛盾。

本章围绕种质资源工作的三个基本环节展开：一是收集与保存，解决“资源从哪里来、如何留住”的问题；二是鉴定与评价，解决“资源里有什么、怎么看清”的问题；三是对重要种质资源的介绍，让读者对这些材料的特点和利用价值有一个具体的认识。学习本章时，建议始终把握一条主线：种质资源工作的终点不是库存，而是利用——一切收集、保存和鉴定，最终都要落到“为育种所用”上来。

1.1种质资源的收集与保存

1.1.1种质资源：育种工作的物质基础

凡是从事过育种实践的人都会有一个切身体会：育种的成败，七分靠材料，三分靠方法。这里的“材料”，指的就是种质资源——携带各种遗传信息的植物材料，包括地方品种、育成品种、引进材料、近缘野生种，乃至特殊的遗传材料。一个育种单位的实力，表面上看是品种的多少，往深处看其实是种质储备的厚度。手上没有扛病的材料，再高明的育种家也配不出抗病品种；没有高糖的供体，品质改良便无从谈起。

哈密瓜育种的种质家底有厚的一面，也有薄的一面。厚，在于新疆是厚皮甜瓜的重要起源地和分化中心，数百年绿洲栽培积累了类型丰富的地方品种；薄，在于现代哈密瓜育种长期依赖少数几个骨干亲本，主栽品种之间的亲缘关系日益趋同，遗传背景越来越窄。遗传基础狭窄带来的后果是全方位的：抗病基因池小，一旦新的病原小种出现，主栽品种往往大面积感病；品质改良的空间受限，优良性状的组合反复在同一批亲本之间进行，难有新的突破；对逆境的适应性改良更是步履维艰。学界把这种现象称为育种的“遗传侵蚀”，它提醒我们：种质资源的收集与保存，不是可做可不做的后勤工作，而是关系育种事业可持续发展的战略任务。

还需要澄清一个概念：种质资源不等于品种。品种是经过选育、性状整齐稳定、有明确使用价值的材料，而种质资源的范围要宽得多——一块农家田里参差不齐的留种群体、一份从国外交换来的抗源材料、一株田间偶然发现的变异单株，都可以是种质资源。育种家关心的不是它“像不像一个品种”，而是它身上有没有自己需要的基因。正因为如此，种质资源的收集要有“野地里识珠”的眼光，也要有“垃圾堆里淘金”的耐心。

1.1.2收集的范围与途径

收集种质资源并不是撒网捕鱼式的“多多益善”，而是要带着明确的育种目标去考察：缺什么，就重点找什么。就哈密瓜而言，当前育种中最紧缺的是抗病抗逆种质和多样化的品质种质，收集工作也因此有明确的侧重。从实践来看，收集范围大体可以归为四类：

收集范围：

• 新疆地方品种：红心脆、黑眉毛密极甘、黄旦子、炮台红、铁皮瓜等

• 中亚品种：乌兹别克斯坦、土库曼斯坦的厚皮甜瓜

• 近缘野生种：C. melo ssp. agrestis、C. callosus等

• 育成品种与骨干亲本

这四类材料各有各的价值。地方品种是哈密瓜数百年栽培历史的活见证，它们大多不是任何人“育”出来的，而是农家代代留种、不断选择的结果，对产地独特的气候土壤条件有着极深的适应性，风味类型也格外丰富。不过也要看到，地方品种往往产量偏低、商品性状参差不齐，直接拿来推向市场并不现实，它们的身价主要体现在优异基因的供体上。中亚品种同样值得重视——那里是厚皮甜瓜的次生多样性中心之一，乌兹别克斯坦、土库曼斯坦一带的厚皮甜瓜长期生长在干旱、高盐的严酷环境中，蕴藏着丰富的抗旱耐盐变异，恰恰是新疆产区未来应对逆境胁迫时所需要的。近缘野生种的抗性谱最广，常带有栽培种早已丢失的抗病虫基因，只是野生性状的连锁负担重，利用起来需要通过杂交和回交一步步“驯化”，周期长、难度大。至于育成品种和骨干亲本，它们的遗传背景清楚、配合力经过多年检验，是眼下杂交组配最顺手的一批材料，收集保存它们，主要是防止优良选系随课题结束而流失——这类损失在现实中并不少见。

收集的途径大体有四条。一是考察征集，即组织专业人员深入产区、集市和农家，对传统品种进行实地调查和采集，这是摸清地方家底最直接的方式，尤其适合赶在品种失传之前抢救性收集；二是引种交换，通过国内外种质机构之间的协议互换材料，成本低、见效快，是获取抗源和特色资源的主渠道；三是资源机构入库收集，从国家和地方种质库、植物园的已有馆藏中调取，这要求育种者善于利用资源目录和数据库，先检索后行动；四是育种过程中的衍生材料积累，包括杂交分离世代、诱变后代、近等基因系等特殊遗传材料，这类材料虽非“收集”而来，同样需要纳入保存体系。无论哪条途径，收集时都必须同步做好记录——采集地点、生态环境、当地名称、栽培方式、主要用途，这些信息看似琐碎，却是日后鉴定评价和利用时不可或缺的背景资料。一份没有来源信息的种质，其利用价值会大打折扣。

收集的具体操作也有讲究。每份材料采集时要注意取样代表性：对地方品种群体，不能只从一块田的几株上采种，而应在尽可能多的地块、尽可能多的单株上分头取样，这样才能把群体内的遗传变异收进来；样本过小，采回的可能只是群体的一角，甚至只是某个农户偏好性状的“切面”。对野生近缘种还要记录生境，因为它往往与具体的土壤、伴生植物条件关联，离开生境记录，日后的评价就少了一把钥匙。收集现场还应同步留存照片和实物凭证——植株全貌、果实外观、剖面照片，这些都是日后编目和核对时的重要依据。种子的初步处理同样要在现场或就近完成：及时晾晒、防止霉变和混杂、贴好双标签（袋内一份、袋外一份），一路护送到库。这些看似细枝末节的操作规范，是几代资源工作者用教训换来的。

