沙棘遺傳改良與產(chǎn)業(yè)化栽培技術(shù)創(chuàng)新

文丨段愛國

沙棘是胡頹子科沙棘屬植物的總稱。沙棘屬植物共有7個(gè)種和8個(gè)亞種，廣泛分布于歐亞大陸的溫帶、寒溫帶及亞熱帶高山地區(qū)。我國有沙棘全部7個(gè)種，其分布遍及東北、西北、華北及西南20個(gè)省區(qū)?，F(xiàn)今我國沙棘林面積已逾150萬公頃，占世界沙棘面積的90%以上，是世界沙棘資源最為豐富的國家。沙棘兼具重大生態(tài)、經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益，生態(tài)適應(yīng)性強(qiáng)，耐寒、耐旱、耐鹽堿、耐瘠薄，已成為我國“三北地區(qū)”植被恢復(fù)極佳的防護(hù)林樹種。沙棘資源高效培育與應(yīng)用緊密貼合科技工作新要求，將極大促進(jìn)我國生態(tài)環(huán)境建設(shè)，保障區(qū)域國土生態(tài)安全，推動(dòng)鄉(xiāng)村振興與綠色發(fā)展戰(zhàn)略實(shí)施。

“沙棘遺傳改良與產(chǎn)業(yè)化栽培技術(shù)創(chuàng)新”是中國林業(yè)科學(xué)研究院林業(yè)研究所張建國研究員課題組主持承擔(dān)的“948引進(jìn)項(xiàng)目”“948創(chuàng)新項(xiàng)目”“863項(xiàng)目”“‘十五’國家攻關(guān)項(xiàng)目”“‘十一五’沙棘產(chǎn)業(yè)化示范項(xiàng)目”等一系列重要研究成果的匯總。整個(gè)研究歷時(shí)25年，涉及林木遺傳育種、森林培育等多學(xué)科領(lǐng)域，重點(diǎn)在沙棘良種選育、新品種適應(yīng)性機(jī)理、產(chǎn)業(yè)化栽培技術(shù)、重要性狀形成分子機(jī)制等方面開展了系統(tǒng)深入研究，研究成果提升了沙棘良種選育與利用水平，推動(dòng)了沙棘產(chǎn)業(yè)高效發(fā)展。技術(shù)關(guān)鍵與創(chuàng)新點(diǎn)主要包括六個(gè)方面：

1.構(gòu)建了首個(gè)蒙古沙棘亞種全基因組序列，揭示了沙棘抗旱、耐寒等抗逆性狀及果實(shí)顏色、維生素C、黃酮、果實(shí)成熟等重要發(fā)育和經(jīng)濟(jì)性狀形成的分子機(jī)制。發(fā)現(xiàn)沙棘兩次全基因組（WGDs）后均發(fā)生了大規(guī)模的基因組分離和重組，導(dǎo)致14條祖先染色體共發(fā)生了29次融合。兩次全基因組加倍事件導(dǎo)致沙棘脂肪酸和抗壞血酸生物合成相關(guān)基因的擴(kuò)張，而與LTR重復(fù)序列的擴(kuò)張無關(guān)，解析了沙棘漿果顏色形成機(jī)理及其與抗氧化物的關(guān)系，闡明了長鏈非編碼RNA（lncRNA）在沙棘果實(shí)花青素合成中的調(diào)控作用，揭示了lncRNA、環(huán)狀RNA、DNA甲基化在沙棘果實(shí)成熟過程中的重要調(diào)控作用；鑒定了51個(gè)和32個(gè)顯著差異表達(dá)的干旱和低溫脅迫蛋白質(zhì)，暗示lncRNA、DNA/RNA甲基化、組蛋白H3K9乙?；鞍踪|(zhì)翻譯后修飾等表觀遺傳修飾在沙棘抗逆響應(yīng)中的重要作用，并發(fā)現(xiàn)未來全球二氧化碳升高將顯著上調(diào)沙棘葉片中光合作用相關(guān)基因的表達(dá)。這為沙棘全基因組選擇育種提供了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)，將推進(jìn)高維生素C、高黃酮及高抗等優(yōu)良經(jīng)濟(jì)與生態(tài)性狀的沙棘新品種的創(chuàng)制和分子設(shè)計(jì)育種。

