我國主要烤煙品種的親源系譜分析及育種工作建議

常愛霞，賈興華，馮全福，張 玉，程立銳，楊愛國，羅成剛

（煙草行業(yè)煙草遺傳育種重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院煙草研究所，青島 266101）

隨著煙草育種方法和技術(shù)的不斷進(jìn)步，越來越多的研究發(fā)現(xiàn)原始育種材料的遺傳基礎(chǔ)成為有效提高綜合育種水平的關(guān)鍵。因此，追溯分析已有烤煙品種的遺傳背景、歸納育成品種的主要親緣關(guān)系，對(duì)正確選擇育種骨干親本或原始育種材料，有效提高烤煙育種效率具有重要意義。關(guān)于烤煙品種親緣關(guān)系的研究，李毅軍[1]曾對(duì)我國20世紀(jì)80年代中期以前育成的主要烤煙品種進(jìn)行了親源分析，并對(duì)主體親本的特征特性以及利用價(jià)值進(jìn)行了評(píng)價(jià)；王元英等[2]在20世紀(jì)90年代中期對(duì)中美主要煙草品種親源系譜進(jìn)行了分析比較，并通過對(duì)品質(zhì)育種、抗病育種、抗蟲育種系譜的系統(tǒng)分析，明確了烤煙育種的核心優(yōu)質(zhì)源、主要病害抗源及其利用狀況，分析了中美煙草育種存在的差距并探討了之后煙草育種的策略，為我國煙草育種提供了很好的參考和借鑒。近十多年來，我國烤煙育種工作發(fā)展較快，育成了一批綜合性狀優(yōu)良的烤煙品種在生產(chǎn)中推廣應(yīng)用，顯著改變了 20世紀(jì)中后期長期依賴國外引進(jìn)品種的被動(dòng)局面。但是，隨著中式卷煙的發(fā)展，現(xiàn)有品種狀況仍不能滿足卷煙工業(yè)對(duì)多樣化優(yōu)質(zhì)原料的需求。因此，通過對(duì)我國近 60年來育成的134個(gè)烤煙品種[1-5]的親源關(guān)系分析，了解我國育成烤煙品種的遺傳基礎(chǔ)及其親緣關(guān)系，探討烤煙育種中特別是原始育種材料利用中存在的問題，探索今后烤煙育種的突破途徑和方法，為烤煙新品種選育工作提供參考。

1 我國育成烤煙品種的親緣關(guān)系分析

1.1 1980年前育成烤煙品種的親緣系譜分析

1980年前，烤煙育種目標(biāo)主要為高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、抗病。育成烤煙品種的直接親本主要是地方或引進(jìn)品種滕縣金星、大金元，小黃金、大黃金、長脖黃、特字400、DB101、特字401、特字402等（圖1）。

據(jù)統(tǒng)計(jì)，以特字400、DB101、特字401、特字402等美國引進(jìn)品種為主體親本育成的品種數(shù)分別為 15、11、7、8個(gè)。追溯其親緣，DB101、特字401、特字402均含有特字400的親緣，因此該期育成利用的 41個(gè)品種都直接或間接含有來自特字400的親緣，占該期育成和種植品種數(shù)的 51.3%。含有地方品種滕縣金星特別是以滕縣金星系選出的金星6007為高產(chǎn)親本育成的烤煙品種有19個(gè)，占該時(shí)期育成和推廣種植品種總量的23.8%；以大金元及其系選的紅花大金元、云南多葉等地方品種為親本的育成品種13個(gè)，占16.3%。由此可見，特字 400、藤縣金星和大金元等原始育種材料是上世紀(jì) 80年代前育成品種的三大主體親源。當(dāng)時(shí)育成的 80個(gè)烤煙品種中，含有以上三大系統(tǒng)親源的品種有60個(gè)，占育成利用品種數(shù)的75%。其中，含有特字400系統(tǒng)親緣的翠碧1號(hào)和含有大金元系統(tǒng)的紅花大金元2個(gè)育成品種，因其品質(zhì)優(yōu)良至今仍是卷煙工業(yè)喜好的品種。

1.2 1980年后育成烤煙品種的親緣系譜分析

1980年以后，烤煙育種主要以優(yōu)質(zhì)、抗病、適產(chǎn)為主要目標(biāo)。期間，我國烤煙育種的主體親緣主要為優(yōu)質(zhì)、抗病品種Speight-G28、K326、NC89，優(yōu)質(zhì)品種紅花大金元，抗赤星病品種凈葉黃等，次要地位的親緣主要有G70、NC82、Windel、G80、Coker176、KX13 等（圖2）。

