我国枣种质资源研究利用进展

李登科，王永康，薛晓芳，任海燕，赵爱玲

(山西农业大学果树研究所/果树种质创制和利用山西省重点实验室，山西 太原 030031)

广义的“枣”是枣属(Ziziphus)植物的总称，为鼠李科(Rhamnaceae)植物中最重要的一个属，全世界有170多个种，基本上分布于亚洲、美洲和非洲等热带地区，仅有少数种延伸至亚热带和温带，且大多处于未发掘利用的野生状态。在我国，“枣”主要指枣属植物之中的一个栽培种，也称中国枣、红枣、大枣等[1]。枣(Ziziphusjujube)、酸枣(Ziziphusacidojujube)和毛叶枣(Ziziphusmauaritiana)3个种是主要的枣属植物，已开展了系统研究和规模化生产利用。栽培种的枣和野生种的酸枣均原产中国，最早起源于黄河中下游地区，除西藏、黑龙江等高海拔和高纬度地区外其他各地均有分布，为落叶乔木或灌木。毛叶枣原产于小亚细亚南部、北非以及印度东部，在我国为半野生种，小乔木或灌木，主要分布于我国华南和西南的热带地区，在台湾、海南、云南等地有规模化栽培。我国枣和酸枣起源演化历史悠久，种质资源丰富，在资源调查、收集保存、鉴定评价和创新利用研究等方面取得了巨大成就，为科技创新和产业优质高效发展奠定了坚实的基础。我国毛叶枣也有野生资源分布，但栽培品种大多从国外引进。

1 资源调查和收集保存

我国历史上很早就开始对枣品种资源进行文献描述，《尔雅》《广志》《齐民要术》《广群芳谱》和《植物名实图考》等诸多古文献记载品种多达109个，其中《植物名实图考》最多(87份)[2]。1949年以后，我国先后于 1956-1957 年、 1979-1983年两次对农作物种质资源进行了普查，而枣是在中国农科院果树研究所的统一部署下开展全国范围内资源调查的。根据调查资料整理结果，河北农业大学组织全国枣树科研单位参与共同编辑出版了《中国果树志·枣卷》[2]，该书详细记载700份枣和30份酸枣品种资源。2000年以后，枣种质资源调查研究进一步取得了巨大进展，《中国枣种质资源》[3]新收录枣种质244份、酸枣35份和毛叶枣24份，《中国枣品种资源图鉴》[4]以图说方式介绍了国家枣种质资源圃内364份品种资源的性状表现。并且，上述文献累计记载枣和酸枣种质资源1033份。近年来，国家枣资源圃对华北的中条山、太行山、吕梁山、燕山4大山区83个县进行了资源调查，收集了种质320份。自2015年我国开始第3次农作物种质资源普查工作，2019年底已经开展了17个省，包括枣资源普查主要地区陕西、江苏、浙江、北京、河北、安徽等，目前尚在进行调查数据资料和实物的整理和初步鉴定中。

在种质资源收集保存方面，保存方式主要为田间保存，位于山西太谷的国家枣种质资源圃保存全国24个省份的枣和酸枣种质资源930份，位于广东湛江的国家热带果树种质资源圃保存毛叶枣近30份。国家种质资源圃建有保存圃、鉴定圃及标本实验室等配套基础设施，严格按照《国家作物种质资源圃管理办法和管理细则》和《农作物种质资源保存技术规程》[5]进行规范化管理，确保资源的安全保存和高效利用。其他开展枣种质资源保存的科研院所还有河北农业大学、西北农林科技大学、山东果树所、北京农学院、塔里木大学、广西农科院园艺所等，数量几十份至数百份不等。国家枣种质资源圃还建立了500份种质资源的图像和标本展览室。另外，陕西佳县泥河沟油枣、小会坪酸枣和河北黄骅冬枣等古枣园和古酸枣林，山东庆云长红枣、山东宁阳圆铃枣、和山西高平石末酸枣等千百年树龄的古树，被确定为各地政府、中国甚至联合国粮农组织的农业文化遗产、历史文物古迹等并得以保护，涉及品种资源35份[1]。

