全球气候变化以及不利的非生物和生物因素在一定程度上限制了农业产出率，与不断增长的粮食供应需求存在矛盾[1-3]。蔬菜作物作为保护性食品，富含多种维生素、矿物质、膳食纤维和植物化学物质，为人类饮食提供必需营养素。与其他粮食作物一样，蔬菜作物也易受到许多生物和非生物因素胁迫，因此需要开发能够抵御环境胁迫的作物。通过植物育种将应用遗传学引入农业生产，传统育种通过选择、组合和挑选具有理想性状的植物，以提高作物的质量和数量，但这种育种方式只有在植物可以有性交配的情况下才能实现[4]。利用传统育种方法对植物基因组进行改造，从而产生点突变、基因缺失和基因重组。这些方法虽然能改良作物，但耗时较长、成本较高，还可能导致基因组意外重排。为解决这些问题，育种方式逐渐向分子育种、基因组辅助育种发展[5]。基因编辑技术CRISPR/Cas9作为现代育种中的常用工具之一，具有高效、简单等优势，可以消除目标基因；且基因变化稳定，可用于编辑理想性状，并稳定遗传[6]。随着测序技术的快速发展，精确操纵其基因组以实现所需的性状成为可能[1]。
蔬菜种类繁多，可作为食物食用的部分包括叶、茎、块茎、根、球茎和果实等，目前广泛种植的蔬菜有30余种[7]。经过较长时间的驯化以及栽培技术的优化，蔬菜作物的产量得到较大提升[8]。大多数蔬菜的产量低于小麦（Triticum aestivum L.）、玉米（Zea mays L.）和水稻（Oryza sativa L.）等主要粮食作物，且只在有限的区域内供应[9]。蔬菜产量受干旱、极端气候和病虫害等诸多因素影响[10-11]。蔬菜品质也是评价其产量的一个因素，包括抗病性、果实风味、果实形状和植株结构等[8，12]。分子育种技术被用于提高蔬菜作物的产量和改善其品质，以满足消费者日常需求。目前，大部分综述集中在蔬菜品种的非生物或生物胁迫，或对其育种方法进行深入研究，而对蔬菜传统育种和现代分子育种技术的综合评述较少。本文综述了当前用于蔬菜作物的传统和现代育种技术，为促进抗病害、耐非生物胁迫的高产蔬菜作物的开发提供参考。
1 传统育种技术
蔬菜作物育种目的是培育出适应不同环境条件和市场需求的高产、优质和抗逆品种。传统育种方法通过人为干预和选择，对种质资源进行观察、筛选和配组，逐步选育出符合要求的品种，在一定程度上加速了植物遗传变异的过程[13]。该育种方法主要包括广泛杂交、近亲繁殖、野生作物引种、突变育种、双单倍体技术以及组织培养等[14-15]。通过亲本间的遗传多样性，可以培育出具有良好综合能力和特异组合能力的近交系，然后利用这些近交系培育出优质杂交种[16]。辣椒（Capsicum annuum L.）生产中常受到许多生物因素威胁，如细菌性枯萎病、植物根腐病、黄瓜花叶病毒、根结线虫、蚜虫和蓟马等[17]。Li等[18]研究了2种辣椒类型，其中小果型印度辣椒‘Perennial’对多种病毒的抗性特征明显，对黄瓜花叶病毒具有耐受性或部分抗性；另一个小果型辛辣辣椒品种‘BG2814-6’具有比‘Perennial’更完全的抗性等位基因，2种辣椒杂交，获得具有更强抗黄瓜花叶病毒的品系。传统育种方法在一定程度上解决了蔬菜作物育种中的一些问题，如改良品种的产量、抗病性和适应性等，提高了蔬菜的品质和经济效益。然而，传统育种方法在实际育种实践中也存在一些不足，如通常依赖纯系，需经过6～7代自交才能获得纯合的同源品系，劳动密集且费时费力；自交育种易导致基因型的固定和遗传瓶颈，杂交育种需解决亲本杂交障碍和品种间遗传不稳定等问题，变种育种则面临变异稳定性和市场认可度有待提高等挑战[16，19]。
2 现代育种技术
现代育种技术可有效克服传统育种方法的局限性，提高育种效率和精准度，为蔬菜作物的品种改良和产业发展带来新的机遇和挑战。物理、化学和生物（T-DNA插入/转座子）诱变等基因操作技术在基因的功能研究和确定作物物种改良的生物机制方面具有重要作用[20]。
2.1 基因编辑技术
