浙江省芥菜研究进展
*通信作者,陈建明,E-mail:chenjm63@163.com
作者简介:孟秋峰(1980—),男,山东济宁人,硕士,高级农艺师,主要从事蔬菜遗传育种与栽培技术研究工作。E-mail:qfmeng@163.com
收稿日期: 2020-02-21
基金资助:
宁波市科技创新2025重大专项(2019B10019);
现代农业产业技术体系专项(CARS-24-G-06)芥菜是十字花科芸薹属的一类重要蔬菜, 加工产品闻名世界[1, 2]。目前国外从事芥菜类蔬菜育种研究极少, 仅有印度和澳大利亚从事油用芥菜的育种。我国是世界上唯一生产榨菜和雪菜的国家, 浙江省是芥菜生产和加工大省, 是我国芥菜的主产区之一。芥菜类蔬菜中10个以上的芥菜变种在浙江均有种植, 分布在全省11个地级市, 主要集中在宁波、嘉兴、绍兴、台州、温州、杭州、丽水、金华等地, 主要的芥菜种类是茎瘤芥、分蘖芥、大头芥、笋子芥、结球芥、大叶芥、宽柄芥、抱子芥、薹用芥、叶瘤芥等。2018年总面积5.13万hm2, 比上年增加了0.31万hm2, 产量182.6万t。其中叶用芥菜2.45万hm2, 产量90.5万t; 茎用芥菜2.6万hm2, 其中榨菜2.1万hm2。浙江省芥菜种植和加工历史悠久, 产业链条完整。芥菜类蔬菜中以榨菜和雪菜商品化基地最大, 其中余姚是“ 中国榨菜之乡” , 其榨菜产业全产业链跻身浙江省示范性农业全产业链之列, 年加工榨菜50万t以上, 产值17亿元[3]。宁波市雪菜鲜菜年产值2亿元[4], 是该市农业传统特色产业。宁波市鄞州区是“ 中国雪菜之乡” , 最负盛名的是邱隘咸齑, 素有“ 三天不吃咸菜汤, 脚骨感觉酸汪汪” 之美誉。
1 浙江省芥菜基础研究进展
浙江省栽培和腌制芥菜已有1 000多年历史了, 最早见于明末诗人、鄞州人屠本畯所著的《野菜笺》中“ 四明有菜名雪里壅(蕻)……诸菜冻欲死, 此菜青青蕻尤美。” 自20世纪30年代以来, 浙江省科技工作者对芥菜进行了系统研究, 集中体现在芥菜的起源与分类研究、芥菜种质资源的收集与保存、芥菜遗传多样性研究[5, 6]、芥菜雄性不育系选育[7, 8]、芥菜特异性状的基因定位与功能分析、芥菜新品种的选育等多个方面。
1.1 芥菜植物学和农艺性状研究
芥菜分为大叶芥种(Brassica juncea Coss)和小叶芥种(Brassica ceruna Forbes et Hemsl)。孟秋峰等[5]对芥菜的17个芥菜变种代表品种的植物学性状进行聚类, 将参试品种分为叶用芥菜、茎用芥菜、根用芥菜、薹用芥菜和籽用芥菜这5个类群, 和刘佩瑛[1]的研究结论一致。目前比较认可的分类方法是将芥菜划分为16个变种:根芥— — 大头芥变种; 茎芥— — 笋子芥, 茎瘤芥, 抱子芥; 叶芥— — 大叶芥, 小叶芥, 白花芥, 花叶芥, 长柄芥, 凤尾芥, 叶瘤芥, 宽柄芥, 卷心芥, 结球芥, 分蘖芥; 薹芥。孟秋峰等[6]对芥菜(B. juncea Czern. et Coss.)17个变种的代表品种的花粉材料进行了扫描电镜观察, 结果表明, 芥菜变种间在花粉的萌发器官和外壁纹饰方面有一定的差异, 根据其特征可以对芥菜进行分类, 其结果支持传统的芥菜种以下水平的分类。陈竹君等[9, 10, 11]研究了榨菜胞质雄性不育的特征特性, 同时研究了榨菜瘤状茎的形成及其与花芽分化的关系, 研究结果表明, 影响瘤状茎形成的主要生态因子是温度和光照。李燕等[12]对榨菜杂交组合芥子油苷组分及含量的品种间差异进行了研究, 4个茎瘤芥杂交一代检测到9种芥子油苷, 脂肪族芥子油苷4种, 吲哚族芥子油苷4种, 芳香族芥子油苷1种。芥子油苷各组分及其含量在不同品种、器官间存在显著或极显著差异。
1.2 芥菜基因组研究
