一、马铃薯加工品质的遗传改良

在英国大约25呢的马铃薯被加工成油炸马铃薯片和法式油炸马铃薯片。在农学特性、抗病虫特性方面，种植者对用于加工目的的品种的要求与其它商品生产者的要求基本一致。但加工者却有几个非常特殊的要求，其中最为重要的是生产一种浅色的油炸产品，在适宜的低温条件下（<4℃）贮藏的马铃薯块茎会导致低温变甜，继而由于在还原糖和氨基酸之间发生复杂的反应而导致生产的油炸产品色黑、味苦而不被人们所接受，为了避免这种现象，加工者不得不在相对高的温度下（>6℃）贮藏马铃薯块茎并使用抑芽剂。本研究的目的是鉴定可在4℃或更低温度下贮藏而不发生低温变甜，并适合农业生产的克隆，并阐明控制这种现象的遗传机制。不时地有报道说马铃薯的某些原始栽培种和野生种的克隆在低温下具有糖稳定性，但是，将这一抗性基因源通过传统方法融合到在农业上可接受的现代马铃薯栽培种中则需要许多代的杂交、回交和筛选。目前，正在进行许多替代技术的研究，这包括体细胞杂交和有限基因的转移，但到目前为止这些技术仍有待证实。苏格兰作物研究所在马铃薯常规筛选育种项目中利用了遗传资源广泛的多种野生马铃薯种以便融合其抗病和抗虫基因源。已鉴定出几个经4℃低温贮藏后仍能生产出可被人们接受的油炸产品的克隆。

对某些克隆的生物化学研究已开始阐明这一重要现象的复杂性。在表型上具有低温糖稳定性的克隆与“正常”栽培种杂交产生出分离后代，这些分离后代在4℃和10℃温度下贮藏后接受了油炸实验，并分析了葡萄糖、果糖和蔗糖的含量。对这些数据的分析最终证明还原糖——葡萄糖的含量水平是决定油炸产品色泽的主要因素（r=0.72~0.80），由低温糖稳定性的克隆自交或与“正常”栽培种杂交所产生的后代的马铃薯块茎在4℃下贮藏后，其油炸马铃薯片的平均色泽和葡萄糖含量水平的排列次序与它们的亲本的表型相一致。这证明了这一特性的遗传变异，尽管“正常”的低温变甜克隆在杂交中具有更为有利的这一倾向，而这表明隐性基因在起作用。然而，最近得到的资料已鉴定出一些变种，这些变种在表型上比分离后代中的最优亲本还要好，涉及到几种酶或酶系。对一个低温糖稳定性克隆的独立研究表明这一克隆与一个“正常”栽培种在一种低温下通常不稳定的酶——磷酸果糖激酶的电泳方面存在不同。已知受贮藏温度影响的蔗糖酶的活性在“正常”和低温糖稳定性的克隆之间相似，但是，同样也受贮藏温度影响的淀粉分解酶的活性在低温糖稳定克隆和“正常”栽培种之间存在差异。到现在为止，一个低温糖稳定性栽培种——Brodick通过“豁免”（1990），另一个低温糖稳定性栽培种——Eden正在完成法定的试验（1991），这两个栽培种均具有现代栽培种所要求的农学特性和不同程度的抗病虫害特性。

在具有广泛基础的育种项目中鉴定出具有低温糖稳定性这一特性，并为农业所接受的栽培种是有可能的，但遗传机制是复杂的，并可能涉及几种酶系，通过常规的表型反复选择有可能取得进一步的进展，但最终进展只有通过常规遗传育种研究与在细胞和分子水平上具有坚实基础的技术方法相结合才能实现，而单靠那一方面是不可能实现的。

二、改良禾谷类作物种子蛋白质品质

醇溶谷蛋白贮藏蛋白占小麦和大麦成熟种子中总氮含量的一半左右，并在很大程度上与种子最终主要的应用价值相关，它们含量低的必需氨基酸——赖氨酸和苏氨酸限制了它们作为饲料饲养单胃家畜（猪、鸡）的营养价值，而在小麦中醇溶谷蛋白是面筋中的主要成分，面筋独特的物理特性与烘烤面包的能力有关。

我们已经研究了大麦蛋白质中的两个族，即醇溶谷蛋白（称为大麦醇溶蛋白）和两组富含赖氨酸的蛋白质——胰凝乳蛋白酶抑制剂CI-1和CI-2，这些抑制剂含量的增加表明与高赖氨酸突变品系的营养价值的改善有关，我们已经分离了编码大麦醇溶蛋白和CI-2的基因，并研究了它们的表达控制，以便操纵其编码蛋白的含量水平从而改善种子的品质。