1.1.3甜瓜属的分类系统与哈密瓜的植物学归属

收集种质资源，先要弄清“收的是什么”。甜瓜（Cucumis melo L.）在分类上属于葫芦科甜瓜属，这个属的系统学问题曾长期存在争议。早期的分类依据主要是果实的形态特征，不同学者提出的变种划分方案彼此出入很大，同名异物、异名同物的情况相当普遍，给种质交流和研究带来了不少混乱。二十世纪九十年代以后，随着系统学研究和分子证据的积累，甜瓜属的框架逐渐清晰：学界普遍接受甜瓜属内的主要栽培种就是甜瓜一个种，黄瓜则被划归黄瓜属，早先把黄瓜归入甜瓜属的做法已被摒弃。关于种内的细分，目前影响最大的是法国学者Pitrat等提出的分类框架：将甜瓜种下分为两个亚种——西方式的厚皮甜瓜归入甜瓜亚种（ssp. melo），东亚式的薄皮甜瓜及其近缘类型归入阿格瑞斯亚种（ssp. agrestis），亚种之下再按果实性状划分为若干变种群，合计十余个类群。这一框架兼顾了形态学与遗传学的证据，已成为国际甜瓜种质研究通行的参照系。

按照这一框架，哈密瓜归属于甜瓜亚种的网纹甜瓜变种群（var. reticulatus类群），即通常所说的厚皮甜瓜中的网纹类型：果实大型或中大型，果皮布满粗细不等的网纹，果肉厚、含糖量高，多在干旱少雨的西北产区栽培。而在中国的园艺学传统中，甜瓜习惯上被简单地归为厚皮甜瓜和薄皮甜瓜两大类，哈密瓜与白兰瓜、河套蜜瓜等同属厚皮甜瓜之列。两套系统并行不悖：前者用于学术交流和国际种质标识，后者用于国内生产和育种实践，读者在阅读文献时应注意分辨。了解分类的另一个实际意义在于杂交的可行性判断——同种之内各变种群之间一般杂交可育，这为哈密瓜育种向其他类型甜瓜“借基因”打开了大门；但也要注意，不同类群间杂交后代的性状分离极为复杂，酸甜苦等风味性状、网纹有无等皮部性状都可能出现超亲或返祖现象，这正是第二章讨论性状遗传基础时要重点展开的内容。

1.1.4哈密瓜地方品种的形成机制

哈密瓜地方品种从何而来？回答这个问题，有助于我们理解地方品种资源的价值，也有助于判断哪些材料最值得抢救。地方品种不是育种家的作品，而是农民在漫长岁月中“无意育种”的产物，它的形成依赖几个缺一不可的条件。

首先是农家留种制度。传统绿洲农业中，农户年年自选自留种子，来年用自家的种子播种。留种时，农户总是挑选最好的瓜——最甜的、肉最厚的、网纹最好的、最耐放的——取其种子留用。这是一种朴素而持续的单向选择：每一代的选择强度未必很大，但方向高度一致，而且年复一年从不间断。数百年的累积效应，足以把一个群体的某些性状推向相当高的水平。哈密瓜地方品种以高糖著称，正是这种代际接力式选择的成果。同时，留种制度还有一个容易被忽视的侧面：由于各农户的偏好不同、各绿洲的条件不同，选择方向天然存在差异，于是同一个“祖先”在不同村落分化出不同的地方类型，多样性由此得以维持。

其次是绿洲农业的地理隔离。新疆的农业绿洲被戈壁、荒漠分割成一块块孤岛，绿洲与绿洲之间相距数十乃至上百公里，天然阻断了品种间的大规模基因交流。甜瓜虽是异花授粉作物，但在传统农业条件下，各绿洲的品种实际上处于半隔离状态：串粉有限，串种更有限。这种“地理孤岛”效应与农家留种的选择作用叠加，使得每个绿洲都逐渐形成了自己的特色品种——哈密、鄯善、吐鲁番、石河子一带的品种各有风貌，很大程度上正是这种隔离分化的结果。可以说，绿洲的地理格局塑造了哈密瓜品种多样性的空间版图。

再次是自然选择的定向压力。极端干旱、昼夜温差大、日照强烈、土壤局部盐渍化——这些严酷的环境因子本身就是一位“严厉的育种家”：不耐旱的、不耐盐的、抗病性差的材料在代代繁殖中被自然淘汰，存活下来的群体自然带有对当地条件的深刻适应。人工选择与自然选择的合力，使地方品种兼具“合用”（符合农户偏好）与“耐活”（适应产地环境）两重品格。理解了这一点，也就明白了为什么育种界常把地方品种称作“适应性与品质的基因宝库”，以及为什么一旦原产地环境被破坏或种植结构变更，这些品种就会面临生存危机——离开了原来的选择压力和留种链条，它们可能几代之内就面目全非。这也从侧面说明：地方品种的保存，最好的办法是原地保存与异地保存并举，既留住活的群体，也留住种子的备份。

还有一点值得专门讨论：地方品种的“杂”与“纯”。严格说来，一个农家品种并不是一个整齐划一的品系，而是一个性状多样但界限模糊的群体——同一个村子种的“红心脆”，甲家的果形偏圆、乙家的偏长，糖度也有高有低，这既源于留种群体的开放性，也源于每家每户选择眼光的差异。过去育种者常把这种“不整齐”视为缺点，恨不得一选出纯系就把老群体淘汰掉；但今天的观念已经变了：群体内的遗传变异本身就是价值，一旦用纯系替代，这些变异便永久消失。因此，对地方品种的保存特别强调“群体保存”——尽量按群体整份保存，繁殖更新时保持有效群体大小，避免小群体繁殖造成的遗传漂变。这一原则对哈密瓜农家品种的收集保存尤其重要，因为许多品种如今只剩零星地块在维持，有效群体已很小，近交衰退和漂移流失的风险都在累积。