據(jù)統(tǒng)計(jì)，80年代后我國育成的54個(gè)烤煙品種中，直接或間接含有 G28主體親緣的品種共有25個(gè)，占同期育成利用品種的46.3%；含有K326主體親緣的品種有10個(gè)，占18.5%；含有NC89主體親緣的品種共有8個(gè)，占14.8%；含有紅花大金元主體親緣的品種有14個(gè)，占25.9%；含有凈葉黃主體親緣的品種有12個(gè)，占22.2%。此期育成的54個(gè)品種中具有G28、紅花大金元、凈葉黃、 K326、NC89五個(gè)親源之一的育成品種為38個(gè)，占此期總育成品種數(shù)的70.4%。

含有 G70、NC82、Windel、G80、Coker176、KX13等次要親緣之一的育成品種15個(gè)，占育成品種總數(shù)的28.3%。

2 外引核心親本的過多利用造成我國選育品種遺傳基礎(chǔ)狹窄

以上分析可見，我國烤煙育種不同時(shí)期使用的主體親本以及上世紀(jì) 80年代以來利用的次要親本多為國外引進(jìn)品種及其衍生品種，僅有金星6007、凈葉黃等主體親本為國內(nèi)優(yōu)良地方品種衍生，關(guān)于我國烤煙育種利用的引進(jìn)品種的親緣分析結(jié)果，如圖3（圖3加方框的品種為我國烤煙育種利用的引進(jìn)品種）。由圖3可見，作為我國育種親本利用過的美國引進(jìn)品種，除NC567、NC89、Mammoth Gold（大金元）外，其他品種均直接或間接含有Coker139、Coker319、NC95的親緣，遺傳基礎(chǔ)比較狹窄。劉艷華等[6]對(duì)不同煙草群體間遺傳多樣性分析結(jié)果也表明，不同群體間以我國選育種質(zhì)和引進(jìn)種質(zhì)群體間的遺傳相似性最高，相似系數(shù)為0.99，表明目前我國煙草育種中對(duì)引進(jìn)種質(zhì)資源利用較多。

圖1 1980年前育成品種親源系譜圖Fig.1 The pedigree diagram of flue-cured tobacco varieties developed before 1980

此外，據(jù) 2009年生產(chǎn)調(diào)查統(tǒng)計(jì)，我國自育烤煙種植比例已經(jīng)近80%，其中推廣面積在1萬hm2以上的烤煙品種有云煙87、K326、云煙 85、紅花大金元、云煙97、中煙100、南江三號(hào)、翠碧一號(hào)、龍江911、秦?zé)?6、NC89等11個(gè)品種。這11個(gè)品種中，除龍江911是加拿大引進(jìn)品種Windel的親緣系統(tǒng)外，其他品種多具有相近的遺傳背景。特別是推廣面積較大的云煙 87、K326、云煙85、云煙97等品種，均含有K326親源（云煙85和云煙87為云煙2號(hào)與K326雜交選育的姊妹系，云煙97是以云煙85為母本雜交選育的品種），遺傳基礎(chǔ)比較狹窄。由于品種存在著遺傳背景狹窄的問題，因此品種的綜合適應(yīng)性也難以滿足我國生態(tài)條件迥異的煙草生產(chǎn)需求。

圖2 1980年后育成品種親源系譜圖Fig.2 The pedigree diagram of Flue-cured tobacco varieties developed after 1980

3 對(duì)育種工作的建議

3.1 深入挖掘優(yōu)異種質(zhì)資源，拓寬煙草遺傳背景，有目標(biāo)的培育新的核心親本

圖3 作為親本利用的國外引進(jìn)品種親源系譜圖Fig.3 The pedigree diagram of introduced varieties which were utilized as parents in China

