國家種質(zhì)三亞野生棉圃蘊(yùn)藏著棉花新品種的未來——
“棉棉”種業(yè)路
海南日?qǐng)?bào)記者 黃媛艷 通訊員 劉記
今年5月26日至30日，是中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院的第三屆農(nóng)科開放日。每到開放日，我就是收獲無數(shù)好奇目光的主角。
我是誰？我是保存在中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院棉花研究所海南科研中心國家種質(zhì)三亞野生棉圃(以下簡(jiǎn)稱三亞野生棉圃)里的一粒棉花種子。
雖然我只有0.1克重，但由我而生的，全身都是寶：棉的花，可以釀出蜂蜜，棉纖維做成的衣服健康又舒服，棉短絨還可以制作成鈔票、紙張，棉籽則是一些高端護(hù)膚品和治療腫瘤藥物的重要原料。
野生棉是現(xiàn)代棉花育種的基礎(chǔ)。全世界共有53個(gè)野生棉種類，三亞野生棉圃里就住著我們43個(gè)品種、799位野生棉“姐妹”。正因?yàn)橛羞@么豐富的野生棉種質(zhì)資源，育種家們才能培育出“優(yōu)質(zhì)專用、綠色環(huán)保、抗病抗逆、資源高效、適宜輕簡(jiǎn)化、機(jī)械化”的棉花新品種，打贏種業(yè)翻身仗。
三亞是世界野生棉集合地
保存野生棉43個(gè)品種799份材料，成為全國棉花科研人員的研究材料庫
如果你走進(jìn)三亞野生棉圃，一定會(huì)被我的“遠(yuǎn)房親戚”楊葉肖槿吸引。它可是個(gè)大家伙，足足有10多米高。它的邊上是我們的“姐妹”——澳洲棉，矮得幾乎匍匐在地。不遠(yuǎn)處，還有一位與我們“膚色”不同的“姐妹”——達(dá)爾文氏棉，它的棉絮是棕色的，大家喜歡叫它“彩色棉”。
位于三亞崖州區(qū)的中棉所國家種質(zhì)三亞野生棉圃。中棉所供圖
因?yàn)榛蛏系募?xì)微差別，我的野生棉“姐妹”們無論在株高、葉片、株型，還是在棉纖維的長(zhǎng)短、果實(shí)的大小方面，都各有特點(diǎn)，具有很高的科研和學(xué)術(shù)價(jià)值。這點(diǎn)點(diǎn)差別，正是育種家研究的關(guān)鍵。他們可以從棉屬野生種中發(fā)掘優(yōu)良基因，通過雜交等手段，來增強(qiáng)棉屬栽培種在抗旱、抗蟲等方面的性能，使棉花纖維更長(zhǎng)、更強(qiáng)、更細(xì)。所以，野生棉可是現(xiàn)代棉花育種的基礎(chǔ)，作為野生棉的種質(zhì)圃和活體庫，三亞野生棉圃的重要性就不言而喻了吧？
為什么選擇在三亞設(shè)置野生棉圃呢？“海南屬熱帶、亞熱帶氣候，是我國最早種植棉花的地區(qū)之一，棉屬植物類型多樣，種質(zhì)資源豐富，而且三亞光溫條件好，一些種質(zhì)資源只有在這里才能開花結(jié)果，有助于觀察性狀和增加種子數(shù)量�！薄爸袊拭拗浮薄⒅袊r(nóng)業(yè)科學(xué)院棉花研究所(以下簡(jiǎn)稱中棉所)品種資源研究室主任杜雄明說。
為了擴(kuò)充棉圃里的野棉品種，育種家們先后前往云南、貴州、西藏等地，在山溝溝里尋找我的野生“姐妹”。從2011年起，中棉所的專家先后赴美國、澳大利亞、巴西等棉花原分布地進(jìn)行野外考察，并通過國際學(xué)術(shù)交流來收集野棉原始材料，豐富了野生棉圃里的種質(zhì)資源。
現(xiàn)在，三亞野生棉圃里保存著的野生棉有43個(gè)品種、799份資源材料，可以面向全國提供實(shí)驗(yàn)材料，成為我國棉花科研人員最便捷的材料庫�！懊奁钥梢灾苯尤≈l葉片、花粉做種間雜交，主要用作無性繁殖、長(zhǎng)期保存、鑒定評(píng)價(jià)和共享利用，它也向國家作物種質(zhì)庫提交枝條、休眠芽、花粉、種子等材料，供離體保存研究�！敝袊r(nóng)業(yè)科學(xué)院副院長(zhǎng)、中國工程院院士萬建民說。
