烟草育种技术发展现状与趋势.pdf

1、烟草育种技术发展现状与趋势一、引言近两年,烟草育种相关研究工作进展顺利。中国烟草种质资源平台的逐步建设和完善,为我国烟草种质的长期而有效的利用搭建了一个非常重要的战略平台,形成了系统的资源收集保存体系,鉴定评价工作逐步完善,并实现了资源信息与实物共享。烟草重要性状遗传规律、基因定位、及分子标记开发工作逐步深入。育种技术方法方面,以常规育种技术为基础,与其相结合,分子育种等育种技术得到逐步应用。所育成品种符合我国烟草品种选育的既定目标,在香气质和香气量方面较以往品种有较大程度改善,特色突出,育成品种对部分病害的抗性有较大突破,综合抗病性有较大程度极高。品种试验和评价工作进一步规范和完善,新品种得

2、到了逐步推广。烟草种子工作向商品化、产业化继续推进。二二、烟草育种技术研究进展(一)种质资源研究1、资源信息与实物共享系统全面建立资源信息与实物共享是资源平台建设的核心 内容之一,中国烟草种质资源网络信息系统于20 08年n月正式开通,这是我国唯一首次开通的单一作物种质资源网络信息系统,全部软件均为自主研发,拥有独立知识产权,其功能达到国内领先、国际先进水平 l,2。该系统功能齐全,硬件设施先进,全部采用I BM和S AMsUNG公司 目前最先进的产品。功能不断完善:一是在2个底层数据库(特性数据库和共性数据库)的基础上,建立了具有强大的数据查询功能;二是开发了中国烟草种质资源地理信息系统,为

3、烟草种质资源的收集、保存、整理、分发与利用,提供了便捷的网络化、智能化决策方式;三是开发了种质资源在线实物共享系统,可实现烟草种质需求信息在线提交以及在线管理,解决了长期以来种质资源信息、实物集中于一处,难以共享的局面,实现了资源实物与信息全面共享。2、资源编目、繁种、鉴定取得突破性进展(l)截止到2 01 0年1 2月,我国的国家烟草种质资源库中已编日的种质数量达到52 10份,己成为世界上烟草种质 资源保存数量最 多、多样性较为丰富的 国家。包括烟草6 6个野生种 中的3 5个,其 中:国内资源4 40 1份,国外资源809份。按烟草类型分,烤烟 资源2 2 3 8,份,晒晾烟资源2 27

4、 8份,白肋烟 资源1 80份,雪茄烟资源53份,香料烟 资源8 5份,黄花烟资源34 1份,野生种资源 3 5份。已成 为世界上烟草种质资源拥 有和保存数量最多的 国家。种质资源收集范围涵盖了我国(包 括台湾省)32个省(自治区、直辖市),以及美国、巴西、津巴布韦、日本、希 腊、土耳其、越南、印度 等3 2个国家的一些栽培品种 3。图1烟草种质资源编目进展(2)完成国家烟草种质资源库繁种更新3 5 37份,为国家库长期安全保存提供了重要保障。新增图像数 据性数据170 0余项,更正特征数据15 0余项。基本实现了国家库全面更新,3406份(149 00张),补充特(3)完成品质鉴定6 6 0

5、份,6种病害及2种虫害抗性鉴定29 7 5份次(5 12,89 0,81 3,76 0),通过品质及抗性鉴定,筛选了一批优异烟草种 质资源,其中品质优异种质6 5份,抗性优异种质54 6份,其中抗TMV、黑胫病、赤星病等 的烟草种质资源比较丰富,而抗PV Y、CMV和青枯病 的烟一草种质相对较少,遗传基础较狭隘。优质、抗性种 质资源为烟一草育种提供了坚实的遗传 物质基础,鉴定经验和数据可为烟草行业抗病、虫鉴定 的标准化提供理论基础,促进烟草行业的标准化进程。3、分子研究水平不断深入在以烟草核心种质为主体,对其品质、病虫害等重要性状进行全面系统鉴定的同时,在分子水平研究上不断深入,先后 开展了烟

6、草核心种质分子遗传多样性研究,品种 内分子遗传 多样性研究,繁种更新理论技术研究,TMV、PV Y分子快速检测技术研究等工作,使我国烟草种质资源在分子研究水平上有了较大提升,为整个行业的可持续发展提供了重要的技术支撑和科学 引导作用。(l)拓宽了烟草种质资源学科理论基础。建立了SSR分子标一记在烟草种质 资源研究中的应用体系,以446份核心种质为材料,从28 6对 引物组合 中筛选出8对扩增带清晰、重 复性和多态性好 的引物构建了8 0份普通烟草核心种质的指纹图谱 4,为今后烟草品种专利权的申请、保护以及种子纯度鉴定提供理论依据和技术支持。利用S S R和I SSR标一记分析2 3份烟草种质遗