1.1.5保存方式及其比较

收集只是第一步，把资源完好地传给后代才是长期任务。目前国内外通行的保存方式主要有四种，各有所长：

保存方式：

1. 原地保存：新疆哈密、吐鲁番等地的农家品种保护圃
2. 异地保存：国家西甜瓜种质资源中期库（北京）、新疆农科院种质库
3. 离体保存：茎尖培养、超低温保存
4. 分子保存：DNA文库、核心种质构建

原地保存让品种继续留在原产地的农田里，由农户按传统方式种植留种。这种方式成本最低，而且品种在与环境的持续互动中仍在缓慢演化，可谓“活的保存”；但它有一个致命的软肋——保存的成败系于农家的一家一户，种植结构调整、劳力外流、市场偏好改变，都可能让一个流传几百年的品种悄无声息地消失，这样的教训近年来屡见不鲜。异地保存则把种子集中到专业种质库，在低温干燥条件下中长期贮存，安全性高、管理规范，是目前种质保存的主体方式；国家西甜瓜种质资源中期库和新疆农科院种质库收藏的哈密瓜及甜瓜资源，已经为全国的甜瓜育种提供了有力支撑。离体保存针对的是那些不便以种子形式保存的材料，比如脱毒苗和无性繁殖系，茎尖培养结合超低温保存理论上可以做到无限期贮存，但技术门槛和成本都较高，目前多用于少数珍贵材料。分子保存是近年来兴起的新思路——把种质的遗传信息以DNA文库的形式保存下来，占地极小、信息完备，但它保存的只是“图纸”而不是活的植株，无法替代活体保存，更多是作为一种补充手段。

为了便于比较，现将四种保存方式的特点归纳如表1-2。

因此，现实的做法是几种方式互为补充：种质库兜底，保护圃传承，珍稀材料离体保存，重要资源辅以分子水平的备份。多一道保险，就少一分“断了种”的风险。

1.1.6种子贮存的技术要领

异地保存的核心载体是种子，而种子的寿命有一套可以把握的规律。种子在贮存期间仍在进行微弱的呼吸，呼吸消耗储备养分并产生有害代谢物，寿命因此取决于两个核心变量：种子含水量和贮存温度。种子生理学中有一个广为流传的经验法则（常被概括为Harrington规则）：在一定范围内，种子含水量每降低一个百分点，或贮存温度每降低五摄氏度，种子的寿命大约延长一倍。这个法则虽然只是数量级的近似，却清楚地指明了方向——想存得久，就要把种子存得“干”且“冷”。

具体到操作层面，种质库对入库种子一般有一套标准化的流程：收获的种子先经充分干燥，把含水量降到安全水平（油质种子通常控制在百分之五上下），再密封包装，按库温分级贮存。通常的做法是分设中期库与长期库两级：中期库维持零上几度的低温条件，便于随时取用分发；长期库则在零下十八度左右的超低温条件下作保险性保存，只在必要时取用。甜瓜种子属于寿命相对较长的类型，在规范的干燥低温条件下贮存数十年仍可保持较高的发芽力，这也是种质库得以成为种质保存主体方式的生理基础。需要提醒的是，含水量并非越低越好：过度干燥可能引起脂质氧化加剧、种子膜系统损伤，尤其对高油分种子不利，干燥到安全水平即可，不必盲目追求极限含水量。

种质库保存还有一项不能省的工作——繁殖更新。种子即使存得再好，发芽力也会随时间缓慢下降，当发芽率降到阈值以下，就必须取出种子扩繁一代，同时观察更新过程中是否出现混杂或遗传漂移。对甜瓜这样的异花授粉作物，繁殖更新时要严防品种间串粉，通常采用空间隔离、时间隔离或网室自交授粉等措施，否则几代更新下来，材料的纯度和遗传构成都会悄悄走样。此外，每次更新都要同步进行性状核对和描述，确保“存的是原来的那份资源”。这些细节工作枯燥，却决定了种质库数据的可信度。

1.1.7外来种质的检疫与驯化

引种是丰富种质库的捷径，但外来种质入境必须过检疫关。甜瓜种传病害和伴生害虫的种类不少，进口种子可能携带国内没有的病原物，一旦随引种扩散，后果远比“引种失败”严重得多。规范的做法是：引种前办理检疫审批，材料入境后在隔离检疫圃试种观察，确认无危险性病虫害后方可进入正常的鉴定评价流程；对来源不明或检疫风险高的少量珍贵种子，可采取种子消毒处理、隔离单株留种等措施，先繁殖出“干净”的后代再分发利用。各育种单位切勿图省事私自引进种子——这不仅违反检疫法规，也会给自己和产区带来实实在在的隐患。

过了检疫关，外来种质还面临一个适应性问题。任何材料都是在原产地的光温条件下选育或演化而来的，换一个环境，表现可能大打折扣：有的感光感温性强，在新疆的长日照条件下贪青晚熟；有的对当地病害毫无抗性准备，一落地就病倒；还有的结实习性不适应当地栽培方式。因此，外来种质进入收集体系后，一般要经过两三年的多点试种观察，考察其在当地的适应性和稳定性，这一过程常被称为驯化或风土驯化。试种中表现尚可但有明显缺陷的材料，也不必急于淘汰——许多外来种质的价值不在于直接利用，而在于作为杂交亲本提供特定的抗性或品质基因，其不良性状可通过后续的回交改良甩掉，这一点在本章2.3节结合具体抗源还会详细讨论。

1.2种质资源的鉴定与评价

1.2.1鉴定评价的基本原则与试验设计

收集回来的资源如果只是编号入库、束之高阁，那不过是一堆存放整齐的种子。资源要能被利用，前提是先被认识——每一份材料抗什么、耐什么、品质如何、遗传背景是否独特，都需要通过系统的鉴定评价来回答。这项工作琐碎而漫长，常常一做就是多年，却是种质资源研究中无法省略的基本功。