在2008年到2018年的10年間，中國學(xué)者發(fā)表棉花高質(zhì)量論文2261篇，居世界第一�！耙吧抟殉蔀槲覈藁ɑA(chǔ)研究和應(yīng)用基礎(chǔ)研究資源的主渠道，促成了31項(xiàng)科技成果，獲獎(jiǎng)38次�！� 中棉所生物技術(shù)研究室副主任袁有祿說。
海南野生棉屬資源豐富
蓬蓬棉是育種家眼中的“香餑餑”，有望培育出抗鹽堿的新品種
在三亞野生棉圃里，還有一位“明星姐妹”，我想重點(diǎn)介紹給你們。它的植株有1.2米到1.4米的個(gè)頭，開乳黃色的花，棉鈴小，結(jié)出的棉花纖維短。雖然其貌不揚(yáng)，也沒有直接的經(jīng)濟(jì)價(jià)值，但它卻是育種家眼中的“香餑餑”。
它就是海南土生土長(zhǎng)的棉種，名字也有趣，科學(xué)家們叫它多年生陸地棉半野生型——蓬蓬棉，黎族群眾叫它“貝栩”，苗族群眾叫它“貝太銀”。
中棉所國家種質(zhì)三亞野生棉圃的野生棉花開出的花朵。海南日?qǐng)?bào)記者 武威 攝
有關(guān)蓬蓬棉的文字記載，最早出現(xiàn)在《崖州志》等古籍中。根據(jù)記載，12世紀(jì)時(shí)海南就種有棉花。中棉所研究員、棉花品種資源專家項(xiàng)顯林在20世紀(jì)80年代考察海南棉屬資源時(shí)，收集到蓬蓬棉種質(zhì)36份，認(rèn)為這可能是在海南島長(zhǎng)期培植放野而形成的一種類型，為中國野生棉研究打開了一扇窗戶。
后來，認(rèn)識(shí)到種質(zhì)資源保護(hù)的重要性，一代又一代棉花育種人來到海南尋找野生棉資源。2015年3月，一個(gè)偶然的機(jī)會(huì)，杜雄明在三沙市永興島上發(fā)現(xiàn)了長(zhǎng)勢(shì)旺盛的蓬蓬棉。通過與采自海南省東方市以及廣東省湛江市硇洲島的蓬蓬棉材料進(jìn)行實(shí)驗(yàn)對(duì)比，他發(fā)現(xiàn)了海南蓬蓬棉的獨(dú)特性。
“海南的野生蓬蓬棉是陸地棉的一種野生種系，可能起源于墨西哥海岸，通過北赤道洋流擴(kuò)散漂流至此，在海南多地常年自然生長(zhǎng)，與現(xiàn)有棉花品種、中國西南部的退化陸地棉、中美洲的陸地棉半野生種系之間存在著廣泛的遺傳分化�！倍判勖髡f。
那蓬蓬棉為什么會(huì)受到棉花育種專家的重視呢？杜雄明說，種植棉花的土壤在受到鹽脅迫后，棉花產(chǎn)量會(huì)嚴(yán)重下降，但蓬蓬棉能長(zhǎng)期生活在高溫高鹽地區(qū)，說明它可能有抗鹽堿基因。他透露，目前團(tuán)隊(duì)已將采集來的蓬蓬棉種子放在三亞繁育，通過對(duì)“海南蓬蓬棉×陸地栽培棉”的遺傳群體等方面開展研究，期待能培育出抗鹽堿的棉花新品種。
但上面這些優(yōu)秀基因也只是蓬蓬棉基因庫里的“冰山一角”。它所屬的陸地棉有7萬多個(gè)基因，某個(gè)基因發(fā)生改變，纖維品種、葉片顏色等性狀都會(huì)隨之改變。所以，我的這位蓬蓬棉“姐妹”還有大量有利基因等待研究挖掘。我衷心希望，它可以為中國棉花育種的優(yōu)異基因資源拓寬、種質(zhì)改良和創(chuàng)新利用發(fā)揮更多作用。
推動(dòng)種業(yè)創(chuàng)新
兩年半可以選育一個(gè)穩(wěn)定的棉花材料，先后選育棉花新品種近200個(gè)，在全國種植面積超5.5億畝
在全世界的棉花栽培品種中，陸地棉產(chǎn)量高、適應(yīng)性強(qiáng)，是目前全球栽培面積最廣的棉種，占世界棉花總產(chǎn)量的90%。但陸地棉也有它的短板和桎梏。由于陸地棉的栽培種遺傳資源狹窄，短時(shí)間內(nèi)很難培育出突破性新品種。這時(shí)，我們這些在三亞野生棉圃里的“姐妹”們就能發(fā)揮作用了。