基因编辑作物可携带所需性状的编辑DNA，其得到的品种可直接应用，可接受性和消费问题较少[21]。第一代基因编辑工具包括锌指核酸酶、转录激活子样效应因子核酸酶，因其可能出现诱变结果不良、编辑效率低、过程耗时以及选择和筛选过程烦琐，受到一定程度的限制[20-22]。第二代基因编辑工具Cas9的出现在很大程度上解决了这些问题，其有针对性地破坏、添加或替换大部分基因，实现精确改变基因组中的一个碱基或删除一长段染色体[23]。这些位点特异性核酸酶可用于一系列作物的育种技术应用中，将单个基因或完整的代谢途径引入作物基因组以赋予其新性状的能力也即将实现。建立一个通用且有效的蔬菜作物遗传转化和再生系统需要考虑编辑效率以及多种因素影响，如sgRNA和GC的数量以及sgRNA和Cas9的表达水平等。
基因编辑技术为蔬菜育种注入了新的活力，其能准确地识别和定位基因组中的特定序列，然后改变目标序列，实现对目标性状的精准调控以及高效的遗传改良，为育种提供了更多可能性[24]。通过基因编辑技术可有效提高蔬菜对病虫害的抗性，延长货架期，改善口感和营养价值，为培育更具市场竞争力和适应性的蔬菜品种提供了新的途径和手段。然而，基因编辑相关系统较难使用，且需耗费大量的实验室资源和成本，因此，CRISPR/Cas9系统逐渐成为一种应用较广泛的基因组/基因编辑方法，为培育更具市场竞争力和环境适应性的蔬菜品种奠定坚实基础[25]。实际应用中，以CRISPR/Cas9为基础的基因编辑技术通过组织培养产生编辑植物，通常效率低、耗时长，只适用于有限的物种和基因型，在一定程度上限制了基因编辑技术在所有植物中的应用[26]。Nelson-vasilchik等[27]研究表明，通过将发育调节剂和基因编辑试剂输送到整株植物的体细胞中，可诱导分生组织产生具有目标DNA修饰的嫩枝，基因编辑分生组织的全新诱导避免了组织培养的需要，有望突破植物基因编辑技术的瓶颈。目前，对基因组进行定向改造的技术已经从产生随机突变发展到精确的碱基置换，实现了小DNA片段的插入、置换和删除，以及对大DNA片段的精确操作[28]。碱基编辑、质粒编辑和其他CRISPR相关系统的发展为植物基础研究和精确分子育种奠定了坚实的技术基础[29]。遗传改良可以通过对蔬菜植物遗传材料的改良和创新，培育出更具竞争力的新品种，以满足市场和消费者需求。随着基因组学、转录组学等技术的不断发展与完善，将为蔬菜育种提供更为全面的遗传信息和分析手段。
2.2 基因组学技术
基因组学技术的引入为蔬菜育种提供了新的工具和策略，使得育种过程更加高效和精准。基因组测序技术是基因组学在蔬菜育种中应用的基础。早期的基因组研究主要集中于模式植物如拟南芥[Arabidopsis thaliana （L.） Heynh.]和主要经济作物如水稻和玉米中，这些研究为蔬菜作物基因组测序奠定了技术基础[30-32]。随着番茄（Solanum lycopersicum L.）基因组测序项目取得重要进展，以及拟南芥的基因组测序完成，对蔬菜作物基因组学研究具有指导意义。随着Sanger测序技术的优化和新一代测序技术的引入，辣椒、黄瓜（Cucumis sativus L.）等蔬菜的基因组测序工作得以快速推进，提高了测序效率和数据质量[33-34]。通过高通量测序技术，可快速获得蔬菜的完整基因组信息，这些数据为识别与性状相关的基因提供了基础，推动了功能基因组学的发展。完整基因组测序技术，如全基因组测序已经应用于黄瓜[34]、辣椒[35]和甜瓜（Cucumis melo L.）[36]等多种蔬菜作物；这些基因组数据不仅帮助研究人员绘制了遗传图谱，还识别了大量的功能基因和遗传变异位点。近年来，功能基因组学成为研究热点之一，重点关注基因功能、表达调控及基因与环境的交互作用等。Luo等[37]研究了冬瓜[Benincasa hispida （Thunb.） Cogn.]中的68个小辅助素上调RNA（SAUR）基因，发现BhSAUR60表现出不同的表达模式，可能在果实发育中发挥重要作用。Xiao等[38]构建了一个ChIP-Seq文库，分析了Teosinte支链1/cycloidea/增殖细胞因子在茄子（Solanum melongena L.）细菌性枯萎病感染过程中的转录靶基因，揭示SmTCP7a对青枯菌引起的细菌性枯萎病有正向调控作用。随着单细胞测序和表观基因组学技术的进步，基因组测序技术将继续在农业生产中发挥重要作用。
2.3 分子标记技术
