热区葡萄育种研究进展
2024-11-05王博郭荣荣成果韩佳宇林玲何建军白扬谢蜀豫王举兵白先进
摘要:葡萄是温带果树,葡萄生产及新品种培育主要分布在气候干燥凉爽的温带地区。随着避雨、破眠、一年两收等葡萄栽培新技术的推广,热区葡萄由于早熟、错季经济效益明显,近年发展迅猛,该区已成为我国特色优势栽培区。葡萄新品种对葡萄产业的快速发展起着重要推动作用。文章结合国内外研究进展提出热区葡萄育种的必要性,概述当前热区葡萄产业现状、主栽葡萄品种及存在问题:由于我国热区葡萄育种工作起步较晚,目前热区主栽葡萄品种仍为温带地区育成,均不耐湿热,存在着色障碍、品质下降、抗性差、易感多种病虫害、需冷量较高、发芽不整齐和易发生日灼等“水土不服”问题。文章分析了热区育种的优势:热区积温高,实生苗生长量大,结果早,育种效率高;热区分布的野生耐热葡萄资源丰富,是培育耐热抗性强新品种的宝贵材料;热区逆境条件可为耐热抗病葡萄新品种的选育提供天然的筛选环境。总结湿热地区葡萄育种研究进展,包括葡萄栽培技术基础、育种机构和专业技术人才队伍情况。阐述广西葡萄种质资源引进与评价的基础,介绍巴西热区葡萄遗传育种研究计划的代表性新品种及广西热区葡萄选育品种的登记及保护情况,并提出我国热区葡萄育种下一步工作计划。在高热高湿、降雨多、日照时数少、冬季低温时数少的热区逆境气候环境下选育早熟优质、抗性强、易栽培和耐储运葡萄新品种是热区葡萄产业健康高质量可持续发展的保障,对提升热区葡萄新质生产力具有重要意义。
关键词:热区;逆境;葡萄;育种;优势;进展
中图分类号:S663.1文献标志码:A文章编号:2095-1191(2024)08-2374-12
Grape breeding in tropical and subtropical regions:A review
WANG Bo GUO Rong-rong CHENG Guo HAN Jia-yu LIN Ling HE Jian-jun3,BAI Yang4,XIE Shu-yu WANG Ju-bing5,BAI Xian-jin2*
(1College of Agriculture,Guangxi University,Nanning,Guangxi 530004,China;2Grape and Wine Research Institute,Guangxi Academy of Agricultural Sciences,Nanning,Guangxi 530007,China;3Guangxi Academy of Special Crops/Laboratory of Germplasm Innovation and Utilization of Specialized Economic Crops in North Guangxi,Guilin,Guangxi 541004,China;4Guangxi Zhencheng Agricultural Co.,Ltd.,Nanning,Guangxi 530105,China;5FruitTechnical Guidance Station of Guangxi,Nanning,Guangxi 53002 China)
Abstract:Grape is a kind of temperate fruit tree,and grape production and new-variety breeding are also mainly dis-tributed in temperate regions with dry and cool climates.However,with the promotion of new grape cultivation tech-niques such as rain shelter,dormancy breaking and double-harvest-a-year,the grape industry in tropical and subtropical regions has developed rapidly in recent years due to its early maturity and distinct off-season