油菜花海中留影 油料所提供
在植物界，有一類(lèi)作物堪稱(chēng)“上得了廳堂、下得了廚房”，那就是油菜。油菜用途廣泛、經(jīng)濟(jì)價(jià)值高，適應(yīng)性強(qiáng)，在平地和高原均能見(jiàn)到其身影，是全世界三大植物油來(lái)源之一。
在過(guò)去的幾十年中，科學(xué)家和育種學(xué)家們?yōu)楂@得產(chǎn)量更高、品質(zhì)更優(yōu)的油菜品種而不懈努力。隨著基因工程和測(cè)序技術(shù)的發(fā)展，破解基因奧秘，挑選并組合優(yōu)異基因來(lái)培育更優(yōu)異的品種成為“新潮流”。
不過(guò)，前提是有大量?jī)?yōu)異的種質(zhì)資源。用中國(guó)農(nóng)科院油料作物研究所（以下簡(jiǎn)稱(chēng)油料所）種質(zhì)資源創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)首席科學(xué)家伍曉明研究員的話來(lái)說(shuō)，種質(zhì)資源是一個(gè)“寶庫(kù)”，沒(méi)有作物種質(zhì)資源，作物新品種選育就成了無(wú)米之炊。
在今年4月油菜花開(kāi)的季節(jié)，我國(guó)第二家“油菜基因超市”在江蘇鹽城開(kāi)業(yè)。在這家“超市”里，油料所精選出了1650份性狀優(yōu)異、遺傳變異豐富的核心優(yōu)異種質(zhì)資源，并將其全部開(kāi)放共享，來(lái)自全國(guó)45家單位的230余位科技人員在超市選擇了各自所需的優(yōu)異種質(zhì)。
50年，全球第一
蕓薹屬是十字花科植物中最具經(jīng)濟(jì)價(jià)值的植物類(lèi)群，經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期的自然選擇和人工馴化，可用作油料、蔬菜、調(diào)味料和飼用作物等。菜籽油是我國(guó)傳統(tǒng)食用植物油，產(chǎn)量占國(guó)產(chǎn)植物油總產(chǎn)量的42%以上，油菜生產(chǎn)在保障高品質(zhì)食用油供給中具有不可或缺的戰(zhàn)略地位。因此，油菜種質(zhì)資源的保護(hù)與開(kāi)發(fā)利用是提升菜籽油產(chǎn)量與品質(zhì)的關(guān)鍵。
油菜是蕓薹屬中幾個(gè)收籽榨油作物的通稱(chēng)，其中甘藍(lán)型油菜、白菜型油菜和芥菜型油菜為世界范圍內(nèi)最為重要的三大類(lèi)型的栽培油菜。
“油菜種質(zhì)資源蘊(yùn)藏著各種各樣的遺傳變異，有些來(lái)自自然進(jìn)化，有些來(lái)自人工選擇，而其中優(yōu)質(zhì)遺傳變異是作物改良，提升作物產(chǎn)量、品質(zhì)、抗性，以及養(yǎng)分利用效率和機(jī)械化水平的關(guān)鍵基因來(lái)源與物質(zhì)基礎(chǔ)。不僅需要收集和研究我國(guó)的種質(zhì)資源，來(lái)自世界各地的種質(zhì)資源也很重要。”伍曉明告訴《中國(guó)科學(xué)報(bào)》。
蕓薹屬蔬菜的馴化歷史告訴我們，加強(qiáng)對(duì)油菜資源遺傳多樣性的認(rèn)識(shí)，并針對(duì)其特點(diǎn)進(jìn)行價(jià)值挖掘，可為油菜綜合開(kāi)發(fā)利用提供堅(jiān)實(shí)的物質(zhì)和理論基礎(chǔ)。
比如，我國(guó)育種家將從日本引進(jìn)的高產(chǎn)抗病的甘藍(lán)型油菜品種“勝利油菜”與我國(guó)早熟白菜型油菜結(jié)合，通過(guò)雜交、誘變和系統(tǒng)選擇等方式，成功培育出適合我國(guó)生態(tài)特點(diǎn)的 “半冬性”甘藍(lán)型油菜。又比如，引入國(guó)外“雙低”油菜品種拉開(kāi)我國(guó) “雙低”優(yōu)質(zhì)油菜育種的序幕。