就小麦而言，我们的研究集中在麦谷蛋白的高分子量亚基上，因为其组分的等位变异与欧洲小麦制作面包的质量差异密切相关，编码这些蛋白质的基因已被分离出，并在转基因烟草中研究了其基因表达，对其蛋白质构象的物理化学研究导致一种有关其结构和在谷蛋白功能中的作用的模型的产生，这些研究为小麦品质通过插入额外的野生型或突变型基因而得到改善提供了一个基础。

三、遗传工程在含油种子芸苔作物改良中的作用

含油种子芸苔作物在英国和其它欧共休国家中起越来越重要的作用，除了提供食用油和蛋白产品外，现在含油种子芸苔作物已被认为是对化学工业、化妆品工业和制药工业有益的、可更新的、多种不可食用产品的潜在源泉。英国和北欧国家主要的含油种子芸苔作物为甘蓝型油菜（Brassica napus）。在英国种植的其它主要的含油种子作物包括亚麻、芥菜、月见草和琉璃苣，除了作为油和蛋白质来源外，许多芸苔属植物作为蔬菜而种植，如甘蓝、萝卜、瑞典芜菁、花椰菜和硬花球花椰菜。

芸苔和含油种子作物研究室正在从事多种有用的芸苔属植物的遗传学和生物化学研究工作和其它种类的含油种子作物的研究工作，遗传学研究包括用常规方法和分子遗传学方法的相互结合，其目的在于鉴定控制重要经济性状的基因和（或）鉴定具有特殊科学利益的因子，遗传学研究也包括利用RFLP（限制片段长度多态性）标记物来制备芸苔属植物详细的基因组以便确定农学上重要的基因的位置；生物化学研究也包括生理学方法和分子遗传学方法，其目的在于阐明含油种子作物中重要贮藏产物的合成的调节机制，这一研究工作包括提纯和鉴定重要的酶及其基因的克隆产物，它也涉及应用遗传工程来改良芸苔属和含油种子作物，以便能生产更有价值的油类、增强抗病特性，或是消除毒素，该研究室_正在开发一些具有现实意义的技术以便支持这些研究项目，这些方法包括从用于生产转基因植物的转化/再生系统到用于基因表达有选择地下降调节的反义和转位子标记方法。

该研究室一个重要的研究工作就是鉴定与碳素向含油种子作物特殊贮藏产物中分配有关的因素，这一工作涉及检查代谢的变化和调节种子是贮藏初级的碳水化合物，还是贮藏油类或蛋白质的遗传控制机制；该研究室感兴趣的另一个重要项目是研究胚胎发生期与种子贮藏产物合成有关的基因的暂时性调节，用于这一研究工作的许多模型系统正在被利用，这包括胡萝卜胚胎培养和来自小孢子的芸苔胚胎培养，胡萝卜尤其有益，因为它们的含油种子含有大量具有重要经济价值的脂肪酸——十八碳-6-烯酸，含油种子油菜中这种脂肪酸的存在会显著增强这种作物的价值。也给出了该研究室目前从事的这些和其它研究项目的总的评价。

四、通过生物技术改进西红柿果实的品质

果实成熟是一个复杂的过程，它涉及果实外形、质地和味道的变化，我们的研究工作集中在西红柿上，因为它是一种重要的水果作物，并且生物技术很容易应用到这一作物上。本研究的目的是利用生物技术改进果实的品质。

已知细胞壁代谢活动的变化会影响果实的质地特征，我们将注意力集中到两种果胶修饰酶——多聚半乳糖醛酸酶（PG）和果胶酯酶上（PE）。改变这些酶的表达可望会显著改进新鲜的西红柿产品和加工的西红柿产品，利用反义RNA技术已经获得新的西红柿品系。在这些西红柿品系中，PG或PE的表达明显受到抑制，我们已经研究了这些西红柿品系的果实的加工行为和新鲜果实的品质特征。另外，我们还分析了用于加工和市场鲜售的西红柿果实的特征，其果实中乙烯的产生受到抑制。

低PG和PE活性的西红柿果实的加工行为得到改进，PG影响稠度，而PE主要影响浆液的粘度，低PG活性的西红柿在贮藏和运输行为方面也得到改进，低乙烯含量的西红柿果实主要是在贮藏特性方面得到改进。

这些实验表明果实品质可通过生物技术而得到改进，利用这些技术，现在我们也已鉴定出一个参与番茄红素产生的基因，这会允许我们控制西红柿果实色泽的形成。

[J. Sci. Food Agric. 1991年第3期]