比如棕色的達(dá)爾文氏棉，具有耐旱、耐鹽堿、耐貧瘠、纖維細(xì)度好等特點(diǎn)。育種家們正在嘗試將達(dá)爾文氏棉的優(yōu)異等位基因?qū)腙懙孛蓿貙掙懙孛薜倪z傳基礎(chǔ)，改良陸地棉的纖維品質(zhì)和產(chǎn)量等性狀。
黃褐棉與陸地棉栽培種的親緣關(guān)系最遠(yuǎn)，但它的纖維品質(zhì)變異豐富，對(duì)蟲害、黃萎病等有顯著抗性。因此，一些育種家也在嘗試將黃褐棉的優(yōu)異等位基因引入陸地棉，挖掘更多有利等位基因，期待拓寬陸地棉的遺傳基礎(chǔ)。
中棉所科研工作者正在查看三亞野生棉圃里的新品種棉花生長(zhǎng)情況。中棉所供圖
野生種毛棉有多絨毛、抗蟲、抗旱以及纖維細(xì)、韌性強(qiáng)等特性，育種家正嘗試將這些優(yōu)異基因?qū)氲疥懙孛拗�，力�?zhēng)改良陸地棉的纖維品質(zhì)……
除了幫助改善棉花的纖維品質(zhì)，我們野生棉“姐妹”還在許多領(lǐng)域發(fā)揮著作用。
“棉花也是重要的油料作物，棉籽仁的含油量約45%，籽仁蛋白含量也非常高，棉籽作為榨油來源、蛋白質(zhì)供給及飼料和食品材料，具有廣闊的商業(yè)前景。限制棉籽得到大規(guī)模利用的是棉籽中的棉酚，棉酚有毒，不能直接食用，但棉酚卻對(duì)治療一些腫瘤有作用。”中棉所棉花功能基因組創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)首席專家宋國立說。
對(duì)這個(gè)難題，我的另一個(gè)“姐妹”澳洲棉有辦法。它的部分野生棉種中具有“子葉色素腺體延緩形成”的性狀，簡(jiǎn)單說，就是在棉種的休眠期，種子里不含腺體和棉酚，只有當(dāng)種子吸脹萌發(fā)后，腺體和棉酚才會(huì)陸續(xù)形成。
“這種特性就為低(無)酚棉育種帶來了新思路，甚至有可能從根本上解決棉籽難以大范圍利用的難題。”宋國立透露，他們團(tuán)隊(duì)目前正在研究澳洲棉的抗病性和低(無)酚特性，通過雜交等方式，期待能選育出多能效的棉花新品種。
說了這么多，你們大概明白了，海南雖然不是我國棉花的主產(chǎn)地和主消費(fèi)地，但通過三亞南繁這個(gè)“加速器”，在我們野生棉家族的助力下，三亞野生棉圃正在發(fā)揮越來越重要的作用。
“中棉所海南南繁基地通過野生棉資源和遠(yuǎn)緣雜交資源材料搜集、保存、創(chuàng)新利用，先后選育棉花新品種近200個(gè)，在全國種植面積超過5.5億畝�！敝忻匏彼L(zhǎng)彭軍透露，目前南繁基地已實(shí)現(xiàn)棉花一年三代繁育，兩年半就可以選育一個(gè)穩(wěn)定的棉花材料，遠(yuǎn)快于傳統(tǒng)的15年，“常規(guī)育種+生物技術(shù)+信息化”的運(yùn)用，還會(huì)進(jìn)一步提高育種的效率。
現(xiàn)在，海南以三亞崖州灣科技城建設(shè)為平臺(tái)，發(fā)展南繁產(chǎn)業(yè)，加快推進(jìn)全球動(dòng)植物種質(zhì)資源中轉(zhuǎn)基地建設(shè)，尤其是建設(shè)南繁作物表型研究設(shè)施、種子創(chuàng)新研究院等共享實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，加大知識(shí)產(chǎn)權(quán)保護(hù)和制度集成創(chuàng)新。相信隨著人們加大對(duì)種質(zhì)資源的保護(hù)與利用，像我這樣的小小棉種將發(fā)揮更大的潛力，棉花種業(yè)的未來之路也會(huì)越走越寬。
(本報(bào)三亞6月1日電)
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