economic benefits.It has be-come a characteristic and advantageous cultivation area in China.New grape varieties played an important role in promo-ting the rapid development of grape industry.Based on the research progress at home and abroad,this paper proposed the necessity of grape breeding in tropical and subtropical regions,summarized the current situation of grape industry intropi-cal and subtropical areas,the main cultivated grape varieties,and the existing problems.Due to the late start of grape breeding in tropical and subtropical regions of China,the main cultivating grape varieties in these regions were still bred intemperate regions.These varieties were not resistant to heat and humidity and exhibited problems such as coloring disor-ders,quality decline,poor resistance,susceptibility to various diseases and pests,high chilling requirements,uneven germination,and susceptibility to sunburn,indicating their unsuitability to the local environment.Then the advantages of breeding in tropical and subtropical regions were further analyzed.The accumulated temperature in tropical and subtropi-cal areas was high,the growth of seedlings was vigorous,fruiting occurred early,and the breeding efficiency was high.In addition,the wild heat-tolerant grape resources distributed in tropical and subtropical regions were abundant and they were valuable materials for cultivating new varieties with strong heat and disease resistance.The stress conditions in these areas could provide a natural screening environment for the selection of new varieties of heat-tolerant and disease-resistant grapes.The research progress on grape breeding in hot and humid tropical and subtropical regions were summarized,in-cluding the basic grape cultivation techniques,breeding institutions and professional