肖和友等煙草種質(zhì)資源研究進(jìn)展煙草種質(zhì)資源研究進(jìn)展

肖和友等

摘要種質(zhì)資源是煙草事業(yè)發(fā)展的戰(zhàn)略性物質(zhì)，也是我國(guó)煙草事業(yè)發(fā)展的核心所在?，F(xiàn)代煙草農(nóng)業(yè)的發(fā)展，很大程度上取決于煙草種質(zhì)資源的深入挖掘和有效利用。從4個(gè)方面綜述了煙草種質(zhì)資源的發(fā)展情況，以期為煙草種質(zhì)資源平臺(tái)的進(jìn)一步建設(shè)提供參考。

關(guān)鍵詞種質(zhì)資源；收集保存；鑒定評(píng)價(jià)；種質(zhì)創(chuàng)新；資源共享

中圖分類號(hào)S572文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼

A文章編號(hào)0517-6611（2014）28-09708-02

Research Progress of Tobacco Germplasm Resource

XIAO Heyou， DENG Jiangong，JIAN Zhen et al（Xinning Company of Shaoyang Tobacco Company， Xinning， Hunan 422000）

Abstract Germplasm resource as an importantly strategic material， is a core of the tobacco industry development in China. The development of modern tobacco agriculture largely depends on the excavation and effective utilization of tobacco germplasm resource. Given four aspects， the author summarized the development of tobacco germplasm resource， in order to provide references for the further construction of tobacco germplasm resource platform.

Key words Germplasm resources； Collection； Identification and evaluation； Germplasm innovation； Resource sharing

煙草種質(zhì)資源是煙草行業(yè)健康發(fā)展的戰(zhàn)略性基礎(chǔ)物質(zhì)，它與煙草行業(yè)可持續(xù)發(fā)展息息相關(guān)，新煙草品種的產(chǎn)生建立于其基礎(chǔ)上。近幾年，關(guān)于煙草種質(zhì)資源關(guān)注度日益增加，自2006年煙草種質(zhì)資源平臺(tái)正式啟動(dòng)以來(lái)，我國(guó)煙草種質(zhì)資源在各層面取得了較大的進(jìn)展，但還有不少問(wèn)題需要進(jìn)一步解決。我國(guó)煙草種質(zhì)資源平臺(tái)建設(shè)包括收集保存系統(tǒng)、鑒定評(píng)價(jià)系統(tǒng)、種質(zhì)創(chuàng)新系統(tǒng)、資源共享系統(tǒng)[1-2]?；诖?，筆者綜述了從這幾個(gè)系統(tǒng)具體闡述煙草種質(zhì)資源相關(guān)工作的研究進(jìn)展，并對(duì)此提出了未來(lái)的發(fā)展方向和注意點(diǎn)，以期為煙草種質(zhì)資源平臺(tái)更好的建設(shè)提供參考。

1收集保存系統(tǒng)

煙草種質(zhì)資源平臺(tái)的收集保存系統(tǒng)主要包括資料收集、資源保存、資源更新。煙草起源于美洲、大洋洲及南太平洋的一些島嶼，大約于16世紀(jì)中期傳入我國(guó)。由于我國(guó)地幅遼闊、生態(tài)環(huán)境多樣及煙草長(zhǎng)期的馴化史，煙草資源已經(jīng)形成了較為豐富的地方種質(zhì)資源，包括主種煙草及未被開(kāi)發(fā)的野生種[3]。當(dāng)前，煙草資源的收集工作主要集中在主要種植的煙草方面，對(duì)野生種的收集相對(duì)較少。

我國(guó)煙草種質(zhì)資源的種類主要有烤煙、曬晾煙、香料煙、白肋煙、黃花煙、雪茄煙和野生煙等，不同種類煙來(lái)源分布有所不同。其中，以烤煙產(chǎn)量最高，約占煙草總產(chǎn)量的80%以上[4]，種質(zhì)資源占國(guó)內(nèi)資源的32%，而曬晾煙則占全部資源的57%。由此可見(jiàn)，曬晾煙的種質(zhì)資源在我國(guó)是最豐富的，其次為烤煙，其他種類的煙品種資源所占比相對(duì)較少，其中黃花煙、白肋煙、香料煙、雪茄煙分別為9.4%、1.7%、0.6%、0.1%。