鉴定评价的第一条原则是条件统一。资源的评价价值在于横向可比：几百份材料放在一起，谁的糖高、谁抗病，结论要靠同一把尺子量出来。因此田间鉴定必须在统一的栽培条件下进行——同批播种、同规格定植、同一水肥管理、同一防治策略，否则不同年份、不同地块的数据没有可比性。第二条原则是设置对照。每批鉴定都要安排已知性状的对照品种，糖度鉴定如此，抗病接种更是如此，没有对照的数据在年份间无法校正，等于无效数据。第三条原则是重复与多年验证。单年单点的表现带有很大的偶然性，一份材料的抗性评价至少要经过两年以上的重复验证才能定论，重要材料还应安排多点鉴定。

在试验设计上，种质资源田间鉴定通常采用随机区组设计，设两三次重复，小区面积视种子量和土地情况而定，种子量少的初鉴材料可先做单行区观察，有苗头的再进入正式小区试验。调查时期的规定同样关键：果实品质性状必须在商品成熟期及时测定，早一天晚一天，可溶性固形物和果肉质地都会有可观的差异；植株性状则在特定的生育期分次调查。所有调查项目都要事先确定统一的标准和记载方法，甜瓜有国际通用的描述记载标准可资参照，国内资源编目也有一套规范化的调查项目，鉴定工作应严格按标准执行，使数据可以直接汇入国家种质资源数据库。

1.2.2形态学鉴定与描述标准

鉴定评价大体沿表型和基因型两条线索展开。表型鉴定是传统的、也是不可替代的手段：

形态学鉴定：

• 植株性状：蔓长、叶形、雌花节位

• 果实性状：果形指数、单果重、网纹类型

• 品质性状：可溶性固形物、果肉厚度、色泽

植株性状和果实性状的调查讲究在统一的栽培条件下进行，否则不同年份、不同地块的数据没有可比性。果实性状尤其要等到商品成熟期及时测定，早一天晚一天，可溶性固形物和果肉质地都会有可观的差异。形态学鉴定的优点是直观、成本低，描述性性状（如果形、网纹、皮色）常常可以直接作为品种鉴定的依据；它的局限在于易受环境影响，且对许多育种家真正关心的抗病、耐逆性状分辨力不够。

从数据性质上，形态学性状可分作两类，处理方法也有所不同。一类是描述性性状，如果形、皮色、网纹、肉色，用统一的分级代码记载（如肉色分乳白、浅绿、橘红等若干级），这类性状受环境影响小、遗传稳定，是资源编目的主干项目，也是DNA指纹之外最常用的品种鉴别依据。另一类是度量性状，如蔓长、单果重、可溶性固形物含量，需要实际测量取值，统计上可以计算均值、变异系数，用于比较群体内变异幅度和材料间差异。变异系数在这里是个很有用的指标：一份材料的度量性状变异系数大，说明群体内部异质程度高，这既是“不整齐”的提示，也可能正是遗传多样性丰富的信号。两类性状结合，形态学鉴定就能既描绘出材料的“标准像”，又刻画出群体的内部结构。

为了规范形态学鉴定，国际植物遗传资源机构为甜瓜制定了专门的描述记载标准，对上百个形态和农艺性状的分级描述方法作了统一规定，从植株生长型、叶片缺刻，到果实形状、网纹密度、果肉颜色，都有明确的分级标准和示例。采用统一标准的好处是显而易见的：各家机构的数据可以互相比较、互相汇交，种质资源的“身份信息”在更大范围内通用。国内种质资源的编目鉴定同样采用规范化的记载标准，几十年来积累的编目数据构成了我国甜瓜资源利用的基础档案。育种者在使用种质时，应当养成查阅编目资料、再结合田间实际观察的习惯——档案数据是起点，不是终点。

1.2.3分子标记评价

形态学鉴定有它的天花板，这正是分子标记评价大显身手的地方。近年来，分子层面的评价已经从辅助手段逐步成长为与表型鉴定并驾齐驱的常规工具：

分子标记评价：

• SSR标记：用于遗传多样性分析

• SNP芯片：高通量基因分型

• 全基因组重测序：揭示群体结构和选择信号

三类手段各有分工。SSR标记多态性高、呈共显性遗传、开发和使用成本低，多年来一直是遗传多样性分析和指纹鉴定的主力，用几十对引物就能把几百份材料的亲缘关系大致摸清。SNP芯片把分型规模提升到了数万乃至数十万位点的水平，通量高、数据格式统一，适合做大规模的基因分型和种质资源的批量“数字建档”。全基因组重测序则最为彻底，不仅密度最高，还能发现芯片覆盖不到的变异；对自然群体做重测序，通过群体结构分析和选择信号检测，可以回答“哪些基因组区域在驯化和改良过程中被强烈选择”这类更深层的问题，为后续的基因挖掘指明方向。随着测序成本的持续下降，重测序正从“奢侈手段”变成大资源的常规操作。

分子评价的产出不止于“摸清家底”。其一，DNA指纹为每份种质建立了独一无二的“身份证”，在种质鉴伪、品种权保护、防止混淆误发中作用直接。其二，遗传多样性分析能够揭示资源库内部的亲缘结构，识别出遗传背景独特的“孤本”材料——这类材料往往携带罕见等位基因，是拓宽遗传基础最稀缺的素材。其三，分子数据与表型数据联合分析，可以定位控制重要性状的基因位点，把“这份材料抗病”升级为“这份材料在第几号染色体某个区段携带抗病等位基因”，使种质利用从经验走向精准。这些内容与第四章分子育种技术的衔接十分紧密，此处先立概念，方法细节留待后续章节展开。