technical teams.It elaborated on the solid foundation of the introduction and evaluation of grape germplasm resources in Guangxi.The representative new varieties from the Brazilian grape genetic breeding program and the registration and protection of new grape breeding va-rieties in Guangxi tropical and subtropical regions were introduced,and the work plan of grape breeding in tropical and subtropical regions of China was put forward.The breeding of new grape varieties with properties such as early maturity,high quality,strong resistance,easy cultivation,resistant to storage and transportation under the adverse climate environ-ment of high temperature,high humidity,frequent rainfall,fewer sunshine hours and fewer winter chilling hours was a guarantee for the healthy,high-quality and sustainable development of the grape industry,and it was of significance to promote new quality productive forces of grape in tropical and subtropical regions.
Key words:tropical and subtropical regions;stress;grape;breeding;advantages;progress
Foundation items:Guangxi Key Research and Development Project(GuikeAB21196042);Guangxi Natural Science Foundation(2023GXNSFBA026047);Nanning Scientific Research and Technology Development Plan(20232052);Ba-sic Scientific Research Project of Guangxi Academy of Agricultural Sciences(Guinongke 2021YT127)
0引言
根据联合国粮农组织数据,2021年我国葡萄总产量为1506.79万t,位列世界第一,总栽培面积为77.79万ha,排世界第二;平均产量19368 kg/ha(FAOSTAT,2024)。欧洲各国80%以上栽培的是酿酒葡萄,而我国80%以上是鲜食葡萄。我国已真正成为世界葡萄生产大国。回顾我国葡萄发展历史,种植面积快速增长时期均伴随着新品种的快速推广。如20世纪70和80年代的巨峰葡萄、90年代的红地球葡萄、21世纪初的夏黑葡萄以及2010年后的阳光玫瑰葡萄等均对我国葡萄产业发展起着重要推动作用,其中,抗病性强的巨峰与藤稔葡萄促进了我国南方葡萄产业的起步;耐储运的红地球葡萄开启了葡萄远距离运销先河;耐储、优质的阳光玫瑰葡萄刺激了葡萄消费市场的快速增长及栽培面积的迅速扩张。目前全世界均在积极开展葡萄新品种选育工作,育成了大量新品种,国际葡萄品种目录(VIVC)数据库(https://www.vivc.de)截至2024年5月登记在册的葡萄品种有25700多个,而我国收集、保存及选育葡萄品种历史较短,仅有3000余个(王勇等,2021)。国外葡萄品种收集、培育、登记和保护的数量远超过我国(张培安等,2018)。近年来,我国在葡萄新品种的培育方面取得可喜成绩,培育出许多品种和品系,但由于育成的新品种大部分还处在推广过程中,导致目前国内主栽品种仍多为国外引进品种。
