葉志彪查看“華番12”在大棚的生長情況。葉志彪供圖

蔬菜與病蟲害的抗爭從未停歇。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、豐產(chǎn)的品種。”20年前，華中農(nóng)業(yè)大學園藝林學學院教授葉志彪就萌生出這樣的想法，并不斷付諸實踐，開展科技攻關。他帶領團隊從傳統(tǒng)的育種方式，到現(xiàn)在的分子育種技術，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步獎二等獎，也是園藝科學領域2019年度唯一的國家科技進步獎。

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)境和育種目標的變化，番茄栽培面對的逆境日益嚴峻，同時果實的風味和品質在一段時間內呈下降趨勢。“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《中國科學報》采訪時說。

番茄和辣椒都起源于南美洲，同屬茄科，具有相近的遺傳學背景、相似的生物學特性、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，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。

基因組學與生物技術的進步推動了育種工作的發(fā)展。葉志彪團隊克隆和鑒定了抗性和品質性狀調控基因65個，其中關鍵基因6個;在國際上首次研發(fā)出原創(chuàng)性分子標記22個;在國內率先開發(fā)出一套番茄實用分子標記59個、辣椒抗病分子標記6個等。

值得一提的是，“我們在國際上首創(chuàng)番茄高通量分子標記基因分型系統(tǒng)，能一次性檢測性狀位點達50個，比原有檢測技術提高效率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)的蔬菜分子標記及分子標記檢測體系，為分子標記輔助育種技術在我國蔬菜育種上的應用推廣，以及加速番茄分子育種，發(fā)揮了重要作用。”團隊成員、華中農(nóng)業(yè)大學園藝林學學院教授張俊紅在接受《中國科學報》采訪時說。

挖掘種質資源實現(xiàn)“一箭雙雕”

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

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、辣椒種質資源綜合評價技術體系。“我們從2750份茄果類蔬菜種質材料著手，鑒定出抗病、優(yōu)質的番茄、辣椒種質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)，嚴重影響番茄種植。據(jù)張俊紅回憶，當時抗黃化曲葉病毒病番茄品種掌握在國外公司手里，國內非常稀缺，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材料與抗黃化曲葉病毒病大果番茄進行雜交、多代回交，通過分子標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，該團隊已經(jīng)創(chuàng)制出茄果類蔬菜種質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、外觀，耐貯運，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者對于營養(yǎng)和風味、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。”

利用高效的分子標記輔助育種技術和創(chuàng)制的優(yōu)異育種材料，他們育成了聚合多種抗性、品質優(yōu)良的番茄和辣椒新品種10個，它們獨具特色，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”，是國內首個抗黃化曲葉病毒病、耐低溫弱光的優(yōu)質粉果番茄品種，具有連續(xù)坐果能力強、果實商品率高、貨架期長等優(yōu)點，平均單果重200至250克，畝產(chǎn)7500至10000千克。由于耐寒性強、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，我們運用復合雜交、分子標記輔助選擇等方法，育成了華中地區(qū)推廣面積最大的優(yōu)質薄皮辣椒品種‘佳美2號’。”湖北省農(nóng)科院經(jīng)濟作物研究所副所長姚明華在接受《中國科學報》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、連續(xù)坐果能力強，非常受農(nóng)民和消費者的喜歡，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，我希望團隊進一步開展合作，把番茄從基礎研究、應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)