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破解“甜蜜”密码!西瓜育种如何达到世界领先?

吃瓜总能让人愉悦

清爽甜蜜的西瓜

是炎炎夏日的最终幻想

我国是世界上最大的

西瓜生产与消费国

全球60%的西瓜产自中国

大的、小的、红的、黄的、圆的、长的

品种多样的西瓜

丰富着人们的餐桌

破解“甜蜜”密码

推动西瓜品种更新换代

就不得不提到这个响亮的名字

“西瓜大王”许勇和他的团队

北京市农林科学院蔬菜研究中心

西瓜育种团队

西瓜在我国有悠久的栽培历史,从白果肉、味苦的“稀瓜”祖先,到甜蜜多彩的丰富品种,西瓜家族完成了华丽转身。不仅成为满足城乡居民生活需求的重要时令水果,也成为带动农民就业增收的高效园艺作物,在乡村振兴道路上发挥重要作用。

我国是西瓜生产和消费的第一大国。据中国农业统计年鉴显示,2019年,我国西瓜年产量约7927万吨,占到全球60.6%,占全国瓜菜总产量的10%以上。经过多年发展,呈现出品种日益丰富、栽培模式多样、优势区域集中、市场体系优化的产业良性发展格局。目前,华南、黄淮海、长江流域、西北、东北全国五大西瓜种植优势区域已经形成,各地区西瓜品种百花齐放。

(图片来源:种可种)

随着消费升级和产业革新,人们对西瓜育种提出了更高要求。“进一步提升西瓜的耐贮运性、多样性、抗病性与丰产性,育出瓜农爱种、百姓爱吃的西瓜品种,是我们不懈奋斗的目标。”国家西甜瓜产业技术体系首席科学家、北京市农林科学院蔬菜中心研究员许勇说。

破译密码

绘出首张西瓜基因“地图”

野生西瓜原本并无甜味,果肉硬白,与当今常见的食用西瓜相去甚远。经过多年的人工栽培驯化,才变成如今红润、脆甜、多汁的样子。“要想选育出好的西瓜品种,首先就是要找到西瓜变甜的奥秘,也就是找到这一物种的遗传密码。因此,必须在西瓜功能基因组的研究上下足功夫。”许勇说。

2008年,由北京市农林科学院蔬菜研究中心牵头的“国际西瓜基因组计划”正式启动。团队历时4年,采用“全基因组鸟枪法”研究策略,绘制出世界首张西瓜基因组框架图谱,引领西瓜基因挖掘研究跨入新的发展阶段。2019年11月,许勇团队再次完成了世界首张最高分辨率西瓜基因组精细图谱与变异图谱,这也是迄今为止最高质量的西瓜基因组序列图谱。这一成果成为行业权威期刊《Nature Genetics》的封面论文,确立了我国在西瓜基因组学领域的国际领先地位。

“原来育种需要靠大量田间试验观察,很多时候还要靠运气。而西瓜基因组精细图谱与变异图谱的完成,为我们打开了西瓜生长发育的‘黑匣子’,为下一步进行西瓜分子育种奠定了基础。”许勇表示,“就像有了一张矿产分布图,今后可以根据地图‘开矿’了。”

按图索骥

高效创新西瓜种质资源

我国西瓜生产逐步向优势产区集中,产业向提质增效方向转型,生产上急需类型多样、聚合优质、耐贮运、不易“水脱”、抗病等多个性状的西瓜新品种,但传统育种技术很难高效聚合多个优异性状,突破性品种培育困难。作为改进传统育种技术的重要手段,分子育种技术正飞速发展。但对于西瓜育种而言,我国西瓜商业品种遗传基础狭窄,将分子育种与常规育种结合起来的技术链条仍不完善。

2019年11月,许勇团队首次系统解析了西瓜物种进化与重要性状驯化的分子机制,发掘出控制果实含糖量、瓤色、苦味、硬度、性型、枯萎病与白粉病抗性等12个西瓜重要性状的18个关键基因,并阐明其分子调控机制,取得了一系列突破性成果。影响因子超过6以上的西瓜研究论文几乎全部来自该团队,为分子育种技术提升、突破性西瓜品种培育奠定理论与技术基础。

“如果把基因图谱比喻成矿产地图,那找到关键基因和分子调控机制,就相当于找到这些矿产的提炼使用方法。知道这些关键基因如何起作用,就更容易获得甜味、硬脆、抗病等我们需要的性状。”许勇说。

掌握了西瓜基因组“黄金图谱”和关键基因调控机制这两大“利器”,许勇团队通过分子育种技术,更便捷、更精准地定向聚合西瓜多个优异性状,高效创制了一批西瓜育种新材料和优良亲本。橙红肉小果型西瓜、高品质雌性系小果型西瓜、脆硬果肉高糖兼抗枯萎白粉病西瓜均属于国际首创,育种周期缩短30%,检测成本降低一半,高效聚合优异性状,拓宽了西瓜育种遗传基础,为西瓜品种创新做好了充足准备。

推陈出新

引领西瓜品种更新换代

上个世纪80年代,由北京市农林科学院蔬菜中心与日本西瓜专家合作选育的“京欣1号”曾风靡全国,是我国中早熟西瓜育种里程碑式的品种。然而西瓜种传病害不断演化,市场需求日益更新,西瓜品种急需更新换代。