當(dāng)前，我國烤煙育種中遺傳背景比較狹窄[6-8]?？v觀美國烤煙育種歷程，其資源鑒定及基礎(chǔ)理論研究比較深入[9-11]，育種過程中非常注重通過目標(biāo)性狀種質(zhì)材料的選配、組合、聚合培育核心親本，并且在核心親緣的培育中不但注重遺傳基礎(chǔ)的豐富程度，而且注重性狀的階梯式聚合累加[2]，因此，育成品種在多個(gè)目標(biāo)性狀間較能兼顧。我國也一直提倡聚合育種的思路方法，但在實(shí)際育種過程中成效并不顯著。特別是近年來我國病毒病等葉斑病害比較嚴(yán)重，而美國引進(jìn)品種根莖病害抗性較好，葉斑病害抗性相對(duì)較差，致使育成品種病毒病抗性較差，難以適應(yīng)當(dāng)前生產(chǎn)的需要。因此，根據(jù)我國生態(tài)條件、病害流行現(xiàn)狀以及工業(yè)需求方向，加大投入，克服育種中急功近利和碰運(yùn)氣的思想，充分挖掘利用我國特有優(yōu)異種質(zhì)，有目標(biāo)的逐步培育聚合多種優(yōu)良性狀的核心親本，拓寬其遺傳背景，對(duì)提升今后育種水平及育成品種的綜合性狀，具有重要意義。

3.2 加大煙草主要目標(biāo)性狀遺傳研究力度

當(dāng)前，對(duì)香氣性狀、安全性、主要抗性、易烤性等目標(biāo)性狀的遺傳規(guī)律了解還不透徹，研究還不深入，限制了在雜交組合配制以及后代選擇效率的提高。今后應(yīng)加強(qiáng)主要目標(biāo)性狀的遺傳理論研究，為性狀的快速鑒定篩選技術(shù)奠定理論基礎(chǔ)。特別是煙葉的易烤性，需要給予足夠的重視。因?yàn)闊熑~易烤性是品種優(yōu)質(zhì)性狀得以表現(xiàn)的前提，目前，80年代以前育成的品種仍在生產(chǎn)上有較大種植面積的品種主要有紅花大金元和翠碧一號(hào)，主要原因是兩品種香吃味品質(zhì)優(yōu)異，深受工業(yè)喜好。但由于兩品種都不易烘烤，因此在一定程度上限制了兩品種的推廣應(yīng)用。此外，我國特有的優(yōu)異高香氣種質(zhì)資源，如大白筋 599、革新三號(hào)等，雖然香氣性狀優(yōu)異，但烘烤特性較差，限制了其在育種和生產(chǎn)上的利用。日本研究表明[12]，易烤性與煙葉的香吃味呈極顯著的負(fù)相關(guān)關(guān)系，因此，在當(dāng)前提高煙葉香吃味品質(zhì)育種中，進(jìn)一步研究香吃味與易烤性的遺傳關(guān)系也顯得非常重要。

3.3 建立完善的品質(zhì)性狀鑒定篩選方法和評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

品質(zhì)性狀是長期以來國內(nèi)外烤煙育種的主攻目標(biāo)和方向，但由于煙草品質(zhì)性狀多為復(fù)雜的數(shù)量遺傳控制，易受環(huán)境因素影響，在以經(jīng)驗(yàn)型為主的烤煙常規(guī)育種過程中，還難以像抗病性、產(chǎn)量、形態(tài)學(xué)等性狀那樣直觀篩選[7]。又因品質(zhì)性狀與抗病性、產(chǎn)量性狀、易烤性等存在負(fù)相關(guān)（負(fù)連鎖）關(guān)系，在田間更增加了選擇難度，因而煙草品質(zhì)的遺傳改良非常緩慢。

隨著現(xiàn)代高新分析檢測技術(shù)以及分子生物學(xué)技術(shù)的發(fā)展，利用高新技術(shù)研究建立田間形態(tài)學(xué)性狀以及生育期間相關(guān)理化指標(biāo)與調(diào)制后煙葉外觀質(zhì)量、評(píng)吸質(zhì)量之間的聯(lián)系，建立品質(zhì)育種選擇標(biāo)準(zhǔn)或方法，就可以通過田間性狀觀察或?qū)嶒?yàn)室相關(guān)理化指標(biāo)的檢測，進(jìn)行優(yōu)質(zhì)品種的選育。品質(zhì)性狀田間（或?qū)嶒?yàn)室）鑒定篩選標(biāo)準(zhǔn)或方法的研究建立，將大大地減少品質(zhì)育種過程中的盲目性，有利于育種材料的早代鑒定和選擇，對(duì)于推進(jìn)烤煙品質(zhì)育種意義重大。

