在不少人的冬季養(yǎng)生清單中,棗是補(bǔ)血益氣的首選。棗,原產(chǎn)于中國(guó),《詩經(jīng)》中就有“八月剝棗”的描述。它富含多種功能成分,是現(xiàn)代人果盤里脆甜可口的“維生素C膠囊”。然而,現(xiàn)在這顆千年“中華果”的產(chǎn)業(yè)發(fā)展,正面臨品種單一、育種緩慢、病害侵?jǐn)_等多重挑戰(zhàn)。
傳統(tǒng)棗樹育種周期漫長(zhǎng)且充滿不確定性:棗花極小,人工雜交去雄授粉異常困難;許多優(yōu)良品種含仁率低,難以獲得足夠大的子代群體進(jìn)行篩選。這使得中國(guó)棗產(chǎn)業(yè)一度陷入“吃老本”的困境——鮮食市場(chǎng)幾乎被冬棗獨(dú)占,制干則依賴灰棗、駿棗,品種結(jié)構(gòu)相對(duì)單一,同質(zhì)化競(jìng)爭(zhēng)較為嚴(yán)重。
產(chǎn)業(yè)升級(jí)的迫切需求,呼喚育種技術(shù)的革命。當(dāng)傳統(tǒng)育種遭遇瓶頸,現(xiàn)代生物技術(shù)這把“鑰匙”,正在試圖打開棗樹創(chuàng)新育種之“鎖”。
繪制“基因指紋”圖譜
棗樹傳統(tǒng)育種方法包括雜交育種、選擇育種等,是以自然變異為基礎(chǔ),通過基因重組等手段改良生物性狀,其核心特征在于依賴自然繁殖過程,通常需經(jīng)歷多代篩選才能獲得穩(wěn)定遺傳的優(yōu)良品種。
中國(guó)林業(yè)科學(xué)研究院經(jīng)濟(jì)林研究所正高級(jí)工程師岳華峰對(duì)此深有感觸:“傳統(tǒng)育種的局限性主要體現(xiàn)在其依賴自然變異或基因重組,子代變異頻率低且方向不可控,性狀改良范圍有限?!?/p>
面對(duì)棗瘋病這一“棗樹癌癥”,以及成熟期遇雨裂果、貯藏性差等產(chǎn)業(yè)痛點(diǎn),傳統(tǒng)育種方法也顯得力不從心。
此外,傳統(tǒng)育種更核心的瓶頸在于遺傳研究的滯后?!皸棙浯嬖谧越徊挥H和的問題,我們不清楚哪兩個(gè)品種之間能成功‘配對(duì)’產(chǎn)生優(yōu)良后代。”北京林業(yè)大學(xué)中國(guó)棗產(chǎn)業(yè)發(fā)展研究中心主任、北京林業(yè)大學(xué)生物科學(xué)與技術(shù)學(xué)院教授龐曉明解釋道。這導(dǎo)致其難以配置大規(guī)模的親本組合,優(yōu)良基因型的配合力規(guī)律難以探尋,因此挑選能夠培育出優(yōu)良后代的親本組合猶如大海撈針。
如今,分子標(biāo)記輔助選擇、基因組學(xué)等現(xiàn)代生物技術(shù),以其高效、定向的優(yōu)勢(shì),為棗樹育種帶來了新的可能性。
2015年,龐曉明團(tuán)隊(duì)完成了一項(xiàng)里程碑式的工作:編制棗分子標(biāo)記品種鑒定林業(yè)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn),并建立了分子標(biāo)記輔助育種體系。他們用傳統(tǒng)磁珠富集法,從2000多個(gè)候選位點(diǎn)中,優(yōu)選出24個(gè)穩(wěn)定的分子標(biāo)記,為947個(gè)棗品種繪制了獨(dú)特的“基因指紋”圖譜。