我国南亚热带地区葡萄由于早熟、产地附近消费市场活跃等原因,栽培经济效益高。但冬季低温不能满足高需冷量葡萄品种休眠期对低温的需求,造成春季葡萄萌芽不整齐(白先进等,2008),不利于新梢统一管理,且高温多雨的气候易造成葡萄病虫害增加、果实成熟期昼夜温差小导致葡萄转色不良、品质降低等一系列问题(李新明等,2002;韩佳宇等,2022)。近年来,热区葡萄在避雨栽培、一年两收、错季栽培、人工破眠催芽等新技术推广应用下,实现了淡季上市,经济效益显著,产业发展较快。但现有大多数栽培品种仍存在破眠后发芽不整齐,耐热和抗病性较差,无法满足热区葡萄产业健康发展的需要。因此,亟需选育适宜热区栽培的葡萄新品种。
目前国内外的葡萄抗性育种研究目标主要集中于抗病、抗寒、抗旱及抗根瘤蚜等方向。世界范围内多数国家和地区培育出的葡萄品种是基于温带或地中海干爽气候条件下选育,大多数品种不耐湿热、需冷量高、易感白粉病和霜霉病等多种病害,在湿热地区栽培不但抗逆性差,其优良的品质性状也无法得到完全表现。同全球大多数葡萄育种机构一样,我国的葡萄育种研究单位均位于气候冷凉、生长期干燥的葡萄适宜栽培区,目前所培育的葡萄品种中还未有适宜热区栽培的优良品种,且围绕适宜我国热区栽培的葡萄育种相关研究鲜有报道。文章结合国内外研究综述和热区气候特点分析当前热区葡萄产业面临的难题,阐明在热区开展葡萄育种工作的优势,并回顾近年热区葡萄逆境育种发展历程,提出热区开展选育早熟优质、抗性强、易栽培和耐储运葡萄新品种的育种目标,为进一步优化葡萄品种布局及保障热区葡萄产业健康高质量可持续发展提供理论参考。
1热区葡萄育种的必要性
1.1热区葡萄产业概况
1.1.1世界热区葡萄产业概况热带地区是指地球上环绕赤道的南北回归线之间的陆地和海洋区域(图1)。2021年,世界热带地区葡萄年产量超过600万t,其中栽培面积第一的是印度,葡萄年产量超过259万t(FAOSTAT,2024),也是世界葡萄主要生产国之一;根据2024年农业农村部统计结果,我国热区(云南、广西和广东)葡萄年产量在160万t左右。巴西年产量98.4万t(FAOSTAT,2024)。其他热带葡萄种植国分别是秘鲁(69万t)、也门(15.3万t)、泰国(8万t)、巴基斯坦(4万t)、纳米比亚(2.7万t)、哥伦比亚(2.5万t)、玻利维亚(2.1万t)和委内瑞拉(1.9万t)、危地马拉(1.9万t)、马达加斯加(1.3万t)和坦桑尼亚(0.5万t)(Commins et al.,2012;FAOSTAT,2024)。
1.1.2我国热区葡萄产业发展概况我国热区通常是指我国的热带和南亚热带地区,包括琼、闽南、粤大部、桂中南、滇南与西南、赣南和川滇交界处的金沙江干热河谷地带及黔南低热河谷地带(姚利好和郭颖梅,2018)。其中,广西为典型的亚热带湿润性季风气候区域,热量丰富、雨量充沛,境内共10个市42个县(区)属热区范围(曾安逸等,2017)。近年来,随着破眠、避雨栽培和一年两收栽培等新技术的不断完善与推广应用,广西、云南等热区已成为我国葡萄产业新兴的核心栽培产区(张永辉等,2016)。
广西从20世纪80年代开始引进抗病性强的巨峰系葡萄,对其进行试验示范推广(白先进等,1997)。从21世纪初开始,广西葡萄科技人员研发突破热区葡萄萌芽难的瓶颈,围绕葡萄一年两收栽培技术创新发明了多项栽培关键技术,改变了葡萄传统栽培模式,实现了葡萄一年收获两次、错季上市增效,使广西从葡萄种植的不适宜区变成特殊优势种植区(白先进等,2010;郭荣荣等,2016)。农业农村部2017—2018年连续2年将葡萄一年两收栽培技术列为主推技术。随着该技术的推广,热区葡萄产业迅速发展。据统计,广西葡萄面积、产量和产值分别从2005年的9987 ha、11.91万t、2.58亿元增加至2023年的32100 ha、74.74万t、91.92亿元(图2)。
