我国甜菜育种研究现状及发展建议
(一)我国甜菜育种研究的重要性
保障食糖供给安全是国家战略需要。食糖与粮、棉、油同属涉及国计民生的大宗农产品,也是我国农产品加工业特别是食品和医药行业的重要基础原料和重要战略物资,是人类重要的能量来源。我国是重要的食糖生产国、消费国和进口国。目前,我国人均年食糖消费量不足 11 公斤,不足全球年人均消费量 24 公斤的一半。我国近年食糖年产量约 950万吨,年消费量约 1560万吨,年缺口约为年消费量的 1/3,我国食糖自给率仅为 60% 左右,如何保障我国食糖供给安全,补充食糖缺口,是当前我国食糖产业需要破解的主要问题。如果依靠国际市场进口,将完全受制于国际市场的产需关系,存在较大不确定性。如果依靠增加国内产量,甜菜制糖已呈现出重要作用。南方甘蔗主产区广西和云南由于立地条件差,多为坡地种植,机械化推进缓慢,目前机收率约为4%,如何推进甘蔗机械化生产是目前甘蔗生产亟需解决的问题。北方甜菜主产区地势平坦,科技和生产技术配套完备,甜菜生产已全部实现了机械化生产,加上耕地资源充足、生产潜力大。因此,在保障我国食糖有效供给和解决食糖缺口方面,华北及西北区甜菜制糖已呈现出重要作用,对今后弥补我国食糖产能不足将承担重要角色。
2023 年 10 月 5 日,国务院印发《关于推动内蒙古高质量发展奋力书写中国式现代化新篇章的意见》(国发〔2023〕16 号),明确指出支持甜菜生产,稳定甜菜糖产量。但目前我国甜菜种植业 95% 以上的种子依赖国外进口,在自主研发和技术应用等方面面临着严峻的挑战。同时习近平总书记多次对种子和种业创新做出重要指示和批示,强调要实现种源自主可控。为实现甜菜产业的高质量发展,保障食糖供给,需高度重视甜菜育种的研究与发展,破解国内甜菜糖业“卡脖子”的问题。
(二)我国甜菜品种选育与应用进程
1949年前,我国甜菜品种主要依靠进口。1949年后,我国开始甜菜育种工作,通过引进品种,采用系统选育的方法进行甜菜新品种选育。50 年代中后期我国陆续有系选品种投入生产,逐步实现甜菜品种供给国产化。1957 至 1979 年,我国甜菜品种以系选品种及常规杂交种为主,同时开展了多胚雄性不育系、多倍体品系、杂种优势利用、单胚种品系等研究工作。1980至 1992年,我国甜菜产业进入快速发展时期,随着多胚雄性不育杂交种、多倍体杂交种的大面积推广应用,我国自育品种块根产量、含糖分、抗褐斑病性等均达到较高水平。
1993至2003年,我国甜菜丛根病大面积发生,由于自育品种不抗丛根病,国外多胚抗丛根病品种开始陆续进入国内(含糖分比自育品种低3~4度)。我国也同时开展抗丛根病育种工作,并取得非常大的研究成果,以内蒙古自治区农牧业科学院为代表选育出了多胚抗丛根病品种(内甜抗 201等),填补了我国甜菜抗丛根病品种空白。
2004 至 2008 年,我国制糖企业重组,纸筒育苗移栽的大面积推广应用,生产中单胚品种快速进入市场,由于我国自育品种均为多胚型品种,因此我国自育品种在这一时间快速退出我国甜菜生产。同时我国的单胚雄性不育杂交种选育工作也已经开展,并取得突破性进展。选育出单胚雄性不育系及杂交种。2009年到现在,国家产业技术体系启动之后,我国单胚雄性不育杂交种选育工作进展顺利,陆续审定了几个单胚抗丛根病雄性不育杂交种,实现了“从无到有”的突破。甜菜综合栽培技术这一时期快速推进,甜菜生产基本使用丸粒化品种,种子丸粒化加工又成为我国自育甜菜品种推广应用的瓶颈。
(三)我国甜菜育种研究现状与进展
1.自育自交系的基因组组装
利用二代测序技术,首次在国内利用自育的自交系开展了全基因组测序,构建了我国第一个自育甜菜品系IMA1的染色体水平基因组组装,其共有 35003个蛋白编码基因被注释,其中91.56%被公共数据库注释。与之前国外发布的甜菜基因组相比,新基因组增加了220M,大大提高了甜菜基因组的完整性和连续性。对7个重要的甜菜农艺性状和抗病特性进行了重测序。通过全基因组关联分析,在根皮光滑度、块根产量、蔗糖含量等重要性状中对部分关联性较强的关键基因进行了表达量的验证。
2.甜菜核心种质基因型及表型关联数据库
以自主组装的甜菜基因组(S4006)为参考基因组,利用二代测序技术,首次对我国三大生态区 306 份甜菜核心种质资源进行基因组重测序,并进行基因组与重要农艺性状的关联分析,构建了我国甜菜核心种质资源的基因型及表型关。
3. 甜菜生物技术研究情况
(1)利用基因组编辑技术创制甜菜种质资源研究
基于烟草基因编辑的验证结果,构建甜菜基因编辑载体ZMPL-BvCENH3、KAT-BvCENH3,建立用于甜菜基因编辑技术体系。将检测合格的编辑载体(ZMPL-BvCENH3、KAT-BvCENH3)与互补载体(GFP-CENH3tailswap)的植株移栽至花盆中,放入人工气候室进行培养并收获母根62个,其中编辑载体35个,互补载体27个。将获得的编辑载体(kat-CENH3,母根18个)和互补载体(GFP-CENH,母根27个)母根种植于试验田,收获到编辑载体种子2 份。
(2)甜菜抗除草剂转基因研究甜菜抗除草剂转基因的遗传转化,经 PCR 检测,获得转CP4EPSPS基因甜菜转基因植株137株。甜菜转EPSPS基因材料二年生隔离采种,将获得的转 CP4EPSPS 基因甜菜母根栽植试验田,进行田间套袋隔离采种,收获转抗除草剂基因T1代甜菜种子9份。
(责任编辑:clam)
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