在煙草實(shí)際生產(chǎn)中，野生煙種往往因商業(yè)價(jià)值少而未被大面積種植。但由于野生種長(zhǎng)期生長(zhǎng)于野生環(huán)境中，經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期選擇和進(jìn)化，其適應(yīng)性強(qiáng)，抗病、抗蟲(chóng)及抗逆性較為突出，含有較多的抗性相關(guān)基因及隱性表達(dá)的優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)基因[5-6]，而這是栽培種所缺乏的。因此，在煙草種質(zhì)資源收集方面還要注意野生種的收集。此外，由于我國(guó)不是煙草的原產(chǎn)地，我國(guó)的野生種相對(duì)較少，因此對(duì)煙草野生資源的收集工作需要采取走出去的模式。

2鑒定評(píng)價(jià)系統(tǒng)

2.1鑒定評(píng)價(jià)方法

煙草種質(zhì)資源鑒定系統(tǒng)是通過(guò)性狀比較從而篩選鑒定煙草優(yōu)良性狀品種，大體分為表觀性狀鑒定及分子生物學(xué)鑒定方法等。表觀性狀鑒定通常指在同等條件下比較各品種煙草的性狀，如發(fā)芽率、鉀含量等。不同煙草類型間種質(zhì)資源的發(fā)芽率比較結(jié)果顯示，雪茄煙最高，其次為烤煙，白肋煙最低，且差異達(dá)極顯著水平[7]。周應(yīng)兵等分析測(cè)定國(guó)內(nèi)外100份煙草種質(zhì)資源煙葉含鉀量，結(jié)果篩選出了5種煙葉鉀含量超20 mg/g的鉀累積高效煙草種質(zhì)資源品種[8]。另一方面，運(yùn)用分子生物學(xué)手段來(lái)鑒定煙草種質(zhì)資源近幾年越來(lái)越普遍，包括ISSR分子標(biāo)記技術(shù)[9-10]、毛細(xì)管電泳熒光檢測(cè)技術(shù)等[11]。

2.2種質(zhì)資源鑒定指標(biāo)及結(jié)果

煙草種質(zhì)資源鑒定意義較大，可篩選出具優(yōu)良性狀的煙草品種，包括高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)性狀、抗病抗蟲(chóng)、養(yǎng)分高效利用、較高環(huán)境適應(yīng)性等。到目前為止，在煙草種質(zhì)資源鑒定方面已經(jīng)取得了較好的效果，很多研究表明，同種煙草間遺傳多樣性較低，不同種的煙草遺傳多樣性相對(duì)要大些。傅冰等利用ISSR分子標(biāo)記研究煙草的遺傳多樣性，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，野生煙與栽培煙草相似系數(shù)較低，這表明它們間存在較高的遺傳多樣性，而栽培煙草間的遺傳多樣性則較低[9]。粱景霞等估算了96份材料間的遺傳相似系數(shù)（GS），其中，普通煙草栽培品種間的GS在0.62～0.98，平均為0.78，品種間的遺傳基礎(chǔ)相對(duì)狹窄，普通煙草栽培種與野生種、黃花煙的GS在0.28～0.58，平均為0.42，種間遺傳差異較大。在各種類煙草中，栽培種內(nèi)的遺傳多樣性為烤煙>曬晾煙>白肋煙>香料煙[12]。從進(jìn)化上看，烤煙和曬晾煙間的遺傳進(jìn)化關(guān)系最近，香料煙和黃花煙之間的親緣關(guān)系較遠(yuǎn)；普通煙草栽培種中國(guó)內(nèi)外來(lái)源的煙草品種親緣關(guān)系極其相近，遺傳分化現(xiàn)象甚微[13]。

