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高效育種讓番茄辣椒好種好吃,挖掘種質(zhì)資源實(shí)現(xiàn)“一箭雙雕”
來源:《中國科學(xué)報(bào)》 2020-02-11 13:24:49

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)

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