1.2.4抗病性与抗逆性鉴定

对哈密瓜育种而言，抗病性鉴定在所有鉴定项目中占有特殊分量，因为抗病正是当前最紧缺的性状。抗病鉴定的基本方法是人工接种：在可控条件下（通常是苗期）用已知病原物接种，观察植株的发病反应，再按统一的分级标准评定抗性等级。苗期接种法的优点是周期短、占用空间小、条件可控，一批材料几周之内就能出结果，特别适合大资源量的初筛；成株期的田间自然发病鉴定则作为补充和验证，因为有些抗性在成株期才充分表达，而且田间环境下多种病原混合侵染，更接近生产实际。规范的做法是“苗期接种初筛、田间鉴定复核”，两道关口都过硬，抗性结论才算可靠。

抗逆性鉴定的思路与之类似：通过模拟干旱、盐渍、高温、低温等逆境条件，观察材料的萌发率、生长量、存活率等指标，评定其耐性水平。需要强调的是，逆境的强度控制是这类鉴定的技术关键——胁迫太轻分不出差异，太重则全军覆没同样分不出差异，必须摸索出能够拉开档次又不过度伤害的胁迫梯度。此外，抗性鉴定结果要注明鉴定方法和条件，因为同一材料在苗期接种与田间自然感染下的表现可能不一致，在轻度逆境与重度逆境下的排序也可能翻转。笼统地说某材料“抗白粉病”或“耐盐”，在种质交流中是不够的，附上鉴定条件的评价数据才有真正的参考价值。

在抗病种质评价中，还有两个概念需要辨析。一个是抗性的“专化性”：有的抗病基因只对病原菌的特定小种有效，小种一变，抗性便告失效，这类“垂直抗性”来得猛也退得快；有的抗性则对多个小种都有一定效果，虽然强度不如主效基因那样彻底，但更加持久，即所谓“水平抗性”或“持久抗性”。育种上理想的策略是把两类抗性搭配使用，既要有立竿见影的主效抗性，也要用微效多基因的背景抗性来延长品种的使用寿命。另一个是“复合抗性”：一份材料同时抗两种以上病害，其价值远大于两份各抗一种病害的简单相加，因为复合抗源可以成倍压缩多抗育种的转育周期。本章2.3节介绍的MR-1之所以备受推崇，正是复合抗性的典型例证。筛选复合抗源也因此成了抗病鉴定中优先级最高的工作之一。

在抗逆性评价的诸多项目中，耐盐性对哈密瓜产区有特殊意义。新疆绿洲农田的土壤盐渍化程度不一，随着灌溉农业的长期运行，次生盐渍化呈加重趋势，耐盐种质的价值随之上升。耐盐鉴定一般通过不同盐浓度梯度下的发芽试验和幼苗生长试验进行，考察发芽率、幼苗干重、离子选择性等指标；中亚引进材料在这一项目上往往表现突出，这也印证了前文关于收集范围的判断——逆境类型相似的地区，常是抗逆种质最值得发掘的地方。同样的思路也适用于抗旱性评价：把资源置于模拟干旱梯度下比较其维持生长和产量的能力，再结合田间旱区试种验证，就能圈出抗旱育种的骨干材料。抗逆种质评价的共性要点是“梯度可控、指标可比、多年验证”，与抗病鉴定一脉相承。

1.2.5DUS测试与VCU评估

在种质评价与品种管理之间，有两个国际通行的评价概念值得育种者了解。一个是DUS测试，即对新品种进行特异性（Distinctness）、一致性（Uniformity）和稳定性（Stability）的测试：特异性指申请品种与已知品种有明显区别，一致性指群体内个体间性状整齐，稳定性指多代繁殖后性状保持不变。DUS测试是植物新品种权授权的技术依据，测试中使用的性状项目大多源自种质资源的形态学描述标准——从这个意义上说，种质鉴定与品种测试是一套体系的两端。另一个概念是VCU评估，即品种的区域使用价值（Value for Cultivation and Use）评估，考察品种在农业生产中的实际表现，如产量、品质、抗性和适应范围。DUS回答的是“它是不是一个独立的、合格的品种”，VCU回答的是“它种下去值不值”，两者共同构成品种准入评价的骨架。

对种质资源工作者来说，理解DUS和VCU还有一层现实意义：资源评价的数据体系与品种测试的数据体系高度相通，一套规范记载的资源鉴定数据，日后既可以支撑新品种DUS测试中的“已知品种”比对，也可以为品种间亲缘关系鉴定提供依据。育种者从拿到一份种质的第一天起就按规范记录，将来无论是申请新品种权还是发表研究论文，都会受益。

1.2.6核心种质的构建与取样算法

表型和基因型两套数据汇总之后，就可以着手构建核心种质了。

核心种质构建：

基于表型与基因型数据，采用M策略（M-strategy）或随机取样策略，构建占全部资源10%-15%的核心种质，代表95%以上的遗传多样性。

它的思路说来简单：资源总量往往成百上千份，逐份做深入评价力不从心，那就先从中选出一小部分“浓缩样本”，让它们以最少的份数涵盖整个资源库的遗传多样性。核心种质由Brown等在二十世纪八十年代提出，如今已成为国际种质资源管理的通行做法。核心种质的意义在于“提纲挈领”——育种家可以先在这个几百份规模的核心集里做深入评价和初步组配，找到有苗头的材料后，再回资源库调用其近缘材料，大大提高了资源利用的效率。当然，核心种质之外的材料并非不重要，只是评价的优先级有所不同而已。