2.選育出一批大果沙棘新品種，確定了大果優(yōu)良沙棘品種在我國的適生栽培區(qū)區(qū)劃。首次揭示了大果沙棘品種在我國的適應(yīng)性地理變異規(guī)律。該項(xiàng)目應(yīng)用我國30年氣象數(shù)據(jù)、地理坐標(biāo)-海拔數(shù)據(jù)集，結(jié)合10年定位測(cè)定數(shù)據(jù)，建立了沙棘地理信息系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫，提出了大果沙棘品種在我國的適應(yīng)性可劃分為三個(gè)分區(qū)的方案。最適栽培區(qū)：東北三省北緯40°以北地區(qū)和內(nèi)蒙古東北部地區(qū)。適宜栽培區(qū)：北緯40°以北中西部地區(qū)，部分大果高產(chǎn)品種可直接應(yīng)用于生產(chǎn)，本區(qū)屬干旱和半干旱區(qū)，需要灌溉條件。栽培馴化區(qū)：北緯40°以南地區(qū)，本區(qū)除一些高海拔地區(qū)外（3000米以上），低海拔區(qū)大果沙棘栽培有一定困難，大果品種普遍生長不良，需將引進(jìn)材料進(jìn)行消化吸收再創(chuàng)新，培育高產(chǎn)高抗生態(tài)經(jīng)濟(jì)型優(yōu)良雜種。

3.提出了生態(tài)經(jīng)濟(jì)型沙棘優(yōu)良雜種選育技術(shù)及其選育標(biāo)準(zhǔn)。一是基于中國沙棘果小、刺多、耐熱、耐瘠薄性強(qiáng)而蒙古沙棘果大、刺少、耐熱性弱、耐寒性強(qiáng)的特性，提出以融合中國沙棘和蒙古沙棘特性選育耐熱、耐寒、果大、刺少的生態(tài)經(jīng)濟(jì)型雜種的技術(shù)路線。研究發(fā)現(xiàn)蒙古沙棘作為母本和中國沙棘作為父本，雜種子代變異大，特別是棘刺數(shù)、百果重、單株果實(shí)產(chǎn)量等重要經(jīng)濟(jì)性狀的遺傳分化程度比較大，表明沙棘生態(tài)經(jīng)濟(jì)型雜種選育潛力巨大和可行性。二是根據(jù)連續(xù)10年對(duì)雜種生長、產(chǎn)量和適應(yīng)性的定位觀測(cè)和綜合評(píng)價(jià)，提出了基于果實(shí)大小、棘刺數(shù)量、單株產(chǎn)量為核心指標(biāo)的生態(tài)經(jīng)濟(jì)型雜種優(yōu)良無性系選育標(biāo)準(zhǔn)。具體為：生長迅速，樹高和地徑與父本中國沙棘接近，單株產(chǎn)量是父本中國沙棘的2倍以上，母本的1.2倍以上，2年生10厘米枝條棘刺數(shù)0-6個(gè)，顯著少于父本中國沙棘（8-12個(gè)），與母本相同（0-1個(gè)）或高于母本（1-2個(gè)）。20年雜交選育，共選出高抗豐產(chǎn)優(yōu)良雜種55個(gè)，其中早熟型雜種40個(gè)，晚熟型雜種15個(gè)；高維生素C雜種5個(gè)（400毫克/100克以上），高油高不飽和脂肪酸雜種15個(gè)（80%以上）。10年綜合評(píng)價(jià)和試驗(yàn)示范顯示，雜種生態(tài)經(jīng)濟(jì)價(jià)值明顯優(yōu)于雙親，適宜我國北緯40°以南地區(qū)廣泛栽培。