枣种质资源的系统调查和收集保存工作挽救了大批珍稀濒危资源，为科学研究和开发利用提供了良好的基础条件，具有重要的里程碑意义。

2 系统鉴定评价和遗传多样性研究

2.1 鉴定评价技术规范的制定

种质资源技术规范是实现种质资源工作标准化、信息化和现代化的基础性工作，对于规范种质资源研究、度量遗传多样性和丰富度、确保遗传完整性、提升共享利用成效等方面具有重要作用[6]。蒲富慎[7]制定了枣、苹果、梨等18种果树种质资源描述符，为我国果树种质资源工作的评价起到了重要作用。随着研究的深入和资源共享利用的需求，种质资源描述和鉴定评价方法有待进一步完善。李登科等[8]在原有资料的基础上，根据研究实际需求，规定了枣种质资源描述符121项，包括基本信息、形态特征和生物学特性、品质特性、抗逆性、抗病虫性和其他7个方面。农业农村部、国家林业和草原局分别颁布了《枣种质资源描述规范》[9]《农作物种质资源鉴定评价技术规程—枣》[10]《植物品种特异性、一致性、稳定性测试指南—枣》[11]和《热带作物种质资源描述规范—毛叶枣》[12]等行业标准。梁天[13]对毛叶枣DUS测试指南进行了编制。上述标准指南进一步规范了鉴定内容和程序，基本形成了完整的表型农艺性状鉴定评价技术体系。在DNA鉴定评价方面，制定了《枣品种鉴定技术规程SSR分子标记法》[14]，为种质资源分子鉴定提供了技术标准。相关鉴定评价技术标准的制定有利于鉴定评价数据的准确性、稳定性和可比性，有利于资源信息和实物共享利用。

对于数量性状来说，分级标准对客观评价定位一份种质的特异性非常重要。按照数值范围进行等差分级一般是根据经验确定的，具有直观性，但难以反映取值的概率分布。刘孟军[15]对枣品种的数量性状进行了概率分级，提出了数量性状概率分级方法，使数量性状的分级标准更加客观准确。杨雷等[16]提出了酸枣主要数量性状的5级概率分级标准。王永康[17]根据22个主要数量性状在调查群体的分布情况，在优良种质优异种质资源筛选比例在20%-30%、特异资源5%左右的条件下，确定了各性状优良和特异种质判断的数值标准。在果实经济性状综合评价方面，于孟杰等[18]对枣果实品质进行了灰色关联度分析，在0.790、0.770、0.750的3个关联度点将果实品质分为优良、良好、一般和较差4级。因此，根据种质资源性状多样性分布状况对单一性状或综合性状进行评价也更加全面客观。

2.2 表型农艺性状鉴定评价

目前，根据枣种质资源描述规范和数据标准，国家枣种质资源圃通过多年的数据调查整理整合，已完成枣和酸枣种质资源编目730份，建立了620份种质资源121个数据项的个性数据和45个数据项的共性数据的数据库，筛选出了一批丰产、优质、抗逆、无核、曲枝、宿萼等性状优特异的种质资源。在枣种质资源鉴定研究过程中，除了表型性状外，还开展了孢粉学、核型分析、同工酶等形态和生物化学等研究。彭建营等[19]按照花粉形态列出了65个枣品种的花粉检索表。苏新惠[20]对34份毛叶枣的划分形态进行了分析比较，对分类鉴定具有一定的作用。杨云贞[21]通过核型分析将28个枣品种依据Stebbins核型分类分为2A、2B、2C 共3种类型。王秀伶等[22]采用POD同工酶分析将36份自然授粉实生后代合并为5种谱型，83个酸枣类型合并为22种谱型。尽管上述方法在一定范围内应用效果较好，但对于大群体来说多态性和稳定性较差，因而具有一定的局限性。近年来，鉴定筛选出的优特异枣种质主要包括二四混倍体[23]、三倍体[24]、高含仁率种质以及雄性不育种质[25]等，对于育种研究具有重要利用价值。Liang等[26]采用流式细胞仪对毛叶枣进行染色体倍性鉴定，18份材料中分别有7份四倍体、7份六倍体、3 份五倍体和1份八倍体。

