蘋果和梨新品種優(yōu)質(zhì)高效育種和生產(chǎn)技術(shù)研究與應(yīng)用
——推動水果產(chǎn)業(yè)新舊動能轉(zhuǎn)換，助力鄉(xiāng)村振興

陳學(xué)森，王志剛

(山東省農(nóng)業(yè)專家顧問團林果分團)

蘋果和梨分別是中國落葉果樹的第一和第二大水果，面積和產(chǎn)量均占世界總量的50%以上，是推動中國區(qū)域經(jīng)濟社會發(fā)展、增加農(nóng)民收入的支柱產(chǎn)業(yè)，也是維護生態(tài)安全的重要屏障。針對蘋果和梨產(chǎn)業(yè)品種結(jié)構(gòu)不合理、加工滯后、良種良法不配套、勞動力成本高及春旱秋澇等不平衡的共性問題，并考慮到果樹遺傳育種難度大、周期長，育種技術(shù)發(fā)明專利的公益性、知識性、實用性，育成品種的創(chuàng)新性以及研究成果的系統(tǒng)性，陳學(xué)森教授團隊以“果實品質(zhì)”為核心，堅持理論創(chuàng)新與技術(shù)創(chuàng)新并重的研究思路，提出并實施了“四品一線、七位一體”的蘋果和梨系統(tǒng)創(chuàng)新成果研發(fā)與推廣體系。四品一線指理論與技術(shù)創(chuàng)新并重、良種良法配套的系統(tǒng)性，七位一體著力解決科技成果轉(zhuǎn)化最后一公里問題的一致性，顯著提高了研究的效率與效益(圖1)。歷經(jīng)10余年的時間，構(gòu)建了雜種一代(F1)及二代(F2)分離群體40個，育成新品種(系)20余個；對雜種后代分離群體及新品系等育種材料進行性狀遺傳和發(fā)育機理研究，先后發(fā)表論文100余篇，創(chuàng)建了資源與育種的理論體系；將理論成果轉(zhuǎn)化為專利技術(shù)，授權(quán)和申報發(fā)明專利52項，創(chuàng)建了優(yōu)質(zhì)高效育種和生產(chǎn)技術(shù)體系，實現(xiàn)了良種良法配套，加速了新品種的推廣應(yīng)用，充分發(fā)揮了新品種的基因效益，推動水果產(chǎn)業(yè)新舊動能轉(zhuǎn)換，助力鄉(xiāng)村振興。

1 蘋果和梨“四品一線”的系統(tǒng)創(chuàng)新成果

1.1 創(chuàng)建了蘋果、梨資源和育種的理論體系(品質(zhì)形成)

對新疆野蘋果(Malussieversii)等世界范圍內(nèi)的蘋果屬24個種的117份種質(zhì)進行重測序，在國際上首次揭示了蘋果起源、演化和馴化的規(guī)律，明確了世界栽培蘋果起源于新疆[1]；探討了新疆野蘋果及牡丹江野生秋子梨群體遺傳結(jié)構(gòu)和遺傳多樣性特征及雜種后代遺傳變異特點，明確了后代株系著色和類黃酮差異的分子機理，提出了“高類黃酮蘋果”的概念及育種思路，并申報了12項功能基因發(fā)明專利[2-8]。

圖1 “四品一線、七位一體”的蘋果和梨系統(tǒng)創(chuàng)新成果研發(fā)與推廣體系

1.2 創(chuàng)建了蘋果和梨優(yōu)質(zhì)高效育種技術(shù)體系(品質(zhì)育種)

以理論研究的數(shù)據(jù)成果為基礎(chǔ)，以育成新品種為實施例，授權(quán)育種技術(shù)發(fā)明專利8項，創(chuàng)建了表觀遺傳與孟德爾遺傳優(yōu)勢互補、常規(guī)雜交育種和芽變選種與生物技術(shù)相結(jié)合的蘋果和梨優(yōu)質(zhì)高效育種技術(shù)體系(圖2)。

圖2蘋果和梨優(yōu)質(zhì)高效育種技術(shù)體系

1.3 育成了蘋果和梨系列優(yōu)質(zhì)新品種(優(yōu)質(zhì)品種)