4.提出了不同栽培區(qū)優(yōu)良品種規(guī)?；げ逵缂夹g(shù)體系。干旱區(qū)：露地采穗圃+草簾溫室沙床+嫩枝扦插+全光霧自動(dòng)噴霧扦插技術(shù)。半干旱區(qū)：露地采穗圃+露地沙床+嫩枝扦插+全光霧微噴扦插技術(shù)，“無刺大果沙棘嫩枝扦插苗床”與“無刺大果沙棘繁育方法”分獲實(shí)用新型和國家發(fā)明專利。高寒地區(qū)：溫室采穗圃+溫室沙床+嫩枝扦插+全光霧微噴扦插技術(shù)。濕潤地區(qū)：露地采穗圃+塑料溫室+沙床+嫩枝扦插+全光霧微噴扦插技術(shù)，“一種沙棘扦插盤”與“一種沙棘硬枝扦插育苗方法”分獲實(shí)用新型和國家發(fā)明專利。4個(gè)不同氣候區(qū)嫩枝扦插移栽成活率70%-90%，年培育良種苗1500萬株，標(biāo)志著沙棘嫩枝扦插技術(shù)已完全成熟，為良種的規(guī)?；耘嗟於藞?jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

5.提出了不同栽培區(qū)優(yōu)良品種規(guī)?；耘嗄Ｊ健Ｗ钸m栽培區(qū)適生品種為“楚伊”“豐產(chǎn)”“阿爾泰”等11個(gè)引進(jìn)品種和7個(gè)新選育大果品種，推薦品種“楚伊”“綏棘1號(hào)”“棕丘”“烏蘭沙林”；栽培模式為3米×1.5米低密度與大豆、土豆等作物間作，產(chǎn)量4500-7500公斤/公頃。適宜栽培區(qū)適生品種為“金色”“向陽”“烏蘭格木”等9個(gè)引進(jìn)品種和7個(gè)新選育大果品種，推薦品種“向陽”“金色”“烏蘭格木”“棕丘”“烏蘭沙林”；栽培模式為3米×1米低密度與花生、甜菜、苜蓿、籽瓜、胡蘿卜等間作，產(chǎn)量3000-4600公斤/公頃。雜種栽培區(qū)大果沙棘品種普遍生長不良，沒有生產(chǎn)價(jià)值，適生品種為生態(tài)經(jīng)濟(jì)型雜種無性系或雜種種子園種子，生態(tài)經(jīng)濟(jì)型雜種栽培模式與適宜栽培區(qū)一致，種子園雜種按生態(tài)工程建設(shè)造林模式栽培。

6.研發(fā)了沙棘良種資源系列高附加值產(chǎn)品深加工技術(shù)。該項(xiàng)目研發(fā)了從沙棘果實(shí)采收到加工全過程制備裝置，提出了沙棘油與重要活性成分提取工藝，研制開發(fā)出基于沙棘果、葉及種子的沙棘果汁、沙棘茶與保健膠囊等新產(chǎn)品。

項(xiàng)目獲國家林草局科技司組織認(rèn)定成果5項(xiàng)，省地科技部門組織鑒定成果5項(xiàng)；審定沙棘良種/新品種27個(gè)，其中國家級(jí)良種15個(gè)、沙棘新品種7個(gè)；獲國家專利18件，國家商標(biāo)1個(gè)，國家地理標(biāo)志保護(hù)產(chǎn)品1個(gè)；頒布林業(yè)行業(yè)/地方/團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)5項(xiàng)；出版專著4部，發(fā)表科技論文126篇；獲中國林業(yè)科學(xué)研究院科技獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)1項(xiàng)，省部級(jí)科技獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)1項(xiàng)，省部級(jí)科技獎(jiǎng)二等獎(jiǎng)2項(xiàng)。項(xiàng)目成果整體提升和推動(dòng)了我國灌木樹種遺傳改良及栽培利用技術(shù)水平，開創(chuàng)了灌木育種新局面，標(biāo)志著我國灌木育種方面已達(dá)到國際先進(jìn)水平。研究成果在內(nèi)蒙、黑龍江、遼寧、甘肅、新疆等省區(qū)退耕還林工程和沙地治理生態(tài)工程建設(shè)項(xiàng)目中直接推廣應(yīng)用，面積達(dá)到360萬畝以上，奠定了我國沙棘產(chǎn)業(yè)化發(fā)展的基礎(chǔ)，生態(tài)經(jīng)濟(jì)效益十分顯著，對(duì)推動(dòng)我國北方地區(qū)區(qū)域農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的調(diào)整具有重大意義。