蔬菜作物育种逐渐引入了分子标记辅助育种、基因编辑和遗传改良等技术手段。其中，分子标记技术是基因组学在蔬菜育种中应用的重要方面，通过开发与性状相关的分子标记，育种者可在早期筛选出优良种子，从而加速育种进程。基于基因组数据的分子标记开发包括单核苷酸多态性（SNP）标记和插入-缺失（InDel）标记，这些标记与目标性状的关联为辅助选择育种提供了工具。例如，SNP标记在番茄和黄瓜的品种改良中被广泛应用，以筛选抗病和高产的品种。而标记辅助选择（MAS）结合了分子标记与传统育种方法，可显著提高育种效率。在MAS中，标记用于预测植物是否具有目标性状，从而在育种过程中进行早期筛选，减少了对实际表型测定的依赖[39-40]。目前，相关研究通过黄瓜、马铃薯（Solanum tuberosum L.）、番茄、大白菜（Brassica rapa var. glabra Regel）和其他主要蔬菜作物的基因组序列来确定相应染色体位置，进而进行分子标记辅助选择育种或鉴定不同种质之间的遗传关系[41]。除此之外，形态标记（性状特异性）、蛋白标记（同工酶）、细胞学标记（染色体特异性）和DNA标记等被用于植物育种中[42]。SSR、Indels、SNPs、基因组测序、基因型测序和microRNAs等分子育种工具也被用于作物改良中[43]。
2.4 转基因技术
通过对蔬菜植株的基因进行改良，可实现对蔬菜植株生长特性和产量的调控，精准编辑蔬菜的基因序列，实现对抗病性、抗逆性等重要性状的改良；同时，利用具有高抗逆性、高营养、高风味和高经济价值的蔬菜作物，来满足对食物和营养的多样化需求[9]。该技术为蔬菜育种提供了新的手段，使目标性状的改良更加高效和精准。转基因技术在初期阶段主要依赖于农杆菌介导法和基因枪法。第一批转基因蔬菜品种（如转基因番茄）在实验室中开发，其研究重点是技术的建立和优化[28]。随着转基因技术逐渐成熟，应用范围也明显扩展，多种抗病虫害、抗旱以及品质提升的转基因蔬菜品种被生产，其中，转基因番茄的商业化标志着该技术在蔬菜育种中得到突破[29]。
随着高通量测序技术的发展，转基因技术的应用进一步深化。相关学者利用CRISPR/Cas9等基因编辑技术对蔬菜作物进行精准改造，实现了多种蔬菜抗逆境、营养价值提高和保鲜期延长的转基因改良。经过基因改良的番茄品种，其糖分含量增加，口感更加甜美；通过改良蔬菜的色泽和形状，可增强其市场竞争力[41]。芸薹属作物包括油菜（Brassica napus L.）、芥菜[Brassica juncea （L.） Czern.]等油料作物，甘蓝（Brassica oleracea var. capitata L.）等根、叶和茎类蔬菜。这些作物均有彩色变种，除了增加美感之外，其还可能在营养成分和抗逆性方面具有优势[44]。高效的基因编辑手段不仅可以加速育种进程，还可以改善蔬菜的口感、营养成分等，使其在市场上更具竞争力[45]。然而，该育种技术的应用也面临一些挑战，如遗传改良可能导致基因污染，对生态系统造成影响；公众对转基因食品的生物安全性、接受度有待提高。因此，在推进蔬菜遗传改良过程中，需严格评估风险和利弊，确保改良品种的安全性和可持续性。
3 结论与展望
完成部分主要蔬菜作物的基因组测序，加速了分子育种的进程。参考基因组信息、基因组重测序和基因分型，开发出一系列新颖的鉴定方法，以鉴定重要的农艺性状，并应用于多数蔬菜作物的遗传改良[8]。CRISPR/Cas9的开发为植物基因组编辑带来了较大改变[46]，在开发抗病和耐非生物胁迫作物、提高产量、提升营养价值和延长保质期方面取得了长足进展。了解新的基因功能和控制植物重要农艺性状基因的调控机制，将有助于进一步推进基因组编辑技术在作物改良中的应用。通过鉴定和编辑涉及抗逆性和提高产量的基因，将可能培育出适应气候变化的优良作物[42]。除了基因编辑技术，还有一些新的育种方法也在不断涌现，为蔬菜育种的发展带来了更多可能性。如利用大数据和人工智能技术来加速育种进程、挖掘潜在的优良基因；利用基因组学技术揭示蔬菜作物的遗传特性和代谢途径，为育种提供更多的信息和资源[42]。未来，随着科技的不断发展和创新，蔬菜作物育种领域将迎来更好的发展前景，为推动相关产业的可持续发展和满足人们对健康生活的需求做出贡献。
综上，本文综述了传统育种与现代技术结合、基因组学技术、分子标记和基因编辑技术以及转基因技术在蔬菜作物育种中的应用，为加强抗病害、耐非生物胁迫的高产蔬菜作物开发提供参考。未来将继续探索基因组辅助育种的潜力，将大数据和人工智能等技术应用于蔬菜育种中，以开发更多适应性强、产量高的蔬菜品种。