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【南方+】解讀“鐵柱2號”冬瓜背後的科技密碼

時間:2024-06-24 18:03 來源:南方+ 【字體:

  6月13日至14日,以“整合資源促發展,提升產業謀未來”為主題的第四屆全國冬瓜產業大會在廣州市南沙區成功舉辦。211個冬瓜和64個節瓜新優品種齊齊亮相,成為近幾年在廣州展示的冬節瓜品種展示數量最多、種類最全的專業盛會。

  盛夏時節,冬瓜是常見的蔬菜,因營養豐富口味佳廣受歡迎;而甚少有人知道,冬瓜是我國規模第二大的瓜類蔬菜,廣東則擁有國內外最高的冬瓜科研水平。在農業農村部發布的2024年農業主導品種、主推技術中,廣東“鐵柱2號”冬瓜和“冬瓜減量施肥及三護栽培關鍵技術”連續兩年入選,縱觀所有入選項目,品種、技術“配套”上榜的情況十分罕見,受到業界關注。

  這兩項品種技術均來自廣東省農科院蔬菜所(下稱“蔬菜所”)。近年來,該所在應用基礎研究、種質資源收集保存鑒評、品種培育到高效綠色栽培等方麵協同發力,目前均居於世界領先地位。產業與科技的交融和互促,使廣東冬瓜產業進一步做大做強,年播種麵積占全國1/5,年產值(含加工產品)超過120億元。

  二十年精心培育,造就“集大成者”鐵柱2號

  冬瓜是深受消費者喜愛的瓜類蔬菜品種,不僅高產而且營養豐富、耐儲運,在調節蔬菜市場周年供應、豐富“菜籃子”、農產品加工等方麵都發揮著重要作用。據不完全統計,我國冬瓜年播種麵積500萬畝以上,麵積和產量均位於瓜類蔬菜第二位。

  然而,若時間倒回上世紀90年代,廣東乃至中國的冬瓜產業則是另一番景象。

  彼時冬瓜品種以農民自留種為主,種性嚴重退化、混雜、抗性差、品質良莠不齊。作為冬瓜團隊帶頭人,蔬菜所研究員謝大森有著豐富的育種經驗和敏銳的市場觸覺,他通過調研發現,多抗、耐儲運和發芽整齊是產業對冬瓜品種的急切需求。為了實現這個育種目標,蔬菜所冬瓜團隊曆時20餘年,從種質資源收集、鑒評開始,攻克了一個又一個難題,利用自主知識產權的多抗篩選技術、分子標記輔助選擇技術等選育出一係列抗病、優質冬瓜新品種並推廣應用,“鐵柱2號”就是其中的“集大成者”。

  該品種開創了“鐵心”冬瓜新類型,解決了運輸損耗高、種子休眠期長、發芽率低等產業關鍵問題:一是果肉致密(致密度比對照品種高10%以上),解決了冬瓜因長途運輸而破損率居高不下的問題;二是種子為雙邊籽,解決了黑皮冬瓜種子休眠期長、發芽率低的問題;三是果實中腔小,能顯著降低運輸成本(同等體積的車輛可以裝載運輸更多的產品)。

  特別是運輸損耗問題,在“鐵柱2號”出現之前對產業打擊很大。在廣東英德、台山等冬瓜主產區,冬瓜主要銷往北方大中城市,數千裏長途運輸經常導致冬瓜到達目的地時破損率高達20%,有時產品差價不足以覆蓋破損的損失而虧本,流通商積極性受挫,而導致產地產品滯銷。從2016年開始小麵積引進試種“鐵柱2號”,其不僅表現抗病、產量高(8500kg/畝以上),而且經長途運輸,破損率不超過5%,深受流通商、種植戶的歡迎。

  目前,該品種在廣東、廣西、海南、江蘇、河南、湖北等省區推廣應用,累計推廣麵積200萬畝以上,占廣東省同類品種40%以上,是我國當前推廣麵積最大的黑皮冬瓜品種。

  深耕基礎研究,開啟冬瓜育種新時代

  蔬菜所收集、保存了冬瓜種質資源1000餘份,是國內外擁有冬瓜種質資源數量最多、種類最齊全的科研單位。豐富的種質資源為優良品種選育打下了堅實的基礎。但要更快、更精準選育出理想的品種,必須依靠育種技術的升級。隨著黃瓜、番茄等蔬菜作物全基因組測序工作的開展,蔬菜育種也從以雜交育種的2.0階段逐步邁向了利用分子生物學和基因工程的3.0階段。