1.3.1山東省的蘋果芽變選種為中國蘋果產(chǎn)業(yè)做出了突出貢獻。芽變選種是優(yōu)中選優(yōu)，具有投入少、見效快的突出特點，是果樹育種的重要途徑之一。針對從日本引進的長富2號等紅富士(著色系富士)蘋果品種著色差的問題，1990年以來，在山東省農(nóng)業(yè)良種工程和水果創(chuàng)新團隊項目支持下，煙臺市果樹工作站的邵達元等率先組織開展了大規(guī)模的群眾性蘋果芽變選種工作，先后選育并審定了煙富1-10號煙富系列紅色芽變新品種，其中以煙富3號推廣應(yīng)用面積最大，并獲省科技進步二等獎。2009年以來，山東農(nóng)業(yè)大學(xué)從國光、長富2號等蘋果品種中選育并審定了山農(nóng)紅、龍富等紅色芽變新品種。新品種和配套高效栽培技術(shù)在中國蘋果主產(chǎn)區(qū)的大面積推廣應(yīng)用，有力地推動了蘋果產(chǎn)業(yè)的高效發(fā)展和轉(zhuǎn)型升級。

以蘋果芽變品種為試材或?qū)嵤├芯棵鞔_了蘋果短枝和紅色芽變屬于表觀遺傳，并在國際上率先揭示了蘋果紅色芽變的脫氧核糖核酸(DNA)去甲基分子機理，申報了持續(xù)多代的宏觀思路與“一把尺子、一桿秤、用牙咬、用眼瞪”傳統(tǒng)方法和現(xiàn)代分子技術(shù)有機結(jié)合的“持續(xù)多代芽變選種及其與雜交育種聯(lián)合對蘋果紅色性狀持續(xù)改良的方法”發(fā)明專利，為進一步有效利用芽變選種對蘋果品種進行持續(xù)改良提供了科學(xué)、高效的技術(shù)手段[9-11]。

1.3.2 育成了系列高類黃酮蘋果新品種(系) 藥食同源，吃營養(yǎng)，吃健康已成為人們的共識。蘋果果實含有較高比例的、人體比較容易吸收利用的游離多酚(類黃酮)，在抗氧化、預(yù)防心腦血管疾病及抗腫瘤等方面均具有較好的作用；針對蘋果類黃酮被忽視的問題，利用創(chuàng)建的優(yōu)質(zhì)高效育種技術(shù)體系，山東農(nóng)業(yè)大學(xué)率先以新疆紅肉蘋果為親本雜交育成了類黃酮含量高、保健價值大、易著色可免套袋、可鮮食或加工的華紅、夏紅、福紅、貴紅、美紅和滿紅等高類黃酮蘋果新品種(系)10個，申報植物新品種權(quán)6項，其中美紅蘋果果肉全紅，酥脆多汁，酸甜可口，鮮食品質(zhì)全面超過瑞士的紅色之愛(Redlove)系列品種，市場前景廣闊。

1.3.3 育成了能填補高端市場空白的優(yōu)質(zhì)梨新品種山農(nóng)酥 梨生津潤燥且有止咳、化痰、潤肺等醫(yī)療保健功效，是人們藥食兼用的常備水果，尤其在感冒易發(fā)生的冬春季節(jié)，是最受消費者喜愛的水果之一。中國梨種質(zhì)資源數(shù)量、栽培面積和總產(chǎn)量均居世界首位，是世界梨資源、生產(chǎn)和消費大國。目前，中國梨栽培面積120hm2(1800萬畝)，其中栽培面積均在13.3hm2(200萬畝)左右、排名第一和第二位的晚熟地方名產(chǎn)品種為碭山酥梨和鴨梨。雖然是傳統(tǒng)名產(chǎn)，但由于其品質(zhì)難以滿足高端市場的質(zhì)量要求，據(jù)中國果品流通學(xué)會的統(tǒng)計，近幾年的收購和批發(fā)價在每千克1.8元和3.5元左右，果農(nóng)和經(jīng)銷商的盈利空間均有限；而國內(nèi)近幾年育成的中梨1-4號、早冠、冀碩及早金酥等新品種，也主要是季產(chǎn)季銷的極早熟、早熟和中熟梨品種。中國梨產(chǎn)業(yè)缺乏能滿足高端市場需求、果實發(fā)育期在175天以上、優(yōu)質(zhì)、耐貯、晚熟尤其口感品質(zhì)上乘的梨品種，以推動梨產(chǎn)業(yè)提檔升級和高效發(fā)展。