核心种质的关键技术是取样策略，不同的算法各有其适用场景，值得比较着来认识。随机取样最简单，把全部资源按比例随机抽取即可，但它对稀有类型和遗传背景独特的材料照顾不足，容易漏掉“孤本”。分层取样按类型或来源把资源分成若干组，组内再按比例取样，照顾到了类型覆盖，但组内的遗传结构信息没有用上。聚类取样则先用形态或分子数据把全部资源聚类，再从每个类群中选取代表材料，能较好地覆盖遗传空间，是实践中应用最广的思路之一。M策略是理论上最为讲究的一种：它的目标不是“选 representative（代表）”，而是让选出的材料集合尽可能保住整个资源库的全部等位基因，通过迭代优化使每个等位基因被保留的概率最大化，在等位基因丰富度上通常优于其他策略。实践中往往是多种方法的组合：先用分子数据聚类分层，组内再以M策略或遗传距离加权的办法选点。无论采用哪种算法，构建完成后都要做“代表性检验”——比较核心集与全部资源在性状均值、方差和等位基因覆盖上的差异，确认浓缩的代价可以接受。

核心种质建成后还有“养护”的问题。资源库是动态的：新的收集品逐年入库，已有的材料在繁殖更新中可能发生变异，鉴定数据也在不断刷新。因此核心种质不是一次成型、一劳永逸的，而应定期依据新的遗传数据和新的鉴定结果重新校验：新入库的珍稀材料要及时补进核心集，重复度高的冗余材料要逐步移出；核心集内发现的明显重复（遗传背景几乎一致的材料）可以精简，以腾出名额收录更有独特性的材料。此外，核心种质之外还应保留一套“保留集”，收录那些没有进入核心集但具有特殊研究价值或利用潜力的材料，形成“核心集—保留集—全部资源”的三级结构。这样既保证了核心集的高效，又不让任何一份有价值的资源掉出视野。

1.2.7表型组学与基因型鉴定的衔接

传统的表型鉴定靠人工逐项调查，一份材料几十个性状记下来要花去大量人力，这在资源量动辄数千份的今天成了明显的瓶颈。表型组学的兴起正是为了突破这一瓶颈：无人机搭载多光谱相机在田间巡飞，可以在短时间内获取成百份材料的冠层温度、长势和物候信息；便携式光谱仪几秒钟测出果实的糖度和内部质地参数；温室里的高通量成像平台对苗期材料逐株连续拍摄，把抗旱性评价从“看一次”变成“看全程”。这些手段的共同特点是把表型调查从“人工经验判断”转变为“仪器数据获取”，既成倍提高了通量，也减少了人为主观误差。

表型组学真正的威力在于与基因型鉴定的衔接。高通量表型数据与高密度基因型数据配对之后，全基因组关联分析（GWAS）就能在种质群体中系统扫描性状与位点的对应关系，把种质库变成一座天然的“基因定位试验场”——数千份材料在多年的演化中积累的重组事件，恰好为精细定位提供了历史性的样本。这种“表型—基因型”双向打通的资源评价模式，正在改变种质资源的利用方式：过去是“ phenotype first（先看长什么样）”，现在是“基因型建档、精准调用”——育种者可以直接按目标基因型检索资源库，调取携带目标等位基因的材料用于杂交组配。可以预见，随着哈密瓜基因组学工具的完善，这种精准化的资源利用模式将成为常态，本书第四章将结合分子育种技术作进一步讨论。

数据标准化是衔接的另一个关键环节。表型组学产出的原始数据是图像和光谱曲线，基因型鉴定产出的是海量位点信息，两者与传统的田间记载表格在格式、量纲、质控标准上千差万别，若各行其是，数据再丰富也无法整合利用。近年来种质资源领域的通行做法是建立统一的数据库平台：表型数据按标准词典定义字段、附带环境元数据；基因型数据按标准格式存储并注明参考基因组版本；两类数据通过统一的种质编号挂钩。这样，任何人查询一份种质，都能同时调出它历年的田间表现和分子背景，评价结论随数据累积不断更新。对育种者而言，这意味着未来调用种质的入口将从纸质目录和表格，转变为可按性状、按基因型、按系谱多维度检索的在线数据库——种质资源管理的数字化，本身就是一场静悄悄的技术革命。对本章开篇提出的“把家底摸清楚”而言，摸清家底的标准，如今已经从“存了多少份”，升级为“有多少份数据完整、可直接支撑育种决策”。

1.3重要种质资源

1.3.1代表性种质概览

经过收集和鉴定，哈密瓜种质资源中哪些材料最值得育种家关注？表1-1列出了若干份代表性资源，它们大体代表了地方品种和引进抗源两个来源方向。

这份名单不长，却勾勒出了哈密瓜种质资源的两副面孔：四份地方品种撑起了品质与适应性的基本盘，三份引进抗源补上了抗病的短板。下面分两路展开，先说地方品种，再说引进抗源，最后归结到利用策略上。

1.3.2地方品种资源

红心脆堪称哈密瓜品质育种的“教科书式”亲本。它原产鄯善一带，果实发育充分后果肉呈鲜亮的橙红色，肉质脆嫩，折光糖含量在同熟期类型中长期名列前茅，橙红果肉、脆嫩质地、高糖含量，这些性状组合正是市场对哈密瓜的经典期待。从育种利用的角度看，红心脆的价值有三层：一是肉色，橙红肉色在杂交后代中的遗传传递力较强，是肉色改良的首选供体；二是质地，脆肉与沙瓤、软肉是不同的质地方向，脆质口感在鲜食市场上认可度高；三是糖度基础，把它的高糖等位基因导入其他背景，是品质育种的常规操作。至今，国内多数优质哈密瓜品种的系谱里都能找到红心脆的血统。它的短板也典型：抗病性一般，栽培上对水肥管理要求较高，这也提醒育种者使用它时要同时准备好“补短板”的配对亲本。

