劍麻邁入設計育種時代

時間：2025-01-21 作者：楊子平 來源：光明網(wǎng) 點擊次數(shù)：5661

劍麻是熱帶地區(qū)一種重要的纖維作物，廣泛用于制造船用纜繩、鋼索芯材、高級地毯和拋光輪等產(chǎn)品。同時，劍麻已被列為國家戰(zhàn)略物資，其產(chǎn)量和品質(zhì)不僅關乎社會經(jīng)濟的發(fā)展，還與國防建設緊密相連。

目前，病害是制約劍麻產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重要因素之一。因此，培育高產(chǎn)抗病劍麻新品種，對于提升劍麻產(chǎn)量、保障劍麻產(chǎn)業(yè)的良性發(fā)展具有重要意義。

我國劍麻育種技術歷經(jīng)70余年更替與發(fā)展，現(xiàn)已進入設計育種初步階段，育種效率提升工作初現(xiàn)成效。

劍麻生產(chǎn)基地

劍麻原產(chǎn)地為墨西哥，20世紀50～60年代被我國引進種植。20世紀50年代我國主要種植品種為番麻，產(chǎn)量低、纖維質(zhì)量差，單產(chǎn)只有225-300 kg/hm2；60年代改種普通劍麻，產(chǎn)量和質(zhì)量有所提高，單產(chǎn)達到450-750 kg/hm2，但冬季易造成生理性葉斑病，一定程度上限制了劍麻的生產(chǎn)。同一時期，我國開始推廣“龍舌蘭雜種11648”（簡稱“H.11648”）劍麻，其產(chǎn)量成倍增加，單產(chǎn)達到4500 kg/hm2，為世界平均水平的4倍，并迅速成為我國的主栽品種。

H.11648劍麻育種基地

雖然H.11648具有高產(chǎn)特性，卻易發(fā)生斑馬紋病、莖腐病和紫色卷葉病，其中紫色卷葉病的爆發(fā)和流行導致劍麻產(chǎn)量下降，經(jīng)濟效益降低，已造成我國劍麻種植面積大幅縮減。

斑馬紋病

紫色卷葉病

為解決這些問題，農(nóng)業(yè)科技人員積極使用雜交育種、輻射誘變和突變選育技術等方法，培育了速生快長、產(chǎn)量高、抗斑馬紋病和莖腐病的東16、東368、東27、東74、東109等品種；培育了具有較高產(chǎn)量和抗斑馬紋病的76416、粵西114、熱麻1號劍麻、南亞2號等品種。

粵西114號劍麻

熱麻1號劍麻

然而，由于劍麻為多年生單次開花植物，開花時間普遍在10～30年，上述常規(guī)育種存在周期漫長、基因型純合速度緩慢、雜交效率低和性狀改良精準性差等缺點。

近年來，單倍體育種、分子標記輔助育種和轉基因育種等生物技術流行，已先后用于劍麻品種改良上，極大豐富了劍麻育種技術手段。

通過單倍誘導技術縮短劍麻育種周期

劍麻單倍體育種是利用組織培養(yǎng)技術進行花藥培養(yǎng)或小孢子培養(yǎng)，誘導雄配子發(fā)育成單倍體植株。單倍體植株經(jīng)過染色體加倍獲得純合穩(wěn)定、正常結實的二倍體植株，通過性狀鑒定獲得劍麻新品種，可將劍麻新品種培育由傳統(tǒng)的10-20年縮短為8-10年，加快育種進程。

通過單倍體誘導技術不僅能對優(yōu)良親本進行培養(yǎng)，獲得純合的親本，也可利用該技術對優(yōu)良親本雜交后代進行培養(yǎng)，獲得聚合雙親優(yōu)良性狀且能穩(wěn)定遺傳的雜交后代。

目前中國熱帶農(nóng)業(yè)科學院南亞熱帶作物研究所（簡稱“南亞所”）劍麻研究團隊實現(xiàn)了對H.11648和弧葉龍舌蘭的單倍體誘導培養(yǎng)。

劍麻花藥誘導單倍體

借助分子標記技術提高劍麻育種選擇的準確性

在劍麻育種過程中，對于產(chǎn)量和不具有發(fā)病條件下的抗病性等需要進行生化分析鑒定或誘發(fā)病害鑒定。

劍麻童期長，一些性狀無法在童期檢測，選取優(yōu)良性狀的劍麻品種就像開盲盒，增加了后續(xù)育種時間成本和工作量。為了提高育種效率，南亞所劍麻研究團隊采用了分子標記輔助育種技術。

分子標記輔助育種是針對控制目標性狀的基因，開發(fā)出一段與目標性狀緊密連鎖的DNA標記，只要在所選擇的植株中能檢測到目標DNA序列，就意味著控制目標性狀基因的存在，提高了選擇的精準性。目前應用比較多的是InDel、SSR和SNP等標記。

南亞所劍麻研究團隊當前已開發(fā)了與斑馬紋病抗性、紫色卷葉病抗性、纖維含量等抗性基因高度連鎖的分子標記，極大提高了育種效率和育種精確性，并且開發(fā)了用來鑒定雜交后代和制定種質(zhì)資源的指紋圖譜的分子標記，規(guī)范了劍麻種質(zhì)資源收集和評價。

利用轉基因技術定向改良劍麻

由于劍麻基因組中重復序列占比高達近80%，雜交育種中有效基因的交流效率低、雜交后代基數(shù)大，培育工作繁重，誘變育種的變異方向不可控、致死率高等問題突出。因此，有針對性的將控制優(yōu)良性狀（如抗病、高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、抗逆等）的基因通過轉基因育種技術轉入劍麻，可顯著提高育種效率。

通過構建雜交群體、繪制遺傳圖譜和QTL等技術，南亞所劍麻研究團隊對劍麻的纖維產(chǎn)量、斑馬紋病抗性、紫色卷葉病抗性等相關性狀進行了定位，目前正在對候選基因的功能進行系統(tǒng)鑒定，功能明確的基因將被應用于劍麻轉基因育種。

在劍麻育種工作中，不同育種技術的有機結合，解決了許多育種難題。我們相信，隨著新的生物育種技術不斷發(fā)展，我們可充分利用生物育種技術精準、高效和智能等特性，推動劍麻產(chǎn)業(yè)提質(zhì)增效，為打贏種業(yè)攻堅戰(zhàn)作出積極貢獻。

責任編輯：熱作發(fā)展處