山東農(nóng)業(yè)大學(xué)利用“果樹多種源品質(zhì)育種法”發(fā)明專利技術(shù)(ZL 201510428448.8)育成的山農(nóng)酥梨新品種(新梨7號×碭山酥梨)，在山東省冠縣4月上旬開花，10月上旬成熟，果實發(fā)育期180天左右；平均單果重460g，最大738g。果肉白色，皮薄肉細，汁多味甜，酥脆可口，具香味，可溶性固形物含量達14.7%，鮮食品質(zhì)極佳。耐貯性好，貨架期長，配合相應(yīng)措施可滿足高端梨市場的周年供應(yīng)。對梨黑星病、輪紋病及葉斑與褐斑病等病害具有較強抗性。目前，已在山東省煙臺、萊蕪、臨沂、泰安、菏澤及聊城等10個地市示范推廣667余hm2(1萬余畝)，正努力創(chuàng)建禾碩酥梨、汶陽酥梨及沂蒙怪梨等企業(yè)品牌，積極打造魯西酥梨區(qū)域品牌，力爭為鄉(xiāng)村振興齊魯版做出重要貢獻(圖3，圖4)。

圖3 山農(nóng)酥梨品種及其親本果實特征比較

1.4 創(chuàng)建了蘋果和梨新品種優(yōu)質(zhì)高效生產(chǎn)技術(shù)體系，實現(xiàn)了良種良法配套(品質(zhì)維持)

為實現(xiàn)良種與良法配套，加速新品種的推廣應(yīng)用，在對新品種特征特性、蘋果重茬障礙形成機理及蘋果營養(yǎng)生理研究的基礎(chǔ)上，研發(fā)了果樹三芽二度一單軸快速整形早期豐產(chǎn)栽培法、三位一體的中國式蘋果寬行高干省力高效栽培法、果園種植長毛野豌豆的省力高效培肥地力法、蘋果連作障礙防控法及蘋果高效施肥法等[12,13]；按照"純天然、無添加"的新理念，采用發(fā)明的高類黃酮蘋果酒加工新設(shè)備和新工藝，研發(fā)出的高類黃酮蘋果酒新產(chǎn)品，含有類黃酮等蘋果特有的功能保健成分，將推進中國白酒文化進入新時代，申報發(fā)明和實用新型專利32項(圖5)。

圖4 果樹多種源品質(zhì)育種法及山農(nóng)酥梨系譜圖

圖5 蘋果和梨新品種優(yōu)質(zhì)高效生產(chǎn)技術(shù)體系及其產(chǎn)品

2 創(chuàng)建并實施了“七位一體”的科技成果推廣轉(zhuǎn)化體系

針對果樹科研成果的特點及轉(zhuǎn)化難、轉(zhuǎn)化慢的問題，提出并實施了“自主推廣、多家許可、獨家轉(zhuǎn)讓、集成示范、網(wǎng)絡(luò)媒體、技術(shù)培訓(xùn)及科普文章”七位一體的科技成果推廣轉(zhuǎn)化體系，有效解決了成果轉(zhuǎn)化最后一公里的問題，尤其是將復(fù)雜的科學(xué)問題簡單化，撰寫發(fā)表果農(nóng)看得懂、用得上、能管用的科普文章，是加速農(nóng)業(yè)科技成果轉(zhuǎn)化應(yīng)用的有效途徑之一，也是農(nóng)業(yè)科學(xué)家的社會責(zé)任。為此，陳學(xué)森教授團隊2017年撰寫發(fā)表了中國蘋果產(chǎn)業(yè)節(jié)本增效關(guān)鍵技術(shù)Ⅰ易著色蘋果品種培育技術(shù)、Ⅱ現(xiàn)代栽培模式創(chuàng)建技術(shù)、Ⅲ果園生草地力培肥技術(shù)、Ⅳ蘋果高效平衡施肥技術(shù)、Ⅴ蘋果連作障礙防控技術(shù)等5篇科普文章，加快蘋果和梨產(chǎn)業(yè)新舊動能轉(zhuǎn)換，助力鄉(xiāng)村振興。