黑眉毛密极甘代表了晚熟耐贮类型，是当地俗称“冬瓜”类群的代表。它原产哈密，果皮网纹粗密，果皮较韧，极耐贮藏运输，在缺乏冷链的年代，正是这类冬瓜品种让哈密瓜得以远运内地——历史上“哈密瓜进贡”的主角，耐贮的冬瓜类当仁不让。从生理上说，晚熟类型的贮藏性来自多个性状的组合：较厚的果皮和角质层、致密的果肉细胞结构、较低的后熟呼吸强度。今天，随着远距离运销成为常态，货架期和贮运性重新成为哈密瓜育种的核心目标，黑眉毛密极甘这一类资源因此重新受到重视，其耐贮基因的挖掘和转育正在成为研究热点。此外，它的晚熟性本身也是资源：晚熟与早熟配组，是调节品种熟期结构、拉长上市期的基本手段。

黄旦子则是早熟线的代表。它原产吐鲁番，果实成熟早，生育期短，黄皮、清香，果肉虽薄但风味清爽宜人，在当地有“瓜蛋子”之称，是最早上市的甜瓜类型之一。早熟性的育种价值无需多言：甜瓜上市期每提前一周，价格往往高出一截，“抢早”是市场对早熟品种最直接的激励。黄旦子在早熟品种改良中是绕不开的亲本——它的早熟性与清香风味的组合，经过与优质中晚熟材料的杂交重组，衍生出了一批既有早熟性又不失品质的育成品种。使用黄旦子时需要注意的是它的果肉薄、糖度中等，配组时要有意识地用厚肉高糖的材料来平衡，否则后代“早而不优”。

炮台红由石河子垦区长期栽培选择而来，兼有地方品种与垦区选育的双重背景。它以丰产性和田间抗病性见长，果实大红肉类型，产量稳定，栽培适应性广，兼具地方品种的环境适应性和育成品种的整齐度。在育种实践中，炮台红这类“半育成”背景材料的独特价值在于：它们比纯地方品种的性状整齐、数据可靠，又比现代育成品种保留了较多的遗传多样性，用作杂交亲本时后代分离既有丰富的变异可供选择，又不至于“野”得难以驾驭。国内不少丰产型哈密瓜品种的亲本系谱中都有炮台红或同类材料的影子。这四份地方品种，分别代表了脆肉品质、耐贮晚熟、早熟清香、丰产抗病四个方向，组合起来恰好覆盖了哈密瓜育种的主要目标性状，这也是它们被列为“骨干种质”的原因。

表1-1所列之外，新疆地方品种中还有不少值得一提的家底。铁皮瓜即是一例：它以果皮坚韧、耐磕碰著称，在土路驮运的年代是走戈壁远销的“皮实”品种，其果皮结构所蕴含的耐运性变异，对今天关注货架期的育种仍有启发。此外，各绿洲还散落着果肉绿色的青肉类型、肉质绵软适合老人口味的类型、籽用为主的类型等形形色色的地方材料，它们共同构成了哈密瓜风味与用途的多样性图谱。这类材料多数尚未经过系统的编目鉴定，散布在农户手中，正是当前抢救性收集的重点对象。育种者不应只盯着名单上的“明星”材料——资源库里真正稀缺的，往往正是这些貌不惊人的“陪跑”材料身上携带的独特等位基因。

1.3.3引进抗源资源

PI 414723可能是甜瓜界最著名的抗源之一。这份材料由美国农业部门从印度收集编目，对白粉病和蚜虫均有突出抗性，而且抗性由主效基因控制、便于转育，世界各国的甜瓜抗虫育种几乎都用过它。它的抗蚜性尤为可贵——甜瓜蚜虫不仅直接为害，还是多种病毒的传播介体，抗蚜材料等于同时给了育种者一道防虫和一道防病的屏障。PI 414723的成功还有一个深层启示：抗源往往藏在作物的多样性中心而非主产区。印度正是甜瓜的初级起源中心之一，那里的古老地方品种与野生近缘群体在长期共存中积累了对抗病虫的丰富变异，这正是“到多样性中心去找抗源”这一引种策略的经典注脚。

PI 161375提供枯萎病抗性，是抗枯萎病育种中反复使用的供体。枯萎病是甜瓜的毁灭性土传病害，病原菌可在土壤中存活多年，一旦发病全田蔓延，药剂防治收效有限，抗病品种因此是防控的根本出路。PI 161375的引入，使甜瓜抗枯萎病育种有了可靠的基因来源，其抗性遗传规律也研究得较为透彻，便于在杂交组合设计中预判后代的抗性分离比例。MR-1则同时抗白粉病和霜霉病两大叶部病害，在美国甜瓜抗病育种中功勋卓著。一份材料兼抗两种病害，意味着它可以一次转育同时解决两个问题，显著缩短育种周期；MR-1及其衍生系也由此成为全球甜瓜多抗育种的常客，多个国家的主流品种都带有它的血统。

需要提醒的是，这些引进抗源的园艺性状普遍不佳——果小、味淡、晚熟，抗性基因还常与不良性状连锁，直接杂交后代表现往往令人失望。这是种质利用中的普遍规律：野生或半野生的抗源材料在自然选择中形成了抗性，但从未经历面向人类的品质选择，抗性与不良性状的连锁是多年进化的产物，不会因为一次杂交就解开。可行的做法是以地方品种或育成品种为轮回亲本，通过回交结合分子标记前景选择，把抗性基因“搬”过去的同时尽量甩掉累赘，一般经过4～6代回交即可获得抗性与品质兼顾的改良系。回交转育过程中，每一代都要在抗病接种鉴定和园艺性状调查之间做好平衡——只盯抗性，后代可能一年比一年“难吃”；只顾品质，抗性基因又可能在选择中悄悄丢失。这个问题涉及的方法细节，第三章传统育种方法与第四章分子育种技术中还会分别展开。

还应注意表1-1中“来源”一栏透露的信息：四份地方品种分别来自鄯善、哈密、吐鲁番、石河子四个产地，恰好呼应了2.1.4节所述的绿洲隔离分化机制——每个产地贡献自己的特色类型，产地信息因此成为判断材料遗传背景的重要线索。三份引进抗源则分别来自印度、韩国、美国三个方向，覆盖了亚洲起源地与美洲育种中期库两大来源。一个育种单位的目标种质库若能在“产地”与“类型”两个维度上都保持相当的覆盖面，其组配的灵活性就会大得多。

