葉志彪查看“華番12”在大棚的生長情況。葉志彪供圖

蔬菜與病蟲害的抗?fàn)帍奈赐Ｐ?。然而，大量使用農(nóng)藥會給人類健康、環(huán)境等帶來很多不利影響?？茖W(xué)家們一直在尋求兩全其美的辦法，既可以減少農(nóng)藥施用量，又可以保證蔬菜的安全生產(chǎn)與供給。

“那就要培育出既多抗又優(yōu)質(zhì)、豐產(chǎn)的品種。”20年前，華中農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝林學(xué)學(xué)院教授葉志彪就萌生出這樣的想法，并不斷付諸實(shí)踐，開展科技攻關(guān)。他帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)從傳統(tǒng)的育種方式，到現(xiàn)在的分子育種技術(shù)，突破重重困境，讓“魚”和“熊掌”可以兼得，育成一批抗多種病害、品質(zhì)優(yōu)良的番茄和辣椒新品種。

近日，他們的科研成果榮獲國家科技進(jìn)步獎二等獎，也是園藝科學(xué)領(lǐng)域2019年度唯一的國家科技進(jìn)步獎。

育種效率提高3倍以上

茄果類蔬菜是我國重要的蔬菜作物，其中番茄和辣椒占茄果類蔬菜種植面積80.1%，達(dá)5200萬畝。本該是高效益的蔬菜，其發(fā)展卻屢屢受挫。

由于栽培環(huán)境和育種目標(biāo)的變化，番茄栽培面對的逆境日益嚴(yán)峻，同時果實(shí)的風(fēng)味和品質(zhì)在一段時間內(nèi)呈下降趨勢。“番茄是世界上最主要的蔬菜作物之一，也是生物學(xué)研究的模式植物。開展對番茄的育種工作尤為緊迫。”葉志彪在接受《中國科學(xué)報(bào)》采訪時說。

番茄和辣椒都起源于南美洲，同屬茄科，具有相近的遺傳學(xué)背景、相似的生物學(xué)特性、共有的重要病害以及相通的育種方法。因此，科研人員常常把兩者的育種工作結(jié)合起來開展。

不過，傳統(tǒng)的選育手段，主要是靠人的感官來評價(jià)，育種周期長，選育效率低，也不能滿足產(chǎn)業(yè)對品種的需求。

基因組學(xué)與生物技術(shù)的進(jìn)步推動了育種工作的發(fā)展。葉志彪團(tuán)隊(duì)克隆和鑒定了抗性和品質(zhì)性狀調(diào)控基因65個，其中關(guān)鍵基因6個;在國際上首次研發(fā)出原創(chuàng)性分子標(biāo)記22個;在國內(nèi)率先開發(fā)出一套番茄實(shí)用分子標(biāo)記59個、辣椒抗病分子標(biāo)記6個等。

值得一提的是，“我們在國際上首創(chuàng)番茄高通量分子標(biāo)記基因分型系統(tǒng)，能一次性檢測性狀位點(diǎn)達(dá)50個，比原有檢測技術(shù)提高效率20倍以上，茄果類蔬菜育種效率提高3倍以上，縮短育種周期3年左右。”葉志彪介紹。

“我們率先創(chuàng)建和開發(fā)的蔬菜分子標(biāo)記及分子標(biāo)記檢測體系，為分子標(biāo)記輔助育種技術(shù)在我國蔬菜育種上的應(yīng)用推廣，以及加速番茄分子育種，發(fā)揮了重要作用。”團(tuán)隊(duì)成員、華中農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝林學(xué)學(xué)院教授張俊紅在接受《中國科學(xué)報(bào)》采訪時說。

挖掘種質(zhì)資源實(shí)現(xiàn)“一箭雙雕”

對于育種科學(xué)家來說，種質(zhì)資源非常重要，種質(zhì)資源的收集、保存、研究等，為育種工作奠定豐富的物質(zhì)基礎(chǔ)。

為了更好地開展后續(xù)研究工作，他們還建立了高效的番茄、辣椒種質(zhì)資源綜合評價(jià)技術(shù)體系。“我們從2750份茄果類蔬菜種質(zhì)材料著手，鑒定出抗病、優(yōu)質(zhì)的番茄、辣椒種質(zhì)139份。”葉志彪說。

青枯病是我國南方地區(qū)種植番茄的最大“攔路虎”。張俊紅介紹，一般抗青枯病的品種，其果實(shí)都比較小，如何打破青枯病抗性與小果性狀連鎖問題是一個國際性難題。

2008年對于番茄產(chǎn)業(yè)來說是重創(chuàng)的一年，番茄黃化曲葉病毒病大規(guī)模暴發(fā)，嚴(yán)重影響番茄種植。據(jù)張俊紅回憶，當(dāng)時抗黃化曲葉病毒病番茄品種掌握在國外公司手里，國內(nèi)非常稀缺，急需這類品種。

這兩種病害都給我國番茄產(chǎn)業(yè)造成巨大威脅。那么是否可以“一箭雙雕”，育成可以同時抗這兩種病害的品種呢?