3.4 加大煙草基因組信息挖掘力度，加快分子育種技術(shù)體系的構(gòu)建

分子育種技術(shù)作為常規(guī)育種有效的輔助手段，已經(jīng)在多種作物中展現(xiàn)出了其巨大潛力，也是今后作物育種的主要發(fā)展方向。有關(guān)煙草分子育種研究方面，國外已經(jīng)取得較好的進(jìn)展[13-17]。目前國外已經(jīng)構(gòu)建了高密度的煙草SSR遺傳連鎖圖（開發(fā)SSR標(biāo)記2000多對(duì)）；對(duì)多基因控制的共顯性黑脛病抗性基因、對(duì)來源于N.debneyi的單基因控制的顯性根黑腐病（Black Root Rot）抗性基因、單基因控制的顯性TMV抗性基因、單基因控制的隱性PVY抗性基因、霜霉病抗性基因、根結(jié)線蟲抗性基因Rk、控制降煙堿產(chǎn)生的基因等都開發(fā)了緊密連鎖或目的基因的直接分子標(biāo)記，并應(yīng)用于育種實(shí)踐。轉(zhuǎn)基因及染色體設(shè)計(jì)育種取得較好進(jìn)展，近年來還利用早花基因構(gòu)建了加快性狀定向轉(zhuǎn)移改良的技術(shù)體系，大大提高了育種工作中選擇的針對(duì)性和預(yù)見性。與國外相比，目前國內(nèi)研究差距還比較大，分子育種尚處于初級(jí)研究階段，未真正用于育種實(shí)踐。

我國煙草基因組測序已經(jīng)實(shí)施，各類測序數(shù)據(jù)將不斷獲得，加大煙草基因組測序信息挖掘力度，利用測序數(shù)據(jù)結(jié)合分子手段不斷拓寬煙草品種遺傳背景、創(chuàng)制骨干育種材料、構(gòu)建快速有效的育種技術(shù)方法和性狀篩選體系，是最終實(shí)現(xiàn)分子設(shè)計(jì)育種，培育綜合性狀突破性新品種的有效途徑。

[1]李毅軍.我國烤煙育成品種的親源分析[J].中國煙草，1986（1）：22-25.

[2]王元英，周健.中美主要煙草品種親源分析與煙草育種[J].中國煙草學(xué)報(bào)，1995，2（3）：11-22.

[3]中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院煙草研究所.中國煙草品種志[M].北京：農(nóng)業(yè)出版社，1987.

[4]中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院煙草研究所.中國煙草品種資源[M].北京：中國農(nóng)業(yè)出版社，1997.

[5]艾樹理.我國烤煙育種現(xiàn)狀[J].煙草科技，1992（3）：32-35.

[6]劉艷華，王志德，牟建民，等.不同煙草群體間遺傳多樣性分析[J].中國煙草科學(xué)，2009，30（增刊）：19-24.

[7]陳榮平，楊鐵釗.我國煙草品種工作的分析與思考[J].中國煙草學(xué)報(bào)，2007，13（6）：47-50.

[8]王獻(xiàn)生，張忠鋒，肖炳光.中國煙草育種研究進(jìn)展[J].煙草科技，2007（5）：53-57.

[9]李永平，馬文廣.美國煙草育種現(xiàn)狀及對(duì)我國的啟示[J].中國煙草科學(xué)，2009，30（4）：6-12.

[10]任學(xué)良.美國煙草育種與生物技術(shù)研究的進(jìn)展和啟示[C]//中國煙草自主創(chuàng)新高層論壇文集，2007：618-623.

[11]蔣予恩.中美兩國烤煙育種比較與分析[J].中國煙草學(xué)報(bào)，1996（1）：26-35.

[12]藤田茂隆，田島智之，艾樹理.烤煙易烤性的遺傳及香吃味[J].中國煙草，1984（3）：45-50.

[13]Ramsey S L, Kernodle S P.A method for accelerated trait conversion in plant breeding[J].Theor Appl Genet, 2009,118: 1499-1508.

[14]Emilie Julio, Fre′de′ric Laporte.Reducing the content of nornicotine in tobacco via targeted mutation breeding[J].Mol Breeding, 2008, 21: 369-381.

[15]Gregor Bindler, Rutger van der Hoeven.A microsatellite marker based linkage map of tobacco[J].Theor Appl Genet, 2007, 114: 341-349.

[16]Lewis R S, Nicholson J S.Aspects of the evolution of Nicotiana tabacum L.and the status of the United States Nicotiana Germplasm collection[J].Genet Resour Crop Evol, 2007, 54 :727-740.

[17]Johnson E S, Wolff M F, Wernsman E A.Marker-assisted selection for resistance to black shank disease in tobacco[J].Plant Dis., 2002, 86: 1303-1309.