大白菜育种技术研究及中白系列新品种选育与应用

文章来源:作者: 点击数:发布时间:2018-01-30【字体:   

  大白菜是我国蔬菜最重要的种类之一,在日常消费中占