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高效育种让番茄辣椒好种好吃

2020/2/11 10:25:57
来源:中国科学报 新闻记者:张晴丹



  叶志彪查看“华番12”在大棚的生长情况。叶志彪供图

蔬菜与病虫害的抗争从未停歇。然而,大量使用农药会给人类健康、环境等带来很多不利影响。科学家们一直在寻求两全其美的办法,既可以减少农药施用量,又可以保证蔬菜的安全生产与供给。

“那就要培育出既多抗又优质、丰产的品种。”20年前,华中农业大学园艺林学学院教授叶志彪就萌生出这样的想法,并不断付诸实践,开展科技攻关。他带领团队从传统的育种方式,到现在的分子育种技术,突破重重困境,让“鱼”和“熊掌”可以兼得,育成一批抗多种病害、品质优良的番茄和辣椒新品种。

近日,他们的科研成果荣获国家科技进步奖二等奖,也是园艺科学领域2019年度唯一的国家科技进步奖。

育种效率提高3倍以上

茄果类蔬菜是我国重要的蔬菜作物,其中番茄和辣椒占茄果类蔬菜种植面积80.1%,达5200万亩。本该是高效益的蔬菜,其发展却屡屡受挫。

由于栽培环境和育种目标的变化,番茄栽培面对的逆境日益严峻,同时果实的风味和品质在一段时间内呈下降趋势。“番茄是世界上最主要的蔬菜作物之一,也是生物学研究的模式植物。开展对番茄的育种工作尤为紧迫。”叶志彪在接受《中国科学报》采访时说。

番茄和辣椒都起源于南美洲,同属茄科,具有相近的遗传学背景、相似的生物学特性、共有的重要病害以及相通的育种方法。因此,科研人员常常把两者的育种工作结合起来开展。

不过,传统的选育手段,主要是靠人的感官来评价,育种周期长,选育效率低,也不能满足产业对品种的需求。

基因组学与生物技术的进步推动了育种工作的发展。叶志彪团队克隆和鉴定了抗性和品质性状调控基因65个,其中关键基因6个;在国际上首次研发出原创性分子标记22个;在国内率先开发出一套番茄实用分子标记59个、辣椒抗病分子标记6个等。

值得一提的是,“我们在国际上首创番茄高通量分子标记基因分型系统,能一次性检测性状位点达50个,比原有检测技术提高效率20倍以上,茄果类蔬菜育种效率提高3倍以上,缩短育种周期3年左右。”叶志彪介绍。

“我们率先创建和开发的蔬菜分子标记及分子标记检测体系,为分子标记辅助育种技术在我国蔬菜育种上的应用推广,以及加速番茄分子育种,发挥了重要作用。”团队成员、华中农业大学园艺林学学院教授张俊红在接受《中国科学报》采访时说。

挖掘种质资源实现“一箭双雕”

对于育种科学家来说,种质资源非常重要,种质资源的收集、保存、研究等,为育种工作奠定丰富的物质基础。

为了更好地开展后续研究工作,他们还建立了高效的番茄、辣椒种质资源综合评价技术体系。“我们从2750份茄果类蔬菜种质材料着手,鉴定出抗病、优质的番茄、辣椒种质139份。”叶志彪说。

青枯病是我国南方地区种植番茄的最大“拦路虎”。张俊红介绍,一般抗青枯病的品种,其果实都比较小,如何打破青枯病抗性与小果性状连锁问题是一个国际性难题。

2008年对于番茄产业来说是重创的一年,番茄黄化曲叶病毒病大规模暴发,严重影响番茄种植。据张俊红回忆,当时抗黄化曲叶病毒病番茄品种掌握在国外公司手里,国内非常稀缺,急需这类品种。

这两种病害都给我国番茄产业造成巨大威胁。那么是否可以“一箭双雕”,育成可以同时抗这两种病害的品种呢?

为了趟出这条路,他们对鉴定获得的抗青枯病种质材料与抗黄化曲叶病毒病大果番茄进行杂交、多代回交,通过分子标记辅助选择和田间抗性选择,育成兼抗青枯病和黄化曲叶病毒病的大果型自交系13份。其中一份表现出青枯病显性抗性,这就是后来选育的新品种“华番12”的抗源亲本。

至此,该团队已经创制出茄果类蔬菜种质572份、遗传育种群体10个、优异核心育种材料67份,为优异基因发掘和分子标记开发提供了重要的材料。

10个新品种各显神通

“我们在育种的时候要解决三个问题。首先是让种植者好种,通过品种来克服需要栽培解决的问题,比如多抗、高产等;还要让新品种具有较好的商品性,比如有好的品质、外观,耐贮运,保障产品从产地到市场不会有太大损失;更重要的是满足消费者对于营养和风味、口感的要求。”叶志彪说,“让番茄、辣椒易种又好吃是我们的育种目标。”

利用高效的分子标记辅助育种技术和创制的优异育种材料,他们育成了聚合多种抗性、品质优良的番茄和辣椒新品种10个,它们独具特色,各显神通。

其中,“华番12”是世界上首个兼抗青枯病和黄化曲叶病毒病的大果番茄品种,平均单果重达230克,攻克了青枯病抗性与小果连锁的难题,成为湖北、广西、广东等地区首选品种,还被广西、海南等番茄产区广泛用作抗青枯病砧木品种。

由西安金鹏种苗有限公司和华中农大合作选育而成的“金棚八号”,是国内首个抗黄化曲叶病毒病、耐低温弱光的优质粉果番茄品种,具有连续坐果能力强、果实商品率高、货架期长等优点,平均单果重200至250克,亩产7500至10000千克。由于耐寒性强、抗多种病害、商品果率高,成为国产抗黄化曲叶病毒病番茄品种中推广时间最长、种植面积最大的品种。

“长江流域地区比较喜欢吃虎皮青椒。针对这样的需求,我们运用复合杂交、分子标记辅助选择等方法,育成了华中地区推广面积最大的优质薄皮辣椒品种‘佳美2号’。”湖北省农科院经济作物研究所副所长姚明华在接受《中国科学报》采访时介绍,这个品种不仅果大皮薄口感好,而且早熟、丰产、抗病性及抗逆性强、连续坐果能力强,非常受农民和消费者的喜欢,占湖北省辣椒种植面积的35%。

其他7个新品种也各自发挥独有的特性,得到大面积推广,种子甚至出口国外。

“自从获奖后,我们都倍感压力,深感育种工作还有很长的路要走。借此次获奖的契机,我希望团队进一步开展合作,把番茄从基础研究、应用再到老百姓餐桌上的产业链做得更好。”叶志彪说。



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