云南具有高海拔立体气候,雨水偏少,气候较干燥,较多地方适宜葡萄生长。据统计,2010—2018年,云南葡萄栽培面积及产量均呈快速升高后有所降低的变化趋势,2018—2022年趋于稳定(图3)。2022年云南葡萄总面积为39753 ha,产量为105.66万t,产区集中在云南红河州、大理市、楚雄市和曲靖市,栽培面积占全省的90.7%。云南省避雨、大棚等设施栽培葡萄与露地栽培各占一半,鲜食葡萄占85%以上(杨顺林等,2016,2019;李永平等,2022)。当地以充沛的光温资源为基础,应用设施促早、一年两收、延迟栽培等创新栽培技术,将葡萄上市期最早可从1月上旬(金沙江干热河谷区的元谋、宾川等县)开始持续至12月,基本实现鲜食葡萄的周年上市供应(李永平等,2022;王玉倩等,2023)。
受广西和云南热区葡萄产业发展的影响,近10年来广东葡萄产业也重新起步并稳步发展(黄旭明等,2015),2022年广东葡萄栽培面积为2973ha,产量为6.37万t。海南葡萄产区经过当地农技人员不断的技术探索以及来自各热区有经验果农实地参与技术开发,葡萄栽培总面积现已超过667 ha。海南省农业科学院热带果树研究所建成1个3.3 ha的葡萄新品种示范园,引进葡萄品种100余个,为筛选适宜热区气候条件的葡萄品种和探索高温逆境条件下的葡萄栽培技术奠定了良好基础。
综上所述,我国热区葡萄基本上实现周年上市,经济效益较好,该区已成为我国葡萄产业特色优势栽培地区。
1.2热区葡萄主栽品种因“水土不服”存在的问题
用于热带地区的葡萄品种,应具有抗真菌病害、适应极端气候条件以及高产量和高品质等重要特征。但目前世界上热带地区主要种植的葡萄品种主要来自温带纯欧亚种(McColl,1986;Demir,2014),对热区极端天气条件的适应性较差,出现严重的“水土不服”现象。广西20世纪90年代引进来自欧美国家选育的红地球、维多利亚、里扎马特、玫瑰香、圣诞玫瑰、黄意大利等欧亚种鲜食葡萄品种,表现出抗性差,避雨条件下仍易感白粉病、灰霉病、炭疽病等多种病害。这些品种除了非常耐储运的红地球目前在桂林资源县还有少量种植外,其余品种在广西均已基本淘汰。广东先后引进过金后、白鸡心、北醇、巨峰、玫瑰香、玫瑰露等欧亚和欧美杂种(吴景敬,1982),但由于“水土不服”、热区葡萄栽培技术尚未成熟等原因均以失败告终。广东目前葡萄设施栽培品种多以引进的阳光玫瑰和夏黑葡萄为主,缺乏自主选育品种,主栽品种单一,导致葡萄成熟期集中上市,市场价格不稳定(谢玉明等,2021)。
目前国内热区主栽的巨峰、夏黑和阳光玫瑰等葡萄品种均引自日本,为欧美杂交种,虽然具有抗病性较强、香味浓、品质好等优点,但需要保花保果、疏花疏果、膨大及无核等栽培处理措施,存在用工量大等缺点。此外,巨峰还存在保果及着色难,冬果易发生溢糖性霉斑病等问题。阳光玫瑰则存在需冷量较高、发芽不整齐,易发生日灼、气灼等热逆境下的生理病害等问题。
1.3在湿热地区开展育种的必要性
国外的知名葡萄育种机构如美国公立机构Uni-versity of California-Davis(UC Davis)、U.S.Depart-ment of Agriculture(USDA),育种企业如SUN WORLD INTERNATIO NAL,LLC.(SUNWORD公司)、Grapa Varieties,LTD.(GRAPA公司)和Interna-tional Fruit Genetics,LLC(IFG公司)。欧洲的Star-grow Group of Companies(STARGROW公司)、The Agricultural Research Council(ARC.LNR公司)和SPECIAL NEW FRUIT LICENSING LIMITED(SN公司)以及国内的绝大多数葡萄育种机构均位于温带或地中海气候区域,该区域葡萄病虫危害轻,冬季低温能满足葡萄休眠所需。日本国立农业与食品研究院果茶研究所葡萄与柿研究部,民营的植原葡萄研究所、志村葡萄研究所、花泽茂葡萄研究所等葡萄育种机构所在地也均位于温带地区。因此,上述各育种机构均无法自然淘汰需冷量高、不耐热、高感病的品种,培育的大多数品种在热区存在发芽不整齐、着色障碍、品质下降、易感多种病虫害等问题。