在煙草生長(zhǎng)過(guò)程中時(shí)常會(huì)出現(xiàn)一些疾病，包括黑脛病、根結(jié)線蟲(chóng)病、青枯病、煙草普通花葉病、黃瓜花葉病等。經(jīng)過(guò)一系列對(duì)比篩選，一些具有抗病蟲(chóng)能力的煙草品種相繼被發(fā)現(xiàn)[14]。煙草對(duì)病種的抗性可以分為免疫、抗病、中抗、中感、感病等[15]。潘建菁等鑒定了85份煙草種質(zhì)及46份烤煙F1組合的青枯病抗性，發(fā)現(xiàn)雜交組合的抗病性總體上優(yōu)于原煙草種質(zhì)，同時(shí)還篩選出了34份抗青枯病煙草種質(zhì)[16]。許美玲等從云南煙草種質(zhì)庫(kù)中篩選出了17種抗黑脛病煙草品種，8種抗南方根結(jié)線蟲(chóng)病品種，38種抗TMV品種[17]。陳榮平等篩選出了部分抗馬鈴薯 Y 病毒（PVY）煙草品種，其中烤煙3份，曬煙3份，黃花煙3份，雪茄煙2份[18]。巖煙97和D101青枯病抗性表現(xiàn)為高抗，可作為青枯病抗源在育種中應(yīng)用[19]。

不同煙草品種在產(chǎn)量、質(zhì)量及養(yǎng)分利用方面差異也較大。李梅云等對(duì)31份烤煙種質(zhì)資源研究比較，發(fā)現(xiàn)筑波1號(hào)、K326品種上等煙比例較高[20]。劉中威等通過(guò)研究得出，中煙100穩(wěn)產(chǎn)高產(chǎn)，環(huán)境適應(yīng)能力較強(qiáng)，且上等煙葉比例較高[21]。煙草對(duì)氮極為敏感，不同氮素水平下煙草對(duì)氮素吸收利用的內(nèi)在機(jī)制有所差異，較強(qiáng)的氮素吸收能力是煙草品種在氮脅迫條件下耐低氮的主要原因，而基因型差異是中、高氮水平下煙草氮素利用效率不同的主要原因[22]。李天福等研究表明，施肥水平較低時(shí)，耐肥力弱的品種煙葉產(chǎn)量和含氮量較高，而耐肥品種在高氮水平下產(chǎn)量和含氮量較高[23]。周冀衡等則指出，我國(guó)3 個(gè)主栽烤煙品種對(duì)鉀素的響應(yīng)能力表現(xiàn)為NC82> NC89>K326[24]。此外，煙草也是基因工程研究的模式植物，郭兆奎等將酵母的HAL1基因轉(zhuǎn)入到烤煙中，發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)基因煙葉鉀含量明顯提高，這也為煙草種質(zhì)資源的發(fā)展提供了一個(gè)思路，將優(yōu)良基因通過(guò)基因工種轉(zhuǎn)入到煙草中得以表達(dá)，從而獲得目的基因功能的轉(zhuǎn)基因煙株[25]。

3種質(zhì)創(chuàng)新系統(tǒng)

煙草育種一直在煙草行業(yè)中占據(jù)著十分重要的作用，傳統(tǒng)育種方法主要依靠遠(yuǎn)緣雜交、轉(zhuǎn)基因研究、誘變處理等技術(shù)手段[26]，但這些方法工作量大且存在著盲目性大、預(yù)見(jiàn)性差等問(wèn)題，不能定向獲得所想要得到的煙草品種[4]。隨著分子生物學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展及煙草全基因序列的完成，通過(guò)轉(zhuǎn)基因技術(shù)獲得目標(biāo)煙草新品種將成為可能，并且這種技術(shù)可以擺脫物種間的限制[27]。有報(bào)道，以根瘤農(nóng)桿菌Ti質(zhì)粒為載體進(jìn)行重組基因轉(zhuǎn)移，成功獲得抗普通花葉病、黃瓜花葉病、馬鈴薯Y病毒、抗蟲(chóng)等轉(zhuǎn)基因煙株[28]。

種質(zhì)資源多樣性是在長(zhǎng)期的生物進(jìn)化中形成的，其中積累著豐富多樣的遺傳變異，蘊(yùn)藏著控制各種性狀的功能基因[29-30]。就目前來(lái)講，這些功能基因還有待于發(fā)現(xiàn)，一些新技術(shù)的發(fā)展及應(yīng)用為功能基因的尋找提供了新的思路，如高通量技術(shù)。高通量測(cè)序?yàn)樾缕贩N選育和品種改良帶來(lái)了新的科研方法和解決方案，加快了新品種的育種過(guò)程[31]。當(dāng)前，煙草的基因全序列測(cè)定工作已經(jīng)完全，通過(guò)高通量技術(shù)可以挖掘煙草品種間的基因位點(diǎn)差異。另一方面，高通量技術(shù)呈現(xiàn)越來(lái)越完善的趨勢(shì)，即速度快、精確度高，且價(jià)格成本也大大降低，這些都為深入研究煙草特定功能基因提供了可能[32]。

