中国烟草育种研究进展

2007年第5期(总第238期) 53
作者简介:王献生(1963-),博士,国家烟草专卖局科技教育司,主要从事烟草科技管理和农业经济研究。

收稿日期:2007-04-16
责任编辑:董志坚 E 2m a i:l yckj2256@yaho o .co 电话:0371267672650
中国烟草育种研究进展
王献生,张忠锋,肖炳光
国家烟草专卖局科技教育司,北京市西城区月坛南街55号 100045关键词:烟草;育种;品种;种子
摘要:对我国烟草新品种选育、种质资源、种子技术,以及体细胞杂交、基因工程、分子标记辅助选择育种等方面的研究进行了概述,在此基础上提出了未来我国烟草育种的研究方向和重点。

中图分类号:S572.03 文献标识码:B 文章编号:1002-0861(2007)05-0053-05R ecent Advance i n T oba cco Breed i n g in Ch ina WANG XI A N 2S HENG ,Z HANG Z HO NG 2FENG ,and X I A O BI N G 2G UANG State Tobacco MonopolyA d m inistrati o n ,Beiji n g 100045,Ch i n a K eyword s :Tobacco ;Breed i n g ;Variety ;Seed
Abstr act :The recent advance i n tobacco breed i n g ,ger m plas m resource ,seed techn i q ues ,so mati c cell hybri d iz ati o n ,gene engineeri n g ,and molecu lar m ar ker 2assisted selection in tobacco breeding were revie wed ,and the research direction and key poi n ts of tobacco breed i n g i n China were also pu t f or w ard .
烟叶是烟草行业发展的基础,品种是烟叶生产的基础。

/九五0以来,我国相继育成和引进了一批优质抗病烟草新品种[1]
,同时,在烟草种质资源鉴定和育种技术研究方面也取得较大进展,为烟叶生产的平稳发展奠定了基础。

然而在育种研究方面仍存在基础研究相对薄弱、优质高香气低危害品种缺乏、地方特色品种少等问题。

因此,加强烟草育种基础研究,选育一批突破性和具有鲜明地方特色的烟草新品种,更好地满足卷烟生产对原料的需求,已成为未来我国烟草育种研究工作的重点。

1 烟草新品种选育
20世纪50年代初国内烟草品种选育工作起
步,通过系统育种和杂交育种等技术,先后选育出了红花大金元、云烟85、云烟87、中烟9203、云烟202和中烟98等烤烟品种,并在生产上推广
种植。

近年来,国内育成烤烟品种种植面积比例已从26%(1999年)上升到50%(2002年)和68%(2006年)。

近5年来云烟85、云烟87的种植面积已占全国烤烟种植面积的40%以上。

/十五0期间育成的中烟100、云烟202等烤烟新品种推广面积也较大,同时还贮备了CF964、云烟203等一批优质抗病烤烟后备品系(组合),明显改善了我国烤烟生产长期依赖国外引进品种的被动局面。

白肋烟品种的选育也取得了较为显著的成效
[2]
,鄂烟1号等6个白肋烟品种已通过全国审
定,并逐步在生产上推广应用,改变了我国白肋烟种植品种单一的现状。

2 烟草种质资源
在烟草品种资源考察与收集方面,我国在20世纪50年代进行了一次大规模的农作物品种资
源收集工作,共收集烟草品种资源3000多份。

20世纪70年代末至今,又在湖北神农架等7个重点地区进行了烟草品种资源的补充征集,并从国外引进一批使用价值较高的优良种质。

我国现已编目保存的烟草种质资源4042份,是世界烟草种质资源收集、保存量最多的国家。

烟草种质资源的遗传多样性包含了烟草属66个种中的37个种,一级库核心种质859份,二级库核心种质446份,为新品种选育工作提供了丰富的遗传材料。

在种质资源的田间观察、抗性鉴定、烟叶化验分析及质量评价方面,已经对大部分种质的农艺性状、植物学性状进行了鉴定评价,筛选出了一批优质的品种。

已完成了种质资源的原烟外观质量评价840多份,烟叶化学成分分析1700多份,原烟香吃味评吸900多份,并筛选出大白筋599等一批香吃味好、利用价值高的种质。

同时,还完成了种质资源的烟草黑胫病等抗性鉴定6000多份,筛选出抗病种质400多份;烟草普通花叶病和黄瓜花叶病的抗性鉴定2000多份,筛选出抗病种质100多份;烟草害虫的抗性鉴定700多份,并筛选出一批抗蚜虫的烟草种质。