2.3 功能性营养成分鉴定分析

枣果富含多种功能性营养成分，不同种质间含量差异显著，开展相关鉴定分析研究较多。赵爱玲等[28]通过对鲜枣糖酸组分的研究，判定枣果为蔗糖积累型和高苹果酸优势型果实。除了果实可溶性糖、酸和维生素C含量等常规项目外，主要集中在多糖、氨基酸、类黄酮、环核苷酸、皂苷、生物碱、膳食纤维等成分的检测及抗氧化能力分析。刘孟军等[29]测定了44份枣和9份酸枣鲜枣的cAMP含量，筛选出的高含量种质有吕梁木枣、壶瓶枣、大婆枣和斑枣等。赵爱玲等[30]测定了279个枣品种的黄酮、三萜酸、多糖、维生素C、环磷酸腺苷(cAMP)和环磷酸鸟苷(cGMP)6个功能性营养成分含量，筛选出了各成分的高含量种质。薛晓芳等[31]通过204份种质的cAMP和cGMP含量的测定，显示二者之间具有显著正相关性。彭艳芳[32]测定了不同枣品种果实总皂甙含量。张琼[33]研究分析了枣果皮色素组分。枣果实和其他组织富含生物活性物质，加工利用价值巨大，但不同种质之间含量差异较大，筛选高含量特异种质对精深加工利用具有重要意义。

2.4 基因组测序和功能基因分析发掘

基因组的测序和大小是种质资源演化历史和遗传多样性丰富程度的反映，是分子生物学研究的重要参考依据。吴丽萍等[33]采用流式细胞仪测定枣和酸枣的基因组大小平均为418.56 Mb。Liu等[34]利用基因组测序测定冬枣基因组大小为444 Mb。Huang等[35]全基因组鸟枪测序骏枣的基因组大小为451 Mb。Wang等[36]测定了301个枣和81个酸枣的基因组大小，发现与果实大小呈显著正相关。不同枣种质基因组大小不同，可能与许多性状有一定的相关性。Huang等[37]还对枣属的酸枣、毛叶枣和Z. spinina-christi 4个种的叶绿体基因组进行了测序。枣核酸及叶绿体基因组测序为功能基因、优特异性状形成机制等的研究提供了基础条件，有重要的科学应用价值。

RAPD、SRAP、AFLP、SSR、ISSR、GWAS等分子标记、遗传图谱构建、基因克隆表达以及生物信息学在枣种质资源鉴定、演化进化、遗传多样性、杂交后代鉴定、基因克隆以及功能基因定位分析等方面均已开展大量研究[38-51]。通过研究，筛选了特异种质和特异性状关联标记片段[38-40]，构建了枣核心种质[42,43]和高密度遗传图谱，筛选了部分特异性状关联基因以及性状的QTL定位[46-51]。克隆的基因主要包括ATP1、ZjSS6、ZjSEP1、Zj4CL、抗坏血酸相关基因、ZjLFY等，涉及到雄性不育、蔗糖和抗坏血酸代谢、花发育等相关基因[52-58]。另外，采用基因组测序和组学技术开展特异性状基因鉴定筛选和功能验证等分析研究进一步促进了枣种质资源研究的技术进步，为更有效的发掘利用优异基因提供了参考依据。

3 种质资源的创制与利用

3.1 种质创制与育种利用

种质创新技术和育种利用方面研究取得了重要进展。石荫坪等[59]通过胚乳培养获得了三倍体植株。近年来，建立枣幼胚挽救辅助种质创制技术体系[60]，应用控制杂交方法的改进[61]及DNA分子标记辅助鉴定技术[62]，建立了通过秋水仙素诱变技术体系[63,64]，已经获得了一批杂交后代和优系，其中枣和酸枣的单倍体、二倍体、三倍体、四倍体和八倍体新种质30 余个[65]。在枣花药和花粉培养方面也获得了多个品种的花粉植株[66-68]。至今为止，通过地方品种株系选优、实生选中、诱变育种等途径，全国共选育(审定和新品种保护)枣、酸枣和毛叶枣新品种近300个，已有‘辰光’[69]、‘虹光’[70]等四倍体品种通过审定。

3.2 优异种质生产利用

近40年来，枣种质资源在我国枣产业的生产栽培中发挥了巨大作用。具有代表性的且大规模应用的种质包括‘临猗梨枣’‘冬枣’‘壶瓶枣’‘骏枣’和‘灰枣’等，单个品种的栽培面积最多时可达数百万亩。区域性应用的新种质主要有‘灵武长枣’‘临黄1号’‘七月鲜’‘马牙白’‘伏脆蜜’‘山东梨枣’等。鲜食种质‘临猗梨枣’具有矮化、丰产、适应强等优异栽培经济性状，矮密丰栽培技术模式对快速提高产量起到了重要作用。‘冬枣’鲜食品质优异，是目前最主要的优质鲜食种质。制干种质‘壶瓶枣’‘骏枣’‘灰枣’和‘七月鲜’等制干品质上乘，且适宜产业西移和新疆干旱少雨的气候条件下栽培，满足了消费者和市场优质化的需求。