目前, 浙江省芥菜研究的主要方向在榨菜基因组学, 浙江大学在榨菜基因组图谱研究方面做了大量的工作[13], 采用二代(Illumina)、三代(PacBio)、光学图谱(BioNano)和遗传图谱的组合方法, 首次完成了异源多倍体榨菜的高质量基因组图谱, 从基因组水平上估算出芥菜物种形成于约5万年前, 揭示了芥菜硫苷和油脂重要品质性状形成的基因组选择机制; 还构建了榨菜高密度遗传图谱, 总遗传距离2 855 cM, 标记平均遗传距离为0.8 cM, 是目前国内外已报道的最高密度的芥菜遗传图谱。通过全基因组测序和组装, 获得了榨菜高质量全基因组信息。在此基础上, 通过芜菁花叶病毒病(TuMV)病原接种, 筛选鉴定到抗TuMV芥菜种质6份。基于榨菜全基因组信息和高密度遗传图谱, 成功定位到榨菜抗TuMV基因。基于抗性基因开发了榨菜抗TuMV分子标记开发, 建立了榨菜抗TuMV分子育种技术体系。通过杂交、回交结合抗TuMV分子标记辅助选择, 创制了系列抗TuMV榨菜、雪里蕻优异种质。榨菜全基因组信息的解析, 为芥菜类蔬菜作物重要性状功能基因的发掘奠定了基础, 推动了芥菜类蔬菜种质创新迈入分子育种阶段。对来自中国、印度、澳大利亚和欧洲的109份芥菜材料运用SLAF-seq方法进行了测序和分析, 从基因组水平上明确了根芥菜最先在中国分化。根用芥菜比油用芥菜和其他菜用芥菜出现的年代更早, 从而证实中国是芥菜的原生起源和分化中心[14]。芥菜的开花调控基因, 分别包括A和B亚基因组的84和79个基因:Ka/Ks分析揭示了这些基因在芥菜进化过程中如何通过光周期和春化调控芥菜开花的路径。其中BjuACO4、BjuAFT1、BjuBFT4、BjuASOC1和BjuASOC4是主要功能基因[15]。定位并克隆到植物光信号途径基因PAT1(Phytochrome A signal transduction 1)负调控芥菜分枝形成, 阐明了PAT1与COL13(CONSTANS-LIKE 13)互作调控芥菜分枝和开花机制, 同时发现PAT1负调控芥菜分枝依赖于BRC1途径。PAT1正调控光敏色素A对光的响应。PAT1参与了避阴反应。下调表达PAT1, 可以反向调节远红外光的分枝抑制效果[16]。定位并挖掘到芥菜抗病毒病基因eIF2Bβ , 解析了其抗病机制[17]。率先开发了芥菜类蔬菜抗芜菁花叶病毒病分子标记(专利号:ZL201610223930.2), 并将其应用到芥菜类蔬菜抗病毒病种质创制中, 创制了ORF220型细胞质雄性不育系和育性回复突变系, 解析了核质互作调控细胞质雄性不育系和育性回复突变机制[18]。
1.3 芥菜远缘杂交研究
Chen等[19, 20]、Zhu等[21]以榨菜和甘蓝为材料, 通过离体靠接法人工合成了两者的种间嵌合体, 并对嵌合体叶色、叶型、茎膨大、花、抗病性等性状进行了鉴定, 对不同类型嵌合体的叶片组织进行解剖结构和细胞学特性观察, 通过特异性引物PCR对嵌合体的DNA进行了分析, 发现嵌合体中榨菜及紫甘蓝亲本特异条带均有表达, 并检测出一条异于亲本的嵌合体特有条带。上述研究还系统地探索了嫁接对植物生长发育特性的影响, 利用RNA-Seq技术, 筛选了1 187个差异显著表达基因; 以榨菜与紫甘蓝种间杂种, 采用SRAP技术分析亲本与杂种后代在遗传上的差异, 发现杂交过程导致约19.5%的亲本条带丢失, 且多数为紫甘蓝特有条带。染色体加倍后趋于稳定, 说明杂交比加倍对基因组的影响更大; 运用MSAP技术分析亲本与S1间的DNA甲基化的水平和模式差异, 发现S1总甲基化水平与亲本相比显著降低, 且甲基化模式主要遗传自榨菜; 运用MSAP技术对亲本及杂种后代S1的春化特性与甲基化状态的关联进行分析, 发现去甲基化诱导开花与植株的起始甲基化状态无关, 只与诱导过程中的甲基化变化有关。Li等[22]以榨菜(基因组:AABB)与紫甘蓝(基因组:CC)作为A、B、C三基因供体, 通过远缘杂交、种胚拯救以及染色体加倍技术获得包含芸薹属三基因组六倍体的新蔬菜种质。芸薹属三基因组多倍体蔬菜的合成, 为以后选育广优质抗病榨菜品种奠定了基础。Ghani等[23]以白菜(AA)为母本, 黑芥(BB)为父本进行杂交, 合成了AABB新材料, 拓宽了榨菜种质资源库, 为以后继续的品种选育奠定了良好的基础。