“這套體系就像給每個(gè)棗品種辦了身份證。它可用于輔助親子關(guān)系分析以及品種真實(shí)性鑒定。”龐曉明說。在實(shí)生子代中,母本是已知的,但父本是誰?通過分子標(biāo)記分析,就能快速、準(zhǔn)確地找到父本,以此推斷出哪些親本組合能產(chǎn)生優(yōu)良后代,計(jì)算配合力等關(guān)鍵遺傳參數(shù),從而更科學(xué)地指導(dǎo)后續(xù)的親本選配與優(yōu)良后代的早期篩選。
與此同時(shí),另一項(xiàng)相對(duì)成熟的現(xiàn)代生物技術(shù)——倍性育種,也在棗樹上“開花結(jié)果”。科研人員通過秋水仙素等化學(xué)試劑誘導(dǎo),使棗樹的染色體組加倍,如從二倍體變?yōu)樗谋扼w,可以直接創(chuàng)造果實(shí)變大、生長(zhǎng)勢(shì)增強(qiáng)、抗逆性提高的新種質(zhì)。河北農(nóng)業(yè)大學(xué)劉孟軍教授團(tuán)隊(duì)已利用倍性育種成功培育出“辰光”“虹光”“日光”等一系列四倍體棗新品種。
培育優(yōu)良性狀品種
“現(xiàn)代生物技術(shù)并非要完全取代傳統(tǒng)育種技術(shù),而是作為強(qiáng)大的輔助工具和加速器,讓優(yōu)良基因的發(fā)現(xiàn)與組合更加高效?!饼嫊悦鹘忉尩?。近年來涌現(xiàn)出的一批有代表性的新品種,正是傳統(tǒng)的自然選優(yōu)與現(xiàn)代生物技術(shù)結(jié)合的成功典范。
“京滄1號(hào)”通過國(guó)家林業(yè)和草原局林木良種審定,在陜西、山西、新疆等地推廣數(shù)萬畝。它外觀扁圓似蟠桃,口感酸甜平衡,管理省力,嫁接當(dāng)年即可投產(chǎn),在山西、河北、山東等地甚至可實(shí)現(xiàn)一年兩熟。
這個(gè)優(yōu)良品種源自河北滄縣國(guó)家棗樹良種基地一棵冬棗樹的實(shí)生苗。在傳統(tǒng)育種中,它會(huì)被記錄為“冬棗的實(shí)生優(yōu)株”,但其優(yōu)良性狀從何而來?是基因突變,還是雜交產(chǎn)物?其父本是誰?這些謎團(tuán)曾一度無法解答。
龐曉明團(tuán)隊(duì)利用建立的SSR分子標(biāo)記體系和基因組重測(cè)序技術(shù),對(duì)“京滄1號(hào)”進(jìn)行了基因溯源。“分析結(jié)果顯示,它的父本是‘晉矮4號(hào)’?!饼嫊悦髡f,“京滄1號(hào)”因此成為我國(guó)第一個(gè)譜系較為清晰的國(guó)家審定棗樹良種。
在新疆塔克拉瑪干沙漠南緣,“中棗1號(hào)”正展現(xiàn)出強(qiáng)大的生命力。岳華峰團(tuán)隊(duì)從灰棗群體中實(shí)生選育,經(jīng)過多點(diǎn)區(qū)試,并結(jié)合SSR、SNP等分子標(biāo)記技術(shù)和全基因組重測(cè)序技術(shù)鑒定出與目標(biāo)性狀(高產(chǎn)和抗病性)緊密連鎖的QTL位點(diǎn),最終確定了它是個(gè)“早實(shí)、免環(huán)割”的獨(dú)特品種。
棗樹中,尤其是灰棗品種,自然坐果能力差。為了豐產(chǎn),棗農(nóng)每年必須進(jìn)行開甲(環(huán)剝主干或主枝)并噴施坐果劑,這不僅成本高,長(zhǎng)期采用這種方式還會(huì)導(dǎo)致樹勢(shì)衰退?!胺N植‘中棗1號(hào)’,不需要開甲,也不需要噴坐果劑,每畝能節(jié)約成本200元到300元。”岳華峰說。另外,它花量大、花期長(zhǎng),能有效抵御南疆盛花期風(fēng)沙的影響,實(shí)現(xiàn)穩(wěn)產(chǎn)。