3.3 数据信息共享服务平台

现代信息化和数字化网络技术为种质资源信息共享服务提供了有力保障，显著提升资源利用成效，促进实现了信息和实物共享。我国在不同发展阶段先后建立了多种种质资源共享服务平台，并随着时代的发展在不断完善和提高中。“七五”期间即建立国家果树种质资源数据库及计算机管理系统。中国农业科学院作物研究所建立了包括枣在内的中国作物种质资源信息系统和中国作物种质信息网(http://icgr.caas.net.cn/)。2005年左右中国农科院茶叶所建立了国家农作物种质资源信息系统(http://www.ziyuanpu.net.cn/)。2011年国家成立了科技基础性工作平台，建立了包括枣在内的农作物种质资源平台。2019年科技部和财政部共同发文进一步调整优化国家科技资源共享服务平台，确定了20个国家科学数据中心和30个国家生物种质与实验材料资源库，其中之一的国家园艺种质种质由中国农科院郑州果树所负责，包括枣在内的所有果树均属于国家园艺种质种质库的组成部分，太谷枣种质资源库是其中的分库之一。已经开通了国家园艺种质资源信息网(http://www.nhgrc.cn/)，来自国家枣种质资源圃多年定点观测数据信息的共享正在调试运行中。此外，河北农业大学建立了中国枣种质资源网络信息系统(http://www.ziziphus.net/zzzy)，并提供了各品种原产地的调查数据。

4 存在问题和研究展望

4.1 存在问题

枣种质创新利用技术不高，杂交育种尚未取得根本性突破，极大地限制了种质资源的高效利用，具有重要育种和栽培利用价值的优异资源缺乏，主要原因在于种质资源精准鉴定评价技术难以满足需要。表型性状是种质特征特性最直观的反映，更是功能基因、生理生化以及栽培技术等研究结果的最终验证和评判依据。但枣树基因形状表现高度杂合，显著的成对基因性状表现极为罕见。某一性状表现是诸多微效基因、环境饰变以及人为因素共同作用的结果，造成许多关键数据项数据的重复性和稳定性较差，因而需特殊的鉴定材料和有效方法条件下开展鉴定，需多年多点观察测定，在严格的单一差异原则条件下比较不同种质间的差异，反映群体的多样性状况，筛选出真正的优特异性状资源。

4.2 研究展望

4.2.1 种质资源优异基因深入鉴定挖掘

随着分子生物学技术的不断发展深入，开展枣优异基因挖掘研究非常必要。鉴定筛选优特异性状的关联基因，进一步确定基因的准确性，达到可应用程度，将有助于优特异性状的检测和育种早期鉴定。

4.2.2 种质资源创新利用技术研发

枣树杂交尚未获得根本性突破，种质利用具有很大的发展空间。结合传统和现代分子生物学技术，已开展了胚培养和分子标记辅助育种技术和田间多倍体诱导创新技术以取得了一定进展。利用精准的农艺性状基因开展早期鉴定，熟化采用亲本来源分子鉴定技术，缩短周期，提高种质创制效率。开展酸枣、枣和毛叶枣等种间杂交育种技术研究，种间育种特性差异性显著，具有极强的互补性。酸枣药用价值大，胚发育良好，容易获得杂交后代群体。枣果实食用商品利用明显优于酸枣，营养成分含量丰富。毛叶枣大多为多倍体，且大多由于雌雄花期不育等原因仅通过杂交才可结果，且果实个大，肉质酥脆多汁。寻找一条有效的种间杂交技术途径将会有助于育种技术的新突破。

4.2.3 加强野生种质资源调查收集

注重野生资源资源的调查和收集保存。酸枣资源十分丰富，但限于保存能力等原因，保存数量有限。野生资源是种质资源研究的重要组成部分，且有巨大的药用价值，需求量越来越大。进一步发掘利用野生资源潜力巨大。

4.2.4 加强保护利用信息化和现代化条件建设

从资源的调查收集、保护利用、鉴定评价以及共享利用等全过程加强现代化信息技术的应用，将大大提高工作效率。资源原产地的信息追溯，资源保存的物联网监管，专业鉴定评价数据的采集与处理，信息共享服务平台多样化和大众化，实时开展跟踪服务和信息交流，全面提高信息化技术水平，是种质管理现代化的重要内容和发展目标之一。