鉴此,只有在高热高湿、降雨多、日照时数少、冬季低温时数少的热区,也即葡萄生长的逆境气候环境下进行杂交后代的筛选,才能获得适宜湿热环境中种植(耐热和抗性强)、果实品质好(早熟、无核和香气浓郁)、着色好、花芽分化容易、需冷量低且耐储运、适宜一年两收及错季栽培的葡萄品种。
2我国热区育种的优势条件
2.1野生资源优势
新中国成立以来,我国组织过多次野生资源调查,发现热区的广东、广西和云南均有大量的野生葡萄属植物分布,这些种质资源可为进一步培育耐热抗病的葡萄新品种提供丰富的试验材料。
云南是我国葡萄属植物的重要分布区之一,包括刺葡萄、瘤枝葡萄(变种)、凤庆葡萄、葛藟葡萄、河口葡萄、桦叶葡萄、毛葡萄、美丽葡萄、勐海葡萄、蒙自葡萄、绵毛葡萄、网脉葡萄、小果葡萄、小叶葡萄、蘡薁葡萄和云南葡萄等(孔庆山,2004)。广东分布有刺葡萄、毛葡萄、变叶葡萄、葛藟葡萄、华东葡萄、美丽葡萄、华南美丽葡萄、绵毛葡萄、闽赣葡萄、毛脉葡萄、连山葡萄、鸡足葡萄和东南葡萄等(孟聚星等,2020)。广西拥有13个种4个变种葡萄野生资源,部分野生资源见图4,以毛葡萄、腺枝葡萄最多,还有刺葡萄和华东葡萄(贺普超,2012),主要分布在桂中、桂西、桂北和桂西南各县,其中刺葡萄、毛葡萄和腺枝葡萄均较丰产(邓国富,2024),且毛葡萄和腺枝葡萄耐热性、耐旱性、耐贫瘠性强,抗病、抗湿热(姜建福,2017)。朱建华等(2023)在毛葡萄和腺枝葡萄中已筛选到中抗至高抗霜霉病的株系。本课题组今后将利用这些抗性优异的野生葡萄种质资源,开发抗病、耐湿热相关分子标记;通过杂交对主栽葡萄品种进行抗性改良以充分发挥野生葡萄种质资源优势,选育拥有自主知识产权的葡萄新品种。
2.2热区育种研究基础
2.2.1热区育种环境基础我国热区日平均气温≥10℃的年有效活动积温7000~8000℃,热区葡萄生长期长、生长量大、实生苗结果速度快,可实现当年杂交,次年结果。由于生长期长,葡萄可以一年多次开花结果,增加杂交代次,较非热区能明显缩短育种进程。同时,我国热区葡萄成熟季雨水多、湿度大、弱光期长,冬季低温不足,具备筛选耐弱光、耐热、耐抗病、低需冷品种的天然条件。此外,秋冬季光照充足,昼夜温差大,为葡萄杂交苗二季果的培育提供了良好的气候条件,使其可以表现出在适宜气候条件下果实的优良品质性状,利于开展杂交苗早期综合评估及筛选。可见,热区环境条件适宜培育耐湿热及广适性葡萄品种。
2.2.2热区育种栽培技术基础广西育种团队在充分利用自然温光资源优势的基础上,集成创新育种新技术。采用胚培养方式实现“当年杂交—当年成苗—次年见果”栽培模式;利用胚挽救技术开展无核葡萄杂交育种;通过葡萄一年两收栽培技术促进葡萄花芽分化,使葡萄一年多次开花结果,一年内能进行多次杂交,增加了杂交改良品种的频率;采用分子标记早期识别裂果性状、玫瑰香味、霜霉病、白粉病及无核性状,早期淘汰非目标植株,提高育种效率。
2.2.3广西热区葡萄育种机构及人才基础广西农业科学院葡萄与葡萄酒研究所是我国热区仅有的葡萄与葡萄酒专业研究所,拥有从事葡萄育种研究工作的专业技术人员16人,近年来陆续培育了鲜食和酿酒葡萄新品种14个,是国家葡萄产业技术体系南宁综合试验站和广西葡萄产业创新团队依托单位。广西特色作物研究院是国家葡萄产业技术体系桂北综合试验站依托单位,从事葡萄选育技术人员有8人。广西大学葡萄研究团队有专职从事葡萄育种和栽培研究工作的专业技术人员3人及相应研究生队伍。广西真诚农业公司葡萄研发团队拥有育种专业技术人员23人。4家单位联合建成的广西葡萄联合育种团队共有专业技术人员40余人。广西从事葡萄选育、栽培、加工的专业技术人员中有博士10人、研究员16人、副研究员21人,是目前我国热区最大的葡萄研发团队。该团队得到国家葡萄产业技术体系的大力支持,还与国内各大葡萄育种机构及深圳百果园实业(集团)股份有限公司形成了集研发、教学、示范、推广和销售紧密结合的产学研用体系,为提高葡萄新品种选育效率、尽快适应市场需求提供保障。
2.2.4其他热区葡萄育种机构及人才基础广东目前参与葡萄研发的技术人员20余人,集中在华南农业大学、广东省农业科学院果树研究所、广州市果树研究所和东莞市农业科学研究中心,以引进新品种观察和栽培技术研究为主,华南农业大学的葡萄团队也进行了小规模葡萄杂交育种。云南农业大学从事葡萄研发人员有10余人,研究证实葡萄驯化的起源中心有2个,鲜食葡萄和酿酒葡萄在不同区域同时起源,目前研究方向集中在葡萄有机酸和糖代谢,抗性研究等方面(Dong et al.,2023)。云南农业科学院热带作物科学研究所设有国家葡萄产业体系元谋试验站,团队成员有5人,主要从事引进新品种及栽培新技术的试验示范,服务面上产业,与海南省农业科学院果树研究所、广西农业科学院和沈阳农业大学相关葡萄科技人员长期合作,共同致力于葡萄杂交新品种引进及选育工作。
