烟草育种——推动烟叶生产走向高质量多用途
本报记者 李丽颖
11月27日,中国农业科学院烟草研究所在建所60周年之际在山东青岛召开特种作物发展战略研讨会,中国工程院院士王汉中,美国科学院院士朱健康等国内外科研院校专家学者以及相关政府部门领导等共同研讨了特种作物特别是烟草农业发展战略,围绕行业重大关键问题开展科技创新和攻关。烟草研究所所长王元英在接受记者采访时表示,烟草育种已进入现代分子技术与常规育种技术紧密结合的时代,将会促进烟叶高品质、高安全性、多抗性、多用途等方向发展。
定向高效培育优良品种
成立于1958年的中国农科院烟草研究所,作为我国烟草农业科研体系的奠基者和科技创新的引领者,针对不同历史时期制约行业发展的关键问题,牵头组织协调全国烟草科研协作和联合攻关,见证了烟草农业科研的不断发展与进步。
烟叶是烟草行业发展的基础,而品种又是烟叶生产的基础,因此培育优良品种是烟叶质量不断提高和烟叶生产稳定发展的重要途径。记者了解到,从抗病品种到优质品种,从杂交育种到分子育种,在烟草所科研人员的攻关下,适宜我国种植的烟草新品种不断涌现。烟草研究所先后育成“中烟14”“中烟15”“中烟86”“中烟90”等品种,通过国家审定并大面积推广应用;在国内首次转育出雄性不育系MsG-28,为杂交种在生产上推广应用提供了支撑。其中,“中烟100”实现优质丰产,兼具高抗赤星病、黑胫病的突破。王元英介绍说,“中烟100”品种适应性强,在黄淮、华中和东北烟区得到了大面积推广,成为近十几年来北方烟区的主栽品种,为中国烟草的发展和烟农增收贡献了力量。
叶面出现褐色坏死斑,叶片不同程度地皱缩、畸形……这是烟草黄瓜花叶病毒病(CMV)的典型症状。长期以来,包括TMV、CMV、PVY在内的烟草病毒病病害严重影响着我国烟叶生产。结合现代烟草农业发展的需求,近年来,烟草所将抗病毒病品种选育作为分子育种研究的主攻方向,新育成的新K326实现优质兼抗病毒病的重大突破。“分子育种在改善品质、增强抗性、提高产量等方面已显示出巨大潜力,可以实现快速、定向、高效的品种遗传改良。”王元英介绍说。
王元英表示,烟草科研既要满足行业发展需求,还要考虑到烟民健康问题。烟草所围绕“高香低焦”烤烟品种选育,先后育成低苯并芘和特征香韵烤烟新品系,显著降低了烟草有害成分。
种质资源为创新提供有力支撑
没有种质资源,无论是育种还是种质创新,将会成为“无米之炊”、“无源之水”。依托烟草所建设的国家烟草种质资源中期库,截至目前保存各类型烟草种质资源5767份,保存数量居世界第一位,开展了烟草种质资源收集保存、编目登记、繁殖更新、鉴定评价等基础性工作。近5年,为全国各类科研院所、高校提供烟草种质资源6000余份次,支撑各类研究课题81项。利用提供的烟草种质培育烟草新品种23个,占同期通过国家审定烟草品种总数的68%,有效支撑了烟草农业发展,支撑了以烟草为研究对象的创新研究。
烟草所还开展了烟草核心种质资源重测序和重要性状关联分析研究,筛选了247份各类型烟草核心种质,开展全基因组重测序,鉴定31组重要性状,通过全基因组关联分析,预测18个重要性状候选基因。烟草种质资源的创新研究支撑产业发展效果显著。
烟草所生物技术研究中心主任孙玉合研究员介绍,由烟草所参与实施的烟草全基因组序列图谱——绒毛状烟草和林烟草全基因组序列图谱已绘制完成,是目前已知植物基因组序列图谱中基因组最大、组装精度最高、组装结果最好的2个图谱。在此基础上,集中突破生物信息学、突变体库建设、关键基因定位与品种改良、基因编辑等关键技术,建成了世界上迄今为止最大规模的烟草突变体材料库,变异性状极其丰富,基本覆盖了烟草基因组在人工诱变条件下可能的突变位点。
拓展烟草多用途多功能研究
在传统观念里,烟草似乎只能用来制作香烟,烟草所的最新研究颠覆了这一理念。烟草所在2015年成立植物功能成分研究中心,组建了烟草功能成分与综合利用创新团队,提前谋划科技创新支撑烟草行业转型发展,重点开展了烟草有益功能成分、烟草生物反应器、新型烟草制品等方面的研究工作,拓展烟草的新功能、新用途。目前,烟草功能成分与综合利用科研团队已围绕主要有益活性成分完成了600多份烟草资源的筛选,发现烟草是含有多种天然有益活性成分的宝库。
科研团队对烟草种子化学成分解析研究发现,烟草种子油亚油酸含量是橄榄油的10倍,总不饱和脂肪酸含量可与核桃、葡萄籽、亚麻籽油媲美,植物甾醇含量高于玉米油,烟草种子油还含有丰富的角鲨烯、叶黄素等活性成分。大鼠毒理学及功能学试验研究表明,烟草种子油不仅没有毒性,还具有降血脂、降血糖、保护肝脏等作用,其效果与优质鱼油相当。
“通过开展活性成分的研究,我们揭示了烟草种子油主要活性成分组成及降血糖、降血脂功效。在烟草生物反应器研究中,我们已获得了基于烟草的虾青素生物反应器。这些提取物将在医药、植物源农药方向的开发方面体现巨大价值。”烟草所引进的海外高层次人才张洪博研究员表示,未来还将进一步深度挖掘烟草特征化学成分在各领域的利用价值,重点围绕具有市场前景的活性成分,实现产业化生产。