7、传多样 性,结果表明:8个SS R引物和8个I SS R引物分别检测到6 6个和11 3个多态性位点,不 同烟草种质之间的遗传相异系数在0.32 5 9一0.5585(ssR)或0.13 6 9一0.8 161(IssR)。以ss R、IssR标记分别聚类以及两种标记混合聚类均在0.6 3处将2 3个材料分 为4类:2个类群和2个独立个类Co ke r14 7、V all 6或G14 0,一类群以红花大金元为基础聚类,另一类群以N C8 2为基础聚类。两种标记的结果相似,均可用来进行烟草种质资源的遗传多样性分析,但SSR引物对烟草遗传差异及亲缘关系鉴定进行分析没有I ssR引物分析稳定 5。(

8、2)提升 了烟草种质资源繁殖更新理论与技术。有效的种质资源繁殖更新 是保持、保存种子活 力和遗传完整性 的首要工作。主要开展了品种 内遗传多样性和种子老化对种质遗传完整性 的研究,探讨了种质资源繁殖更新过程中繁殖群体大小和贮藏种子基因突变的累积效应引起的遗传变异,为制定科学的种质资源繁殖更新策略提供理论和技术依据 6。品种 内遗传多样性研究表明,选育种质品种内遗传 多样性最低,在繁殖更新过程中2一5株 繁殖群体即可保持其遗传完整性;地方种质 内遗传多样性较大,对于有两种或两种以上不同类型组成的地方种质,一般需种植3 0株以上,在充分认识种质特性的基础上选择8一1 0株进行 留种保存,可保存其遗

9、传多样性。另外,利用SSR分子标一记技术,分析评价了种子老化及繁殖世代对烟 草遗传完整性的影响。研究表明,在目前保存条件下,国家烟草种质资源库大部分烟草种质可 以维持 8 5%以上的生活力8一1 0年,发 芽率下降为7 5%时,大部分烟草种质的遗传完整性可保持,而对于异质性较强的种质,发芽率 降低到低于其初始发芽率的1 0个百分点时,对其遗传完整性有影响。(3)开发了主要病毒病LAMP检测技术。优化了烟叶RNA的提取程序,并利用编码病毒外壳蛋 白的基因序列进行引物设计,实现了对烟草普通花叶病 毒、马铃薯Y病毒病进行快速、特异、灵敏、简便的现场检测。引物特异性强,比普通PCR节省2一3个小时,最

10、低检测极 限为7 0个病毒粒子,比普通Pc R灵敏度高1 00倍 7,且不需要 昂贵的PC R仪,只需要一个水浴锅或金 属浴即可满足实验 的要求,不需要专业的知识,用裸眼观察颜色就可以直接判 断烟 叶是否被病毒感染,阳性为绿色,阴性为橙色。(二)品种选育1、育种基础 理论与多数作物一样,培育在某些性状方面具备突破性 的烟草新品种需要对其进行特定性状遗传研究,研究其遗传背景、遗传互作、遗传规律,是进一步有效提升育种水平和育种效率的前期基础。近两年,对烟草性状遗传规律的研究,仍然以烟草品质、抗性等与生产 紧密结合的性状为主,包括烟叶腺毛、叶色、烤性、杂种优势利用、抗病性 等。白肋烟烟 叶腺毛分泌物

11、的遗传分 析应用A DMP遗传模型对6个白肋烟品种Ky14、Kys9 59、B ZI、B3 7、建选3号、BxZoo3的完全双列杂交组合的12、18叶位烟 叶表皮腺毛分泌物含量进 行了分析,采用MI NQUE(l)法估算遗传参数分量的方差,应用A U P法预测遗传效应值,Ja c球n if e法估算遗传方差和效应值的抽样方差。结果表明:(l)表皮腺毛分泌物以烟碱、茄酮、9一十八炔和西柏 三烯二醇为主,其中西柏三烯二醇在不 同杂交组合中存在较大的变异。(2)各参试组合12、1 8叶位各类型腺毛分泌物表型变异主要受遗传背景控制,广义遗传率范 围为4 8%一8 0%,说 明对腺毛 分泌物 的遗传改良