4資源共享系統(tǒng)

種質(zhì)資源的整合和共享是煙草事業(yè)可持續(xù)發(fā)展的必然選擇，國(guó)家煙草專賣局已于2008年11月正式開(kāi)通“中國(guó)煙草種質(zhì)資源信息網(wǎng)”。 “資源共享系統(tǒng)”是中國(guó)煙草種質(zhì)資源平臺(tái)研究體系的四大系統(tǒng)之一，其中網(wǎng)絡(luò)信息系統(tǒng)包含了該系統(tǒng)的“實(shí)物層”、“數(shù)據(jù)層”和“網(wǎng)絡(luò)層”3大層面中的兩個(gè)重要層面，通過(guò)建立基于互聯(lián)網(wǎng)為平臺(tái)的網(wǎng)絡(luò)信息系統(tǒng)，結(jié)合“實(shí)物層”（種質(zhì)資源庫(kù)）實(shí)現(xiàn)實(shí)物與信息的全面共享[33]。任民等研究開(kāi)發(fā)了煙草種質(zhì)資源網(wǎng)絡(luò)信息系統(tǒng)，系統(tǒng)在特性和共性數(shù)據(jù)庫(kù)兩個(gè)底層數(shù)據(jù)庫(kù)的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)了種質(zhì)數(shù)據(jù)查詢、核心種質(zhì)查詢、種質(zhì)圖像查詢、共性數(shù)據(jù)查詢和煙草種質(zhì)共享等5種功能。該系統(tǒng)突破了長(zhǎng)期以來(lái)種質(zhì)資源信息、數(shù)據(jù)、實(shí)物集中于一處，難以共享的局面[34]。隨后又對(duì)該系統(tǒng)進(jìn)行了改進(jìn)，構(gòu)建了面向用戶和管理員的2個(gè)子系統(tǒng)，為系統(tǒng)應(yīng)用提供用戶界面，提高資源共享的效率，節(jié)約科研成本，降低實(shí)物損耗，有利于種質(zhì)資源的廣泛應(yīng)用和深入研究[35]。

關(guān)于煙草資源共享系統(tǒng)的建立，目前還處于起步階段，還有很多方面有待改進(jìn)。一方面，應(yīng)借助互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)實(shí)現(xiàn)資源共享，方便直接查到相關(guān)煙草資源的信息；另一方面，則需要將前期篩選出的優(yōu)良性狀煙草種質(zhì)資料詳細(xì)闡述。

5展望

自煙草種質(zhì)資源平臺(tái)建立以來(lái)，在煙草搜集與保存、鑒定評(píng)價(jià)、種質(zhì)創(chuàng)新及網(wǎng)絡(luò)共享方面都取得了較好的進(jìn)展，但還有待于提高。煙草種質(zhì)資源是煙草事業(yè)發(fā)展的戰(zhàn)略性物質(zhì)，也是我國(guó)煙草事業(yè)發(fā)展的核心所在。在煙草搜集與保存方面，應(yīng)加強(qiáng)國(guó)內(nèi)外野生種的搜集；在鑒定評(píng)價(jià)方面，應(yīng)建立更為完善的評(píng)價(jià)指標(biāo)來(lái)篩選不同特性的煙草品種，尤其在抗逆性、產(chǎn)量和品質(zhì)等方面；在種質(zhì)創(chuàng)新上，應(yīng)結(jié)合當(dāng)前新發(fā)展的分子生物學(xué)方法，篩選具有優(yōu)良性狀的功能基因，并加強(qiáng)煙草配合力、遺傳效應(yīng)及雜種優(yōu)勢(shì)的利用研究；在資源共享系統(tǒng)方面，應(yīng)建立方便、快捷、全面地共享系統(tǒng)，將煙草種質(zhì)資源信息詳細(xì)、全面地展現(xiàn)出來(lái)。

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