2.2.5广西葡萄种质资源引进与评价成果基础
20世纪80年代以来,随着广西葡萄产业的快速发展,各地对葡萄新品种的引进及本地野生资源的发掘积极性空前高涨,广西农业科学院葡萄与葡萄酒研究所、广西大学、广西特色作物研究院、广西真诚农业有限公司等科研单位和企业与国家葡萄产业体系育种岗位科学家及国家葡萄种质资源圃建立了紧密的合作关系,同时与美国、日本和欧洲的葡萄育种公司建立了优新品种引进、检验检疫和品种保护渠道平台,不断引进新品种;开展了葡萄种质资源引进与发掘工作,并建立了热区葡萄种质资源圃。目前共引进保存葡萄种质资源652份,其中,鲜食葡萄品种389个,酿酒葡萄品种161个,圆叶葡萄品种23个,野生毛葡萄和腺枝葡萄种质19份,刺葡萄种质5份,华东葡萄种质2份,砧木种质53份。广西农业科学院葡萄与葡萄酒研究所保存葡萄种质资源314份,广西真诚农业有限公司保存147份,广西特色作物研究院保存145份,广西大学保存46份。各科研单位和企业对资源圃种质的物候期、植物学性状、产量、品质和抗耐病性等均开展了系统评估,已筛选出优良性状集中、优势互补的品种开展杂交育种工作。
3湿热地区葡萄育种研究进展
3.1国外热区葡萄育种研究进展
近10年全世界葡萄新品种选育数量年平均增加800余个,而适宜热区栽培的葡萄品种仅在巴西有报道,巴西国家葡萄和葡萄酒研究中心在1940年启动热区葡萄遗传育种研究计划,旨在选育适应热带环境、高品质和高抗性的鲜食、制汁和酿酒葡萄新品种(Barlass et al.,1988;Camargo et al.,2008;樊秀彩等,2012)。该中心先后发布适宜热区栽培的鲜食葡萄品种6个、酿酒葡萄品种2个、制汁葡萄品种3个(表1)。
3.2我国热区葡萄育种研究进展
我国热区葡萄育种已在广西和云南取得初步进展。广西葡萄领域研发人员从20世纪80年代开始就已开展引进、选育和推广适宜本地栽培的葡萄新品种工作。截至目前,广西农业科学院牵头共选育审定、登记和保护野生葡萄种质资源5份,利用毛葡萄与酿酒葡萄杂交育成酿酒葡萄品种2份,7个引进品种和4个芽变品种通过广西农作物品种审定委员会审定,9个杂交品种获得农业农村部颁发的非主要农作物品种登记证书(表2),为培育适宜热区栽培的葡萄新品种提供了种质资源基础。其中,桂葡6号酿造的干红葡萄酒和桃红葡萄酒在2024年4月18日举行的第十四届(2024)亚洲葡萄酒质量大赛上荣获金奖,为充分利用热区野生葡萄种质资源奠定了基础。云南以野生毛葡萄为母本、无核白鸡心为父本选育出云葡1号(马春花等,2017b)和云葡2号(马春花等,2017a)2个葡萄品种(张永辉等,2019)。
此外,广西热区葡萄研发团队首次开发当年杂交、当年成苗、次年秋冬见果的技术,首次将葡萄从杂交至结果的时间缩短至1.5年(图5),极大提高了葡萄的育种效率。截至2023年,共开展杂交组合310余个,获得杂种苗23530余株,是目前我国热区数量最多的葡萄杂交种群。
2024年6月22日在南宁举办的第二届适宜广西栽培葡萄新品种鉴评会上,国家葡萄产业技术体系首席科学家段长青教授现场鉴评25个新品种,发现有多个比较优良的杂交品种或者品系适合在全国乃至全球推广应用(广西网络广播电视台,2024),部分新品种成熟果实见图6。
除了开展传统杂交育种外,近年来广西葡萄研发人员还开展了生物育种方面的基础研究工作。Qu等(2021)通过转基因技术获得过表达圆叶葡萄MrRPV1基因的转基因西拉植株,对霜霉病的抗性显著增强。Cheng等(2023)对广西野生腺枝葡萄桂黑珍珠6号进行全基因组测序,并与欧亚种葡萄、河岸葡萄和圆叶葡萄进行比较基因组学、转录组学和代谢组学联合分析,为揭示腺枝葡萄风味和品质特征提供了分子基础,也为鉴定东亚种群的有利基因并应用于育种工作提供重要参考依据。此外,余欢等(2019)通过对不同白粉病抗性的葡萄品种进行转录组分析,筛选到75个差异表达的转录因子与信号转导、防御反应、转录激活等生物学过程相关,为抗病育种提供了重要基因资源。Guo等(2022)通过对高温处理后的巨峰葡萄叶片进行转录组测序分析,鉴定到多个参与光合作用和脱落酸转录调控的热应激响应基因、热应激蛋白和热应激转录因子,为耐热育种提供了基因资源。目前,本课题组已获得多个高温胁迫响应基因的转基因葡萄植株,为培育耐热葡萄新种质提供了良好的研究材料。