  蔬菜所於2019年率先開展了冬瓜全基因從頭測序及146份冬瓜種質資源重測序工作,為冬瓜的分子育種提供了遺傳變異信息。在這過程中,蔬菜所冬瓜團隊繪製了世界上第一張冬瓜全基因組圖譜和變異組圖譜,構建了國際上第一張冬瓜高密度遺傳連鎖圖譜,對果皮顏色、籽粒大小、果麵蠟粉等重要農藝性狀進行了基因定位、候選基因克隆及功能研究,建立了冬瓜分子標記輔助育種技術體係,使冬瓜育種由傳統經驗育種轉向定向分子育種。

  “鐵柱2號”的選育過程充分體現了上述基礎性工作和基礎研究的重要意義。依托豐富的種質資源,謝大森通過自主研發的國家發明專利技術“一種多抗冬瓜選育方法”,篩選出抗枯萎病、疫病和病毒病的多抗冬瓜材料。以往黑皮大冬瓜的種子類型大多為無棱光籽,因出苗不整齊,飽受農戶詬病。研究發現無棱光籽冬瓜發芽慢,出苗不整齊,而有棱扁籽的發芽勢和發芽率均優於無棱光籽。針對這一情況,冬瓜團隊另一成員江彪根據高密度遺傳圖譜挖掘了調控冬瓜籽型的關鍵基因,研發了“一種冬瓜籽型基因的SNP分子標記及其應用”的發明專利,用於篩選有棱扁籽類型材料,從而創製有棱扁籽大型黑皮冬瓜材料。

  就這樣,功夫不負有心人,在冬瓜優異種質資源的基礎上,在分子標記輔助育種技術加持下,蔬菜所冬瓜團隊持續接力攻關,選育出抗病、高產、出苗整齊、特耐儲運的冬瓜新品種“鐵柱2號”。

  良種良法配套,實現冬瓜生產的全程保障

  “鐵柱2號”為冬瓜產業發展壯大奠定了品種基礎,而“冬瓜減量施肥及三護栽培關鍵技術”則實現了冬瓜從種子破土而出到果實成熟整個生長過程的守護,使得良種的優勢和潛力得以完整、有效發揮。該技術針對我國南方多雨淋洗嚴重、冬瓜苗期遭遇低溫、生長發育過程中黃葉和黑心等生理性病害頻發、產量品質不穩等產業問題,形成了係統的解決方案,克服了長期以來“頭痛醫頭、腳痛醫腳”傳統防控方法的弊端。特別是在突破冬瓜“黃葉”和“黑心”兩大產業痛點方麵取得了顯著成效。

  2016年以來,我國冬瓜產區生產中普遍出現大麵積的“黃葉”問題。通過到產區走訪調研、係統采樣、全麵分析,蔬菜所冬瓜團隊研究員張白鴿初步判斷造成冬瓜大麵積出現黃葉問題的原因是作物缺鎂。基於這一判斷,團隊通過科學設計和長期定位試驗,係統探明了冬瓜從種子到果實的生長發育規律,首次報道了鎂在促進冬瓜根係生長、葉片持綠、果實產量、品質形成過程中的重要生理功能,並探明了淋洗損失、不平衡施肥和土壤缺鎂都是引起冬瓜鎂營養不足的原因。針對不同的致病原因,團隊與深圳德鉀鹽公司合作,研發了係列減氮補鎂新型肥料產品和施肥技術,有效解決了冬瓜“黃葉病”的難題。

  在從品種方麵解決了冬瓜耐貯運問題後,新情況又接踵而至。近年來,海南、廣東等沿海地區早春冬瓜在生產過程中果實“黑心”的現象頻繁發生,並迅速成為冬瓜種植行業麵臨的重大挑戰。果實從內部褐變,這是貯藏品質降低的極端表現。針對這一新出現的生產問題,蔬菜所冬瓜團隊再次迎難而上,首次探明了冬瓜果實黑心病發生過程和影響因素,以嫁接壯苗、氮肥減量、鈣鎂養分增效為核心,科學利用根、葉、果的生理營養關係,經過多年多點在主產區反複試驗,研發專用肥並製定精準養分管理方案,形成早期護根、中期護葉、後期護果的“三護”栽培技術,實現“高產量、高品質、高效益”三高效果。

  2018年開始,“冬瓜減量施肥及三護栽培關鍵技術”在佛山三水冬瓜產區進行示範推廣,2019-2023年在全國輻射推廣麵積超過50萬畝,應用該技術可提高冬瓜產量12%以上,降低化肥用量13%-40%,減少農藥用量30%-50%,平均每畝節本增收近1000元。

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