在烟草种质遗传多样性研究方面,何川生等[3]对104份国内外烤烟品种的14个农艺性状进行了聚类分析,提出烤烟可分为4个品种类群,即优质烟品种类群,低烟碱多叶品种类群,低糖高蛋白品种类群和高糖碱比品质欠佳类群;王志德等[4]用同工酶标记对部分核心种质进行分析,发现烟草种间遗传差异明显,种内遗传差异不明显;王志德等[5]还对24个不同类型烟草核心种质进行了RAPD分析,结果表明种质间的遗传差异并不完全取决于烟草栽培类型间的差异,而与种质间演化有关,野生种与栽培种间存在较大的遗传差异;杨本超等[6]利用ISS R标记对24份代表性烤烟种质的遗传多样性分析认为,品种间遗传相似指数范围为67%~85%,其遗传多样性较低,需要拓宽烤烟种质的遗传基础。

祁建民等[7]利用I SS R标记对烟草属4个种30份材料的遗传多样性进行了分析,发现N.g l u ti n os a、N.s ua veo2 le ns、N.gossei这3个野生种间存在较大的遗传差异,而27份栽培品种种内遗传相似性相对较高。

3烟草育种新技术
3.1体细胞杂交
在通过原生质体融合实现植物体细胞杂交研究方面,中国农业科学院烟草研究所[829]用聚乙二醇为融合剂,经高Ca、高p H值溶液处理,使N. taba c um、N.r u stica及N.glauc a的游离叶肉细胞原生质体融合,获得了国内首例烟草种间体细胞杂种植株。

此后采用同样的方法又先后获得了N.ta ba c um分别与N.a la ta等6个野生烟草种的体细胞杂种植株[10]。

在不对称体细胞融合研究中,孙玉合等[11]利用普通烟草(N.t a ba c um)与粉蓝烟草(N.glua c a)叶肉原生质体诱导融合获得的编号为TG28的体细胞杂种植株除具有雄性不育特征外,其他生物学性状及体细胞染色体数目均与其普通烟草亲本相同且遗传性状稳定;用烤烟品种G28回交4代,选育出烟草新胞质雄性不育系8626,与烤烟新品系组配成的一代杂交种杂种优势明显,这为我国烟草雄性不育的研究和利用提供了新的方法和途径。

S UN等[12]利用R26G 处理烤烟品种K326原生质体后与N.re panda烟草原生质体融合,改变了烟草雄性不育系的胞质来源单一状况。

但对体细胞杂交的潜力不能估计过高,它不可能做到某一性状的定向转移,在利用体细胞融合进行有益性状转移的同时,野生烟草的一些劣质性状也被带进杂种中,如小叶片、烟叶变黄难、烤后色泽暗、烟叶化学成分不协调等[10]。

因此,体细胞杂交的作用要与常规育种相结合才能发挥出来。

3.2基因工程
烟草作为基因工程研究的模式植物,在抗病虫、抗除草剂、抗逆性等方面具有较好的应用前景。

我国利用基因工程技术已成功培育出了抗T MV、C M V、PY V的烤烟和香料烟品种(系)[13]。

王晓雯等[14]通过根癌农杆菌介导法将益母草非专一性脂转移蛋白(nsL TPs)类抗菌蛋白基因L j2L 和相应改造基因Lj2S分别转入香料烟品种Xan t h i 中,T0代的离体抗性试验表明,外源基因对烟草赤星病的抗性达极显著水平;T1代活性抗性试验表明,L j2L和Lj2S基因对青枯病的抗性也均达显著水平。