2 浙江省芥菜新品种选育进展
目前, 浙江省芥菜品种的选育主要集中在茎瘤芥、分蘖芥、结球芥、宽柄芥、笋子芥5个变种类型。陈竹君等[24]率先对浙江省榨菜品种资源进行了详细调查, 继而开展了选择育种, 并成功选育了桐农1号等榨菜新品种在生产上大面积应用。目前浙江省芥菜生产上, 地方品种和提纯复壮的常规品种居多, 杂交种选育刚起步, 杂种优势利用取得了一定的进展[25]。浙江省不同地(市)生态环境、饮食文化的多样性特点, 芥菜类蔬菜品种或加工产品具有鲜明的地方特色, 比如:余姚榨菜、鄞州雪菜、杨庙雪菜、温岭棒菜。目前, 浙江省已有4个芥菜品种通过国家品种登记, 3个芥菜品种获得国家植物新品种保护权(表1); 14个芥菜通过浙江省非主要农作物品种审(认)定(表2)。
表1 浙江省获得国家植物新品种权和品种登记的芥菜新品种 Table 1 New varieties of mustard obtained national plant variety right and variety registration in Zhejiang province
表2 浙江省通过审(认)定的芥菜品种 Table 2 Mustard varieties approved in Zhejiang Province浙江省茎瘤芥种植始于20世纪30年代, 生产上使用的种子一般都是地方品种, 农民自繁自用, 没有进行专业化生产。20世纪80年代浙江农业大学开展了茎瘤芥的单株系统选育和杂交育种工作, 选育出了一批优良的常规品种, 如浙桐1号[26]、浙桐2号、浙桐3号等。这些品种当时对茎瘤芥生产起了一定重要的作用。浙江省最早开展茎瘤芥杂种优势利用研究的是浙江大学园艺系(原浙江农业大学园艺系), 选育出国内第一个茎瘤芥胞质雄性不育系, 并开展了相关雄性不育机理的研究, 配制了茎瘤芥杂交组合。但由于该不育系存在低温黄化等问题, 一定程度上限制了其在生产上的应用。到目前为止, 浙江省榨菜新品种选育单位先后选育出10个新品种。宁波市农业科学研究院开展了新型春榨菜胞质雄性不育系细胞学特征[27]和榨菜杂种优势利用研究, 在浙江省首次成功选育出榨菜杂交品种甬榨5号, 通过浙江省审定。宁波市农业科学研究院是目前浙江省选育茎瘤芥品种数量最多, 新品种推广应用面积较大的科研单位, 该院自20世纪90年代开展茎瘤芥新品种选育以来, 先后选育出茎瘤芥新品种6个, 在生产上大面积推广应用。宁波市农业科学研究院和浙江大学合作选育的杂交榨菜品种甬榨5号榨菜单位产量和最大单茎质量创2016年浙江农业之最新纪录, 667 m2产量达5 013.79 kg, 单个榨菜头质量为1.78 kg。
雪菜育种主要集中在嘉兴和宁波市的科研院所和加工企业。嘉兴农业科学研究院成功选育嘉雪四月蕻; 宁波市鄞州区雪菜开发研究中心先后发掘出鄞雪18、邱隘黄叶等雪菜新品种, 宁波市农业科学研究院率先在浙江选育成功雪菜杂交品种甬雪3号, 应用于生产。雪菜生产上目前应用的品种主要以地方农家品种为主, 新品种有待在生产上积极应用, 以提升浙江省雪菜产业的水平。雪菜的加工产品在20世纪30— 40年代, 已销往东南亚的菲律宾、新加坡、马来西亚; 90年代后, 随着国家经济发展, 浙江咸菜从昔日的大缸腌制、提桶小卖, 到后来的工厂化生产、流水线作业和产品软包装上市, 为浙江咸菜市场发展开拓了新路, 现跟随华人已走向世界各地。