4我国热区葡萄育种研究工作计划4.1广西热区葡萄育种研究
广西热区葡萄育种团队将继续寻求与国内外葡萄育种团队合作,在国家葡萄产业技术体系项目、广西重点研发计划项目及广西真诚农业有限公司葡萄育种专项等项目支撑下,由广西农业科学院葡萄与葡萄酒研究所、广西特色作物研究院、广西大学农学院和广西真诚农业有限公司组成的葡萄良种攻关合作团队,将继续开展适宜热区栽培的葡萄品种杂交选育工作,在基础研究方面加强联合,重点攻关分子设计育种、分子标记选择等方面研究,进一步开发胚挽救技术选育适宜热区栽培的无核葡萄等方面研究。
为培育具有适应热区气候特点的鲜食葡萄新品种,利用耐热、抗性强的葡萄野生资源与具有优秀性状的国内外葡萄品种进行优势互补配对杂交,培育具有耐热、抗病、低需冷量、无核自然大粒、颜色鲜艳、有香味、易成花适宜两收栽培、长势旺、丰产优质、不裂果、耐贮运等性状,适合南方高温高湿气候条件兼顾适宜各地气候条件的鲜食葡萄新品种。热区酿酒葡萄品种选育将利用当地多个毛葡萄种质资源与抗耐霜霉病的葡萄种质杂交,培育出抗多种病害特别是耐抗霜霉病的酿酒葡萄新品种,解决当前毛葡萄产业最大难题;进一步与优质酿酒葡萄回交培育综合抗性强、酒质优秀、适宜热区栽培的酿酒葡萄新品种。采用胚挽救技术,香味、无核、颜色、裂果和抗病耐热等分子标记方法筛选杂交苗,提高育种效率。
4.2云南热区葡萄育种研究
从遗传资源到预测基因组学推进气候智能型葡萄育种是未来发展趋势。云南省科研团队以筛选葡萄优质野生种质资源为基础自主选育葡萄新品种,引进吸收再创新葡萄栽培技术缩短育种进程。将通过泛基因组技术对葡萄的经济性状控制基因进行全面解析;通过功能基因组学挖掘葡萄重要经济性状控制的优势基因;通过开发葡萄育种芯片和建立葡萄基因组辅助育种技术等工作,为弥补我国高原热区葡萄分子育种领域短板,促进葡萄产业发展提供理论和技术支持。
4.3广东及海南热区葡萄育种研究
以引进选育耐湿热、高抗优质葡萄新品种,优化创新热区葡萄栽培技术为基础,重点攻关葡萄设施栽培硬件设施,充分开发利用土地及气候资源,实现高密度和高效率的植物工厂化育种。此外,广东及海南将成为我国适宜热区栽培新品种的重要栽培产区,成为错季、早熟葡萄栽培经济效益最好的特色栽培区。
综上所述,热区是目前世界主栽葡萄品种的逆境栽培区,葡萄育种研究起步晚,加之葡萄为多年生果树,育种周期长,导致目前可推广应用的品种不多,但热区葡萄作为葡萄育种新发展区,也具有以下明显优势:(1)积温高,生长季长,葡萄生长量大,能使杂交苗迅速通过童期进行花芽分化,实现当年杂交,次年见果;同时能满足葡萄2个生长季需要的积温实现一年两熟,可进行早期鉴别优株,优胜劣汰,提高葡萄育种效率。(2)在热逆境下能表现出良好丰产性、商品性、耐储运性的品种才是适宜热区栽培的葡萄品种。在热区温湿度大、春夏季阳光不足,成熟期昼夜温差小等不利因素形成的逆境为选择抗逆品种提供了有利条件。(3)不同热区的气候条件差别较大,如广西的秋冬季、云南河谷栽培区和海南的旱季阳光比较充足,温差较大,可识别出新品种在适宜葡萄栽培区可能的栽培性状,为培育广适性葡萄品种提供了条件。
5展望
热区葡萄育种研究起步晚,加之葡萄为多年生果树,育种周期长,导致目前可推广应用的品种不多。在热区开展葡萄育种研究工作,不仅能加快育种进程,还可以利用热区温湿度大、春夏季阳光不足,成熟期昼夜温差小等不利因素形成的逆境,选育适应多种逆境条件(除抗寒外)的高抗葡萄新品种,推进热区葡萄产业高质量发展,符合国家促进区域协调发展战略。此外,还能充分挖掘并开发利用我国热区野生葡萄种质资源优异抗性基因,为生物育种提供基因资源,对加快葡萄种业发展、加强葡萄种业科技创新、提升热区葡萄新质生产力具有重要意义。
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(责任编辑李洪艳)