伍曉明指出，種質(zhì)資源是戰(zhàn)略性物質(zhì)基礎(chǔ)，當(dāng)下和未來(lái)的研究、育種和功能開(kāi)發(fā)等都將長(zhǎng)期依賴于此。我國(guó)的油菜種質(zhì)資源保存量居全球第一，擁有全球最大的油菜基因資源庫(kù)和油菜表型信息庫(kù)。
事實(shí)上，從20世紀(jì)70年代起，我國(guó)就在全球范圍內(nèi)收集油菜種質(zhì)資源，尤其是產(chǎn)量高、抗性強(qiáng)的甘藍(lán)型油菜。2001年以來(lái)，在農(nóng)業(yè)農(nóng)村部作物種質(zhì)資源保護(hù)項(xiàng)目支持下，顯著加大了收集保護(hù)利用，科學(xué)家從全國(guó)30個(gè)省市區(qū)和全球63個(gè)國(guó)家地區(qū)收集了9681份油菜種質(zhì)資源。
“種質(zhì)資源來(lái)源于世界各地，遺傳背景不同、性狀各異，我們已基本了解了它們的特點(diǎn)以及適合的種植區(qū)域。”伍曉明說(shuō)。目前已對(duì)油菜8大類(lèi)，包括產(chǎn)量、品質(zhì)、適合機(jī)械化等在內(nèi)的51個(gè)性狀，進(jìn)行了系統(tǒng)性評(píng)價(jià)鑒定。
從表型到基因
從“表型”摸清油菜的“家底”是第一步，但由于其表型受環(huán)境影響大，很難鑒定準(zhǔn)確，一些優(yōu)異基因無(wú)法通過(guò)表型來(lái)挖掘。
2016年5月，科技部啟動(dòng)了國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目“經(jīng)濟(jì)作物優(yōu)異種質(zhì)資源精準(zhǔn)鑒定與創(chuàng)新利用”，以油料所為牽頭單位負(fù)責(zé)組織實(shí)施。“他們對(duì)精選出的1650份性狀優(yōu)異和遺傳變異豐富的油菜核心優(yōu)異種質(zhì)，在我國(guó)長(zhǎng)江上、中、下游，黃淮和云南等7個(gè)主要生態(tài)區(qū)，對(duì)30多個(gè)關(guān)鍵的育種性狀開(kāi)展了系統(tǒng)的規(guī)模化表型精準(zhǔn)鑒定，并配套完成了1650份優(yōu)異種質(zhì)的全基因組測(cè)序與基因型鑒定。
“通過(guò)大規(guī)模表型鑒定和全基因組測(cè)序鑒定，我們實(shí)現(xiàn)了油菜種質(zhì)資源到基因資源的跨越，這將有利于開(kāi)展分子育種。”伍曉明的理想是把最好的基因組合在一起，培育出超級(jí)品種。
我國(guó)科學(xué)家解析破譯了甘藍(lán)型油菜基因組，并提出新型改良方式，把甘藍(lán)型油菜野生祖先種的抗病抗逆基因?qū)敫仕{(lán)型油菜基因組中，創(chuàng)制了新一代抗病和高含油量的新種質(zhì)。其中，創(chuàng)制的抗菌核病新種質(zhì)抗病性比之前最好的品種提高了60%以上。
“我國(guó)在蕓薹屬基因組研究方面處于世界領(lǐng)先水平。”華中科技大學(xué)教授栗茂騰告訴《中國(guó)科學(xué)報(bào)》，我國(guó)的優(yōu)勢(shì)特色主要在于通過(guò)遠(yuǎn)緣雜交和利用基因編輯技術(shù)創(chuàng)建優(yōu)異種質(zhì)資源、油菜雜種優(yōu)勢(shì)的研究利用，以及油菜重要農(nóng)藝性狀形成的關(guān)鍵控制基因的挖掘利用等。
湖南農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物所所長(zhǎng)李莓長(zhǎng)期從事湖南油菜種質(zhì)資源的研究和利用。她告訴《中國(guó)科學(xué)報(bào)》，種質(zhì)資源庫(kù)支撐著產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。他們利用“雙低”種質(zhì)資源，借助“波里馬細(xì)胞質(zhì)雄性不育”雜交系統(tǒng)對(duì)湖南地方資源進(jìn)行改良，開(kāi)發(fā)出高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)高抗的國(guó)審新品種“灃油737”。此外，在“灃油737”的基礎(chǔ)上，對(duì)湖南當(dāng)?shù)匕撞诵陀筒朔N質(zhì)資源又做了進(jìn)一步改良，培育了早熟、特早熟以及多功能等一系列品種。