结球芥和宽柄芥在浙江省栽培面积0.53万hm2左右, 宁波市农业科学研究院进行了品种选育, 先后有2个品种通过浙江省审(认)定。浙江省的加工企业主要有宁波备得福菜业有限公司、宁波市鄞州三丰可味食品有限公司、余姚市第五蔬菜精制厂等进行了相关产品开发。台州市农业科学研究院进行了鲜食芥菜的选育, 选育出台芥1号通过浙江省认定。
3 浙江省芥菜加工技术研究进展
浙江省芥菜加工产业实现了规模化, 加工方法多样化, 加工产品享誉国内外。加工涉及的芥菜种类主要有榨菜(茎瘤芥)、雪菜(分蘖芥)、高菜(宽柄芥)、酸菜(结球芥)、大头菜(大头芥)5个变种。芥菜类蔬菜的加工技术因原料不同而有所差异, 即使同一个变种, 其加工方式不同, 产品也有很大差异。浙式榨菜的加工工艺流程与四川、重庆地区的工艺大致相似, 主要区别在于脱水方式, 川渝榨菜的脱水方式多为风脱水, 但是浙江省气候湿润, 降雨量大, 风脱水的方式显然不太适合, 故浙式榨菜多采用盐脱水的方式对原料进行处理。茎瘤芥经过选料、初腌、复腌等加工工序, 形成半干态发酵产品— — 榨菜, 榨菜有全形产品, 也有切片、切丝、切丁类型的产品, 产品类型多样化[28]。分蘖芥经过晾晒、去黄叶、腌制等加工工序, 形成传统的湿态发酵产品— — 雪菜。此外, 分蘖芥通过腌制、晒干等加工工序, 制作成霉干菜; 通过卤水泡制等工序制作成泡菜; 经过晾晒、去黄叶、洗涤、摊晒、堆黄、切段、腌制等工序, 倒置瓮坛, 一个月之后制作成倒笃菜[29]。结球芥的球叶经过腌制、封口加压等工序做成咸坯, 再经过修剪、切分、脱盐、调味等加工工序制作成瓶装酸菜。结球芥的外部叶片经过腌制, 还可以制作成橄榄菜。宽柄芥的加工工艺与雪菜类似, 产品高菜主要出口日本等地。高菜(宽柄芥)一般是利用10%~15%食盐腌制, 再经脱盐、脱水、调味等一系列工序制成。宽柄芥还可以经过原料选择、清洗、去除黄叶、晾干、腌制、沥水、预冷、速冻等工序, 利用低温使其快速冻结并贮藏在-18 ℃, 可以达到长期贮藏的目的。大头菜的加工一般采取削去大头芥叶柄基部及尾根、须根。洗净入池腌制, 层菜层盐, 分布均匀, 层层压紧至满后撒盖面盐。封池腌制30 d左右; 腌制成熟后, 装入榨箱缓缓压榨, 菜坯脱水回收率为75%。将混合香辣粉、辣椒酱等辅料拌合均匀后再与压榨后的菜坯拌合均匀, 装入菜坛, 层层捣实, 装满封口后移至阴凉处后熟一个月即为大头菜成品。此外, 目前的芥菜加工已经不再局限于对芥菜原料的加工, 通过与萝卜、海带、竹笋、香菇、肉丝等混合搭配, 开发了许多新产品, 如笋丝雪菜、香菇榨菜、雪菜肉丝等新产品, 丰富了蔬菜市场的供应。
浙江省榨菜加工整体水平较高, 围绕原料生产基地, 发展聚集了一批上百家的榨菜加工企业, 桐乡、海宁、余姚、慈溪、上虞5个主产区的加工年产值达20多亿元, 加工能力近90万t, 占全省的80%以上。浙式榨菜属于不经风干脱水的加工工艺, 一般采取选料、初腌、复腌等工艺流程, 加工技术较先进。浙江万里学院蔬菜加工科研团队, 通过长期的理论研究和实践总结, 探明了榨菜、雪菜、高菜等生产过程中的危害因子, 提出了确保榨菜、雪菜、高菜等安全生产的关键点及操作技术要点。榨菜加工企业不断进行技术改造和技术革新, 改良传统腌制生产方法, 在引入推广巴氏杀菌技术, 有效解决榨菜防腐保存与质量安全等难题, 基本实现防腐剂零添加, 同时鲜头腌制全部采用食品级薄膜。