此外,龐曉明團(tuán)隊(duì)還通過滄縣國(guó)家棗樹良種基地種質(zhì)庫,篩選300多個(gè)種質(zhì),找到了再生能力最強(qiáng)的品種“京棗39”,獲得T2T高質(zhì)量基因組,建立了高效的轉(zhuǎn)基因體系,從而為棗功能基因研究搭建更廣闊的平臺(tái)。同時(shí),團(tuán)隊(duì)還進(jìn)行了棗多個(gè)性狀的精準(zhǔn)鑒定,包括果實(shí)大小、質(zhì)地、裂果特性、棗瘋病抗性等,挖掘出多個(gè)性狀相關(guān)基因,這些基因?qū)⒃谖磥砘蚓庉嬛邪l(fā)揮作用。
邁向智能設(shè)計(jì)階段
盡管已有成功案例,但棗樹育種的產(chǎn)業(yè)化之路仍面臨挑戰(zhàn)?,F(xiàn)代生物技術(shù)培育的新品種,從實(shí)驗(yàn)室走向廣闊田野,不僅需要自身過硬,還需跨越認(rèn)知、種植管理習(xí)慣和產(chǎn)業(yè)鏈銜接的溝壑。
龐曉明指出了產(chǎn)業(yè)鏈下游的問題:“我們通過長(zhǎng)期的工作,選育出一些有特點(diǎn)的品種,比如不同酸甜度的、特殊風(fēng)味的,但很難到達(dá)消費(fèi)者手中?!笔召?gòu)商和銷售渠道的偏好形成了強(qiáng)大的市場(chǎng)篩選機(jī)制,使得品種多元化舉步維艱?!跋M(fèi)者有時(shí)想吃點(diǎn)不一樣的棗,但買不到?!?/p>
此外,棗產(chǎn)業(yè)還面臨產(chǎn)能相對(duì)過剩與精深加工不足的矛盾。岳華峰設(shè)想,如果能突破加工技術(shù),生產(chǎn)出優(yōu)質(zhì)耐貯的棗粉、天然棗糖等高附加值產(chǎn)品,讓棗更便捷地融入現(xiàn)代飲食,或許能打開新的增長(zhǎng)空間。
展望未來,棗樹生物育種將向更深、更廣、更智能的方向邁進(jìn)。
岳華峰認(rèn)為,未來“生物技術(shù)+信息技術(shù)”的深度融合將促使棗樹育種進(jìn)入“智能設(shè)計(jì)”新階段?!斑@個(gè)階段的核心是依托多組學(xué)大數(shù)據(jù)和人工智能,構(gòu)建‘基因型—表型—環(huán)境’的互作模型,實(shí)現(xiàn)優(yōu)良品種的數(shù)字化模擬與虛擬篩選??蒲腥藛T再通過基因編輯等工具精準(zhǔn)構(gòu)建,結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)全鏈條智能管控,從而徹底變革傳統(tǒng)育種模式,實(shí)現(xiàn)可預(yù)測(cè)、高效率、定制化的育種目標(biāo)。”岳華峰說。
這意味著,育種目標(biāo)也將更加多元化:除了高產(chǎn)優(yōu)質(zhì),抗氣候變化、富含特定功能成分(如黃酮、維生素C和γ-氨基丁酸等)的保健型新品種等,也將成為關(guān)注重點(diǎn)。
現(xiàn)代生物技術(shù)正為古老的棗產(chǎn)業(yè)注入新的活力。當(dāng)更多“分子”鑰匙被打造出來,并成功插入產(chǎn)業(yè)發(fā)展的“鎖芯”,我們果盤中的棗子,將不僅更加豐富美味,其背后將是一個(gè)更具韌性的現(xiàn)代棗業(yè)發(fā)展圖景。
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