郭兆奎等[15]将酿酒酵母的HAL1基因转入烤烟品种龙江911和K326中,获得了高效表达的转化材料,烟叶化学成分分析结果表明转基因烟叶钾含量有显著增加。

崔红等[16]将已克隆的薄荷法呢基焦磷酸合酶(f ps)的c DN A转入烟草,获得的转基因植株(T1代)对赤星病的抗性明显提高。

但在很多情况下通过基因工程途径获得的材料与实际生产应用上还存在一定距离。

另
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外,随着转基因作物的推广,其对环境的影响日益受到关注,转基因作物的安全性已经成为国际贸易的重要技术壁垒,限制了转基因烟草在生产上的应用。

3.3分子标记辅助选择
分子标记辅助选择是通过分析与目标基因紧密连锁的分子标记来判断目标基因是否存在,从而实现对基因型的直接选择[17]。

目前分子标记辅助育种在国内外已显示出了广阔的前景。

LI N 等[18]利用野生烟草N.plu m bagini f olia@N.longi2 flora种间杂交获得的99个F2植株,构建了第一张烟草分子标记遗传连锁图谱。

N IS H I等[19]利用来自白肋烟品种间杂交W6@M ich i n oku产生的125个D H系,构建了包括95个标记的连锁图,是普通烟草种内第一张分子标记遗传连锁图谱,但该图谱只覆盖了10个连锁群,与普通烟草的24个连锁群相差较远。

肖炳光等[20]以烤烟品种G28和NC2326杂交得到的137个D H系为材料,构建了包括27个连锁群、10个ISS R标记和147个RAPD标记组成的烤烟分子标记遗传连锁图,覆盖长度183812c M,平均图距1411c M。

这是国内构建的第一张烤烟分子标记遗传连锁图,为烤烟性状的基因定位及分子标记辅助选择奠定了基础。

烟草性状的基因定位主要集中在抗性基因的标记上。

Y I等[21]利用RAPD标记对烟草抗根结线虫基因(Rk)区域进行了遗传作图。

B A I等[22]找到了与烟草根黑腐病抗性基因紧密连锁的2个RAPD标记。

Y I等[23]发现了与烟草抗野火病基因有关的5个RAPD标记。

刘晓侠等[24]利用RAPD标记和群体分离分析法,找到了与烟草抗黑胫病基因Bsl(t)连锁的两个RAPD标记。

4烟草种子技术
在良种繁育方面,我国烟草良种繁育体系主要经历了个体留种、/四自一辅0、/四化一供0和种子工程等4个时期[25]。

近几年来,全国已建立了2个原种繁殖基地和26个良种繁殖基地,形成了较为完善的种子繁育体系,各基地均已建立了种子质量检验室,健全了种子质量检测和跟踪保障,改变了我国烟草良种分散繁育和品种/多、杂、乱0的现象,不断提高了品种的种性和纯度。

开展了配套栽培技术、种子成熟变化规律、不育系种子制种技术等方面的研究[26],为种子标准化生产技术奠定了基础。

目前我国作物种子纯度鉴定技术已由传统的形态学鉴定发展到分子鉴定,利用DN A分子标记技术建立各品种的指纹图谱,通过检测是否具有该品种特有的标记指纹,鉴定品种纯度,并对种子质量进行监测。

梁明山等[27]利用10个RAPD引物检测了10个烟草品种基因组的多态性,各品种可以互相区别、差异明显,可作为10个品种鉴定的D NA指纹图谱。

肖炳光等[28]利用筛选出的18个RAPD引物对29个品种基因组D NA进行扩增,得到了29个烤烟品种的指纹图谱,参照这些图谱,可对不同烤烟品种进行真实性鉴定。

在烟草种子处理与加工方面,白永富等[29]通过水合-脱水方法及H2O2浸种处理发现,0.2% H2O2浸种1d的效果较好,能提高烤烟种子活力。

张学永等[30]研究了PEG溶液浸种、G A32丙酮溶液浸种、催芽回干和水合2脱水4种处理方法对烟草种子活力的影响,结果显示,4种处理均可提高种子活力,其中以50mg/kg GA32丙酮溶液浸种处理效果最显著。