各加工企业加大技改投入, 致力于产品的升级换代, 加强管理, 努力提高产品质量和档次, 使榨菜倍受消费者青睐, 市场份额不断扩大, 并涌现出了一批名优品牌, 如宁波铜钱桥食品菜业有限公司、宁波备得福菜业有限公司、余姚富贵菜业公司、余姚国泰实业公司、浙江斜桥榨菜食品有限公司、桐乡南日蔬菜食品公司等已成为省级或市级农业产业化龙头企业, “ 斜桥” 、“ 铜钱桥” 、“ 备得福” 等一批浙江榨菜品牌知名度不断扩大, 不少企业通过了ISO9000-2001、HACCP等质量管理体系认证, 获得中国国际农业博览会名牌称号、浙江省农业名牌产品、国家级绿色食品等称号, 这些骨干龙头企业对提高余姚榨菜的整体档次和知名度以及市场占有率起到了重要的作用。余姚榨菜产量日益提高, 产品不断升级换代, 销售网络遍布全国, 甚至远销海外, 并成为全国最大的茎瘤芥生产加工基地, 1999年, 被农业部命名为“ 中国榨菜之乡” , 2004年获得国家原产地标记证书, 2006年“ 余姚榨菜” 获得证明商标。浙江榨菜不但进入国内各大型超市, 还成为出口到美国、日本等国家和地区的重要蔬菜制品, 年出口创汇超亿元。近年来, 浙江省乳酸菌技术逐步应用到加工过程中[30], 即食榨菜产品[31]陆续开发出来。
浙江省雪菜产业的发展, 经历了从传统的家庭腌制、手工操作、粗纺制作、提桶小卖、近地推销, 提升到现代化的生产、机械操作、科学配方、规模化管理、市场化经营、线上线下销售的新格局。雪菜产业目前已经实现了全自动流水线。目前浙江省已形成了以宁波引发绿色食品有限公司、宁波新紫云堂水产食品有限公司、宁波市三丰可味食品有限公司为龙头的省、市著名企业, 打造了一批各具特色的中国驰名商标或省、市名牌产品以及绿色、无公害等产地产品, 并被列入省、市非物质文化遗产。如今浙江省雪菜加工企业生产的小包装雪菜系列产品, 经科学配方、真空包装、高温杀菌精制而成, 风味独特、食用可口、生津开胃、安全卫生, 是佐餐调味之佳品, 产品在国内外市场享受盛名, 远销美国、德国、新西兰、澳大利亚、东南亚诸国, 及我国港、澳、台地区[32]。此外, 浙江省的结球芥加工产品酸菜在江南地区知名度很大, 深受消费者喜爱。宽柄芥的加工产品高菜出口到日本等地, 受到国际市场的欢迎。
4 芥菜研究展望
与十字花科其他作物相比, 芥菜的基础研究及新品种选育起步较晚, 研究相对薄弱, 但是展望未来, 芥菜作为我国特有的蔬菜, 相关的研究还是有很大发展潜力, 具体可以实施的研究方向如下。
4.1 芥菜种质资源的鉴定和新种质的创制
挖掘克隆抗病、抗逆及重要农艺性状等优异基因并进行其功能分析, 进一步分析芥菜类蔬菜起源和进化的途径。开展芥菜产量、品质相关性状分子标记开发, 如芥菜耐抽薹、根茎膨大、柄肋增宽增厚、分蘖多等。可以通过远缘杂交的方式, 充分利用芸薹属或其他作物的优良性状创制芥菜新种质。
4.2 芥菜新品种选育
目前芥菜类蔬菜生产中出现新的流行病害, 如芥菜病毒病、白锈病等, 其中, 生产上综合抗性好的芥菜品种尚未出现, 选育广谱抗性品种迫在眉睫。另外由于我国农村劳动力人口逐年减少, 芥菜品种转型升级的目标主要是降低劳动力成本, 因此, 选育适宜机械化采收的品种已是迫在眉睫。
4.3 芥菜贮藏保鲜加工机理、新技术和新产品
芥菜富含芥子油苷, 腌制加工后生成异硫氰酸酯类等芳香物质, 俗称“ 菜香” 。由蛋白质水解所生成的各种氨基酸具有一定的鲜味。应深入进行芥菜加工风味物质及形成机理方面的研究。研究安全高效保鲜剂、专用保鲜膜以及气调贮藏和控温贮藏等关键技术。研究芥菜加工新工艺, 开发芥菜速食新产品。随着人们对健康饮食的日益关注, 高盐腌制的弊端日益凸显, 芥菜产品正向着“ 安全化、低盐化、营养化、方便化” 的方向发展。
(责任编辑 张 韵)
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