12、能够收 到明显作用;(3)品种B21、B X ZOO3的基因型加性效应显示其作为亲本较适合:(4)Ky14与B 3 7、Ky8959与BxZoo 3、B37与建选3号、建选3号与BxZo0 3之间的组合 的显性效应在显著 降低烟叶表皮烟碱含量的同时增加其它腺 毛分泌物含 量;(5)品种Ky14和B 21较适合作为母本材料:(6)品种Ky8959、BZI、BxZoo3较适合作为父本材料8。白肋烟主要经济和品质 性状的杂种优势及其遗传分析选用6个白肋烟品种采用Gr if f in gn双列杂交模型设计2 1个基因型处理,基于加一显模型研究分析白肋烟4个主要经济 性状和2个品质性状的杂种优势及其遗传

13、特性。结果表明白肋烟 杂种优势在各主要经济、品质性状间及杂交组合间的表现存 在差异,其中,上等烟率具有较强的群体平均优势表现,群体平均优势结果与纯显性效应值的分 析结果一致,产量、产值、均价、上等烟率、烟碱表现为正向杂种优势,总氮含量表现为较强的负向群体平均优势;上等烟率表现出 明显的正向群体超亲优势,总氮含量表现较强的负向群 体超亲优势,产值、均 价性状表现出较小的正向群体超亲优势,产量和烟碱含量表现出较弱 的负向超亲优势。6个性状的广义遗传率(H B)在0.21一0.66之间,表明 白肋烟主要经济、品质性状的表型变异受环境及随机误差 的影响较大;狭义遗传 率(H N)大小顺序 为,烟碱产量

14、均价产值、上等烟率、总氮。遗传效应方差分量估算结果表明产值、上等烟率、总氮含量的遗传变异主要表现显性效应,产量、均价和烟碱含量的遗传变异由加性效应和显性效应控制 9。烤烟胞质雄性不育杂种经济性状的遗传分析以3个烤烟胞质雄性 不育系和4个国内推广烤烟品种为材料,配成1 2个杂种,利用简单加性一显性遗传模型对烤烟产量、产值、均价、上等烟比例、上中等烟比例和级指经济性状进行了遗传分析。结果表明,6个经济性状均有较高的广义遗传率和较低 的狭义遗传率,它们的表型变异主要决定于遗传变异;6个经济性状的主要遗传效应为显性主效应和显性X环境互作效应,显性效应明显高于加性效应;在 经济性状上显性效应大 的亲本,

15、其杂种 F l中也同样表现出较高的显性 效应,因而具有较大的杂种优势利用潜力【0。烤烟易烤性遗传 分析以烤烟品种云烟8 5(P l)和烤烟品种大 白筋59 9(P2)为双亲,构建了P 1、PZ、F l和FZ四个世代群体,运用植物数量性状主基因+多基因混合遗传模型分离分析方法对该四个世代群体 的烟叶 易烤性进行了联合分析。结果表明,烤烟品种烟 叶易烤性性状的遗传符合2对加性一显性一上位性主基因十加性一显性 多基因混合遗传模型(EI),同时2对主基因间存在 互作效应。主基因遗传率为6 4.0 9%,多基因遗传率为6.5 9%,在FZ世代表现出较高的主基因遗传效应川。烤烟 叶绿素含量遗传分析应用 主

16、基因+多基因6个世代联合分析方法对烤烟丸叶xC0ke r31 9组合的总叶绿素含量性状进行了分析。结果表明:丸叶xCoke r31 9组合的总叶绿素含量受1对加性一显性主基因+加性一显性一上位性多基因控制,主基因加性效应为一5.8 9,主基因显性效应为一3.47;B1、BZ和FZ世代总 叶绿素含量的主基因遗传率分别 为3.6 1%、46.n%和48.94%;多基因遗传率分别为5 2.04%、8,2 5%和0.0 0%,说明FZ世代总叶绿素含量表现出较高 的主基因遗传率,并受环境影响。对烤烟 总叶绿素含量 的改 良要以主基 因为主,同时注意环境的影响“。香料烟青枯病抗性基因的遗传分析采用植物数量性状混合遗传模型“主基因+多基因”多世代联合分析方法对 香料烟Xa nthixsamsu n组合P I、PZ、FI和FZ等4个世代单株的病情 指数进行 分析,结果表明:正反交结果一致,表明抗性品种Xa nt hi抗青枯病基因不受胞质影响;Xa nt hi青枯病抗性基因符合2对 加性一显性一上位主基因+加性一显性 多基因一E一1模型,主基因的遗传率为4 9.6 3%3。烟草品种抗TMV遗传分析以2个