“未來(lái)的育種家也可能利用現(xiàn)有優(yōu)勢(shì)品種的親本繼續(xù)轉(zhuǎn)育，進(jìn)一步提升品種質(zhì)量。”李莓說(shuō)。
從資源到育種
“中國(guó)油菜育種水平已實(shí)現(xiàn)了飛躍。”栗茂騰表示，油菜雄性不育系雜種優(yōu)勢(shì)提升產(chǎn)量；高含油量種質(zhì)資源挖掘與育種實(shí)踐大幅提升油菜含油量；菜餅也變革成為高價(jià)值的高蛋白飼料……
盡管如此，栗茂騰坦承，油菜種質(zhì)資源和育種改良還有很多工作要做。
比如：油菜品種的平均含油量、單產(chǎn)、高蛋白油菜品種的開(kāi)發(fā)與利用方面還存在一定差距；隨著我國(guó)油菜機(jī)械化生產(chǎn)的需求越來(lái)越旺盛，還需進(jìn)一步加強(qiáng)培育適合機(jī)械化生產(chǎn)的油菜品種。
他呼吁，油菜研究需要通過(guò)較好的合作機(jī)制進(jìn)行力量整合才能提高效率，并在國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)中脫穎而出。
李莓也表示，目前油菜產(chǎn)業(yè)發(fā)展的主要問(wèn)題在于效益低。原因一方面在于農(nóng)產(chǎn)品價(jià)格低，另一方面在于品質(zhì)還不足夠理想。此外，機(jī)械化程度不高也是產(chǎn)業(yè)發(fā)展的掣肘。
伍曉明的理想是，在當(dāng)前農(nóng)業(yè)綠色高質(zhì)量發(fā)展要求下，發(fā)展環(huán)境友好、資源節(jié)約，以及具有較高機(jī)械化水平的油菜品種。他表示，過(guò)去數(shù)十年，盡管中國(guó)油菜已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了“雙低”、高產(chǎn)和優(yōu)質(zhì)，但如今油菜品質(zhì)和效益提升遭遇瓶頸期。他開(kāi)始思考為油菜加持“十八般武藝”。
油菜花還是重要的旅游資源。曾經(jīng)“油菜花開(kāi)滿地黃”的場(chǎng)景已變?yōu)椤皾M地彩”了。
我國(guó)科學(xué)家開(kāi)展了不同花色油菜新品種的選育，目前已培育和篩選出白花、杏黃花、橘黃花等20多個(gè)花色品種。今年，油料所種質(zhì)資源創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)聯(lián)合江漢大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院，利用自主創(chuàng)制的花期長(zhǎng)、適應(yīng)性強(qiáng)的白花、杏黃花、橘黃花、紅花等花色油菜在湖北新洲和石首等地分別打造了“綠水青山就是金山銀山”和“長(zhǎng)江大保護(hù)”主題的巨幅山水畫(huà)，再一次掀起賞花熱潮，獲得較高旅游價(jià)值。
伍曉明告訴記者，“以前的收益主要是通過(guò)收油菜榨油，現(xiàn)在是從資源中發(fā)現(xiàn)價(jià)值、賦予價(jià)值，最后在希望的田野中實(shí)現(xiàn)價(jià)值。”
此外，油菜還是優(yōu)質(zhì)飼料的原料，尤其與北方麥豆、南方水稻輪作，既不占用糧食等其他作物用地，又在增加牲畜飼料供給量的同時(shí)，有效提高了土地的利用效率。此外，特異油菜也可用于土壤改良、肥沃土壤。
“不同的功能用途需要各種各樣的基因資源，產(chǎn)生適應(yīng)當(dāng)?shù)氐馁Y源也是長(zhǎng)期選擇的結(jié)果。未來(lái)，我們需要繼續(xù)利用現(xiàn)代育種分子手段培育全新的材料，并與育種、生產(chǎn)等相結(jié)合。”伍曉明說(shuō)。