為了趟出這條路，他們對鑒定獲得的抗青枯病種質(zhì)材料與抗黃化曲葉病毒病大果番茄進(jìn)行雜交、多代回交，通過分子標(biāo)記輔助選擇和田間抗性選擇，育成兼抗青枯病和黃化曲葉病毒病的大果型自交系13份。其中一份表現(xiàn)出青枯病顯性抗性，這就是后來選育的新品種“華番12”的抗源親本。

至此，該團(tuán)隊(duì)已經(jīng)創(chuàng)制出茄果類蔬菜種質(zhì)572份、遺傳育種群體10個、優(yōu)異核心育種材料67份，為優(yōu)異基因發(fā)掘和分子標(biāo)記開發(fā)提供了重要的材料。

10個新品種各顯神通

“我們在育種的時候要解決三個問題。首先是讓種植者好種，通過品種來克服需要栽培解決的問題，比如多抗、高產(chǎn)等;還要讓新品種具有較好的商品性，比如有好的品質(zhì)、外觀，耐貯運(yùn)，保障產(chǎn)品從產(chǎn)地到市場不會有太大損失;更重要的是滿足消費(fèi)者對于營養(yǎng)和風(fēng)味、口感的要求。”葉志彪說，“讓番茄、辣椒易種又好吃是我們的育種目標(biāo)。”

利用高效的分子標(biāo)記輔助育種技術(shù)和創(chuàng)制的優(yōu)異育種材料，他們育成了聚合多種抗性、品質(zhì)優(yōu)良的番茄和辣椒新品種10個，它們獨(dú)具特色，各顯神通。

其中，“華番12”是世界上首個兼抗青枯病和黃化曲葉病毒病的大果番茄品種，平均單果重達(dá)230克，攻克了青枯病抗性與小果連鎖的難題，成為湖北、廣西、廣東等地區(qū)首選品種，還被廣西、海南等番茄產(chǎn)區(qū)廣泛用作抗青枯病砧木品種。

由西安金鵬種苗有限公司和華中農(nóng)大合作選育而成的“金棚八號”，是國內(nèi)首個抗黃化曲葉病毒病、耐低溫弱光的優(yōu)質(zhì)粉果番茄品種，具有連續(xù)坐果能力強(qiáng)、果實(shí)商品率高、貨架期長等優(yōu)點(diǎn)，平均單果重200至250克，畝產(chǎn)7500至10000千克。由于耐寒性強(qiáng)、抗多種病害、商品果率高，成為國產(chǎn)抗黃化曲葉病毒病番茄品種中推廣時間最長、種植面積最大的品種。

“長江流域地區(qū)比較喜歡吃虎皮青椒。針對這樣的需求，我們運(yùn)用復(fù)合雜交、分子標(biāo)記輔助選擇等方法，育成了華中地區(qū)推廣面積最大的優(yōu)質(zhì)薄皮辣椒品種‘佳美2號’。”湖北省農(nóng)科院經(jīng)濟(jì)作物研究所副所長姚明華在接受《中國科學(xué)報(bào)》采訪時介紹，這個品種不僅果大皮薄口感好，而且早熟、豐產(chǎn)、抗病性及抗逆性強(qiáng)、連續(xù)坐果能力強(qiáng)，非常受農(nóng)民和消費(fèi)者的喜歡，占湖北省辣椒種植面積的35%。

其他7個新品種也各自發(fā)揮獨(dú)有的特性，得到大面積推廣，種子甚至出口國外。

“自從獲獎后，我們都倍感壓力，深感育種工作還有很長的路要走。借此次獲獎的契機(jī)，我希望團(tuán)隊(duì)進(jìn)一步開展合作，把番茄從基礎(chǔ)研究、應(yīng)用再到老百姓餐桌上的產(chǎn)業(yè)鏈做得更好。”葉志彪說。(記者 張晴丹)