潘建菁等[31]的研究表明,20% PEG、0.2%H2O2、50mg/L G A3可明显提高种子活力,以20%PEG浸种效果最好。

中烟种子有限责任公司已成功研制出抗旱型、生物型和催芽型烟草包衣丸化种子,其中催芽型烟草包衣丸化种子累计种植面积已达4万公顷以上。

5研究方向与重点
5.1发掘、研究和利用种质资源
首先要广泛搜集国内外种质资源,扩充烟草种质库,建立具有国际水平的烟草种质资源库,完善烟草核心种质数据库。

其次,要进一步对资源进行全面、深入、系统的鉴定,建立各种优异性状资源库,加强重要性状的全面、系统鉴定工作,挖掘有利于提高质量、安全性及特殊抗性的优异、特异种质资源供育种利用,最大限度地发挥种质资源的作用。

另外,还应采用表型鉴定与基因型鉴定有机结合的方法,开展烟草种质遗传多样性研究,从最大限度保留现有遗传多样性的角度构建烟草核心种质库,探讨烟草的起源进化及栽培品种的演化,创造新种质,丰富栽培烟草基因库,为育种提供原材料。

5.2深入开展基础研究
应加强对重要性状遗传规律的研究与探索,分析其发育遗传特点,揭示影响重要性状表现的
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主要前体物,阐明这些性状的分子机制。

研究烟草细胞质雄性不育的分子机理,探讨杂种优势形成的生物学基础。

启动烟草基因组计划,通过大规模烟草基因组测序,构建高密度的烟草遗传图谱和物理图谱,建立具有自主知识产权的烟草基因信息数据库,进行烟草重要性状相关基因定位,克隆与烟碱、有害成分、主要抗性、香气物质、主要矿物质吸收利用效率、烟叶成熟和烘烤特性等主要性状调控机制相关的功能基因等,加速品种改良进程,培育高香气、低危害、抗病虫、抗逆、高钾等突破性新品种,从根本上扭转我国烟草遗传研究薄弱、烟草育种水平不高的局面。

5.3拓宽育种途径
利用分子标记辅助选择、体细胞杂交、轮回选择、诱变等开展多途径育种。

重点研究高香气、低危害新品种选育,抗病优质新品种选育,抗逆优质新品种选育及地方特色新品种选育等。

5.4加强新品种配套技术与品种区划布局研究
在现有品种的基础上,按不同生态类型和卷烟产品对原料的需求,完善品种区划布局研究,使新品种按类型在适宜区推广种植,发挥品种的最大遗传潜力[32]。

为了实现品种多样化,在新品种选育的同时还应加强新品种的配套技术研究,重视良种良法配套和种植区划研究等。

5.5重视烟草种子技术研究
借鉴国际成功经验,加大烟草种子产业化力度,研究高发芽率、高活力种子繁育与生产技术,不育系及杂交种制种技术,加快催芽包衣种、生物型及功能型种衣剂的开发研制与推广应用步伐。

围绕烟草种子高效生产、加工、贮藏、包衣等工作开展深入研究,提高我国烟草种子生产和加工技术水平。

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3结论
在试验范围内,与不使用真空回潮机相比,使用真空回潮机处理的烟叶碎片率较低;总糖、还原糖、总碱和糖碱比总体相比有所降低,而总氮、钾和氯的含量变化不大;对于中低档烟叶的香气质和香气量没有明显影响,而且减少杂气和降低刺激性效果明显;对于高档烟叶,虽香气量和烟气浓度有所降低,但能够减少杂气,降低刺激性。

通过综合分析其利弊并结合本企业实际,最终决定在制丝工艺中添加真空回潮工序。

至于如何消除对高档烟叶产生的不利影响,还需要进一步的试验研究。

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