1.3.4种质创新与利用策略

总的来看，地方品种与引进抗源恰似互补的两翼：前者贡献品质与适应性，后者贡献抗性。哈密瓜育种水平的提升，很大程度上取决于能否把这两类资源的优点高效地聚合到同一个品种之中——这正是后续各章将要讨论的育种技术的用武之地。

除了直接利用和杂交转育，种质资源的利用还有一条越来越重要的路径——种质创新。所谓种质创新，就是把分散在不同材料中的目标性状，通过杂交、回交、多亲聚合、诱变等手段，重新组合进新的遗传背景，创造出既有利用价值又便于进一步利用的“中间材料”。例如，把PI 414723的抗蚜基因转育到红心脆背景中得到的抗蚜高糖选系，本身还不是品种，但它把“抗蚜”和“高糖脆肉”两个原本分离的性状装进了同一个材料，后来的育种者拿来组配时就不必再从头转育。这类创新材料积累得越多，育种的起点就越高、周期就越短。从国内外甜瓜育种的实践看，凡是育种水平领先的研究机构，无一不是在种质创新上下了长期功夫的。

最后想强调的是种质利用中的“知情”二字。本章反复出现一个逻辑：先鉴定，后利用。种质资源的鉴定评价做得越扎实，利用的命中率就越高——知道红心脆的肉色遗传力，配组才有把握；知道MR-1抗哪几个小种，转育才有的放矢；知道两份材料的遗传距离，杂种优势的预测才有依据。反过来，脱离鉴定数据的“凭感觉配组合”，正是过去许多育种项目低效重复的根源。下一章将系统讨论甜瓜主要性状的遗传规律，正是为了给“知情利用”补上遗传学这一环。

对近缘野生种这类“远水”，渐渗育种的思路也值得了解。所谓渐渗，就是通过“栽培种×野生种”的杂交，再用栽培种作轮回亲本连续回交，在后代中持续选择携带目标抗性基因的个体，让野生种的染色体片段在回交中不断被“稀释”，最终只把目标基因周围的一小段野生染色体片段留在改良系中。渐渗的代价是周期长——野生种与栽培种杂交往往存在杂交不亲和、杂种败育等障碍，需要借助胚挽救、倍性操作等技术辅助；而且野生染色体的“搭车”片段常带来不良性状的连锁累赘，需要多轮回交加标记选择来清理。尽管如此，随着甜瓜基因组工具的完善，渐渗育种的效率已大幅提高，野生种蕴藏的丰富抗性资源正加速流向栽培品种。这条路径与第二章讨论的抗性遗传规律、第四章的分子标记辅助选择技术直接衔接，是现代甜瓜育种中连接“资源”与“品种”的桥梁之一。

本章参考文献

[1] 中国科学院中国植物志编辑委员会. 中国植物志 第七十三卷 第一分册（葫芦科）. 北京: 科学出版社, 1986.

[2] 中国农业百科全书总编辑委员会. 中国农业百科全书·蔬菜卷. 北京: 农业出版社, 1990.

[3] 潘家驹主编. 作物育种学总论. 北京: 中国农业出版社, 1994.

[4] 张天真主编. 作物育种学总论（第三版）. 北京: 中国农业出版社, 2011.

[5] Whitaker T W, Davis G N. Cucurbits: Botany, Cultivation and Utilization. London: Leonard Hill (Books), 1962.

[6] Robinson R W, Decker-Walters D S. Cucurbits. Wallingford: CAB International, 1997.

[7] Kirkbride J H. Biosystematic Monograph of the Genus Cucumis (Cucurbitaceae). Boone: Parkway Publishers, 1993.

[8] Pitrat M, Hanelt P, Hammer K. Some comments on infraspecific classification of cultivars of melon. Acta Horticulturae, 2000, 510: 29-36.

[9] Esquinas-Alcazar J T, Gulick P J. Genetic Resources of Cucurbitaceae. Rome: International Board for Plant Genetic Resources (IBPGR), 1983.

[10] Brown A H D. Core collections: a practical approach to genetic resources management. Genome, 1989, 31: 818-824.

[11] Frankel O H, Brown A H D, Burdon J J. The Conservation of Plant Biodiversity. Cambridge: Cambridge University Press, 1995.

[12] International Plant Genetic Resources Institute. Descriptors for Melon (Cucumis melo L.). Rome: IPGRI, 2003.

思考与讨论

1. 哈密瓜主栽品种遗传基础狭窄的成因是什么？结合本章内容，谈谈拓宽遗传基础的主要途径及各自的可行性。
2. 农家留种制度与绿洲地理隔离如何共同塑造了哈密瓜地方品种的多样性？这种多样性今天面临哪些威胁，应如何应对？
3. 比较原地保存、异地保存、离体保存和分子保存四种方式的适用场景。若由你为一个正在消失的农家品种设计保存方案，你会如何组合这几种方式？
4. Harrington经验规则对种质库贮存管理有什么指导意义？为什么说种子含水量并非越低越好？
5. 设计一个甜瓜抗白粉病种质的鉴定试验：如何安排苗期接种与田间鉴定？需要设置哪些对照和重复？评价数据应包含哪些信息才算完整？
6. 比较随机取样、分层取样、聚类取样与M策略在核心种质构建中的优劣。若资源库中存在大量同源材料，哪种策略更合适，为什么？
7. 以PI 414723抗蚜基因向优质哈密瓜品种转育为例，说明回交结合分子标记前景选择的程序要点，并讨论为什么抗性基因常与不良性状连锁。
8. 表型组学技术将如何改变种质资源的鉴定评价与利用方式？“按基因型检索资源库”这一模式对育种流程意味着什么？