“对于3至6斤的中型西瓜来说,在保持‘京欣’优良品质的基础上,需要进一步提高抗病性、耐贮运性和丰产性。”许勇介绍说。利用抗枯萎病基因标记辅助选择,许勇团队成功选育出“华欣”、“华欣2号”品种,不仅抗枯萎病、低温下易坐瓜,同时耐裂性提高,增产15%,已全面超越了“京欣”系列品种,推广面积超过500万亩,2014年被农业农村部认定为西瓜唯一主导品种。

“华欣”品种

近几年,大果型西瓜的种植面积逐渐扩大,易“水脱”、不耐贮、抗病性差的难题也困扰着广大瓜农。针对这一产业需求,“京美”系列品种应运而生。“京美”瓤色更红,肉质致密、糖度更高,综合抗性强,皮薄而耐裂,田间裂瓜率为0。同时极耐贮运,可以从缅甸运到我国东北。

“京美”品种

目前,“京美”系列品种已在我国黄淮海、东北与云南等西瓜主产区及东南亚国家大面积推广,成为东南亚国家冬季反季节生产的主导西瓜品种,在缅甸、老挝等国家推广面积累计超过100万亩。

“京美10K”在缅甸等国家推广

探索创新

小型瓜促品种转型升级

“我国家庭成员规模逐渐缩小,小型西瓜将是未来育种的新趋势。在保持口感品质好的基础上,我们希望能增强西瓜的耐贮运性、多样性与观光采摘效果。”许勇说。在突破小型西瓜品种优质与耐贮运协调改良的育种难题后,许勇团队培育出“京颖”、“京阑”、“京彩1号”等一系列特色精品小型西瓜品种,促进了都市型中高端西瓜品种转型升级。

目前,“京颖”解决了小型西瓜易裂瓜、货架期短与嫁接后难坐瓜的难题,已成为全国小型西瓜第一大品种。它果肉桃红,剖面均匀,中心含糖量13%以上,口感脆爽。在嫁接栽培条件下坐瓜整齐度高,皮薄而韧,田间裂瓜率减少90%,果实空心畸形率减少70%,不易倒瓤、货架期延长3倍。“京阑”系列品种则具有品质优、丰产性强、二茬瓜产量稳定等优点,全面超越了台湾品种“小兰”。

“京颖”品种

5月28日,在北京庞各庄镇举办的第32届北京大兴西瓜节全国西甜瓜擂台邀请赛上,“京彩1号”凭借其丰富的β胡萝卜素、出众的“土豪金”瓤色、爽脆的口感和独特的风味,获得了小型西瓜综合瓜王奖冠军。

“京彩1号”品种

作为全球首个橙红肉小型西瓜,“京彩1号” 中β-胡萝卜素含量是普通红肉西瓜的5倍,营养价值丰富,同时肉质致密,耐裂、耐储运,可以单株多瓜或多茬栽培,丰产性强,成为引领西瓜电商新业态的主导品种。疫情期间,网红主播薇娅为“京彩1号”带货,5秒内1000箱“京彩1号”西瓜抢购一空。

“京彩1号”品种

许勇团队与北京老宋瓜王科技发展有限公司合作,对“京彩1号”开展优质标准化生产,实现“优良品种+标准化基地+优势品牌”全产业链开发。“靓丽的颜色、苗条的体型、精美的包装,迎合年轻人消费升级的新需求。” 北京老宋瓜王科技发展有限公司董事长宋绍堂说,“以前挑西瓜要摸一摸、拍一拍,一大家子一起吃。而现在年轻人更喜欢标准化的品质瓜,手机一下单就能送上门,小家庭品尝。因此,标准化、电商化的精品小型西瓜市场潜力很大。”

市场认可

良种为农民增收50亿元

春去冬来,许勇已从事西瓜育种已近三十载,将大量优秀科研成果转化成了实实在在的生产效益。他说:“要培育让瓜农满意、瓜商欢迎、消费者认可的西瓜品种,永远跟着市场走,跟着瓜农的需求走。”

经过多年努力,西瓜良种产业化规模在全国蔬菜种业中名列前茅。许勇带领团队完成了西瓜审定(鉴定)品种35个,登记品种35个,拥有品种权11个。育成新品种累计推广超过1050万亩,占同类型品种的40%以上,在北京地区的市场占有率超过70%,带动3.5万户农户增收。按亩均增收400至500元计算,为农民增收50亿元以上,为种子企业直接创收2亿元以上,经受住了市场检验。

山东省青州市潇海种苗园艺场董事长宋敬强和许勇团队合作将近20年,就连手机视频彩铃的内容都是许勇西瓜育种的访谈。“从2003年开始的‘京欣’品种,到现在‘华欣’、‘京美’系列品种,一直保持着很好的合作。改良后的‘华欣’品种每亩增产2000斤左右,带动农民增收致富效果非常明显。”宋静强说,“去年种子销售收入达到1000多万元,今年由于疫情影响,全国制种数量普遍下降。但我依然对产品很有信心,今年给自己立下的销售目标是1300万元。”

“许主任培育的西瓜品种在市场上口碑很好,特别好卖。销售旺季时都是我们家卖没了,别家才有机会开始卖。”吉林省长岭县新地种业有限公司董事长张晓旭颇为自豪。2015年起,她从“华欣”品种开始销售,现在扩展到“京颖”、“京美”系列品种,还将西瓜种子卖到缅甸、老挝、越南等东南亚国家,销售收入2000多万元。

“提升品质化、差异化、规模化,是实现西瓜产销升级的破局关键。”许勇预测,“未来西瓜产业将朝着节本增效、轻简化栽培的方向发展,把好吃、易种、有特色作为品种选育目标,不断满足市场的多样化需求。”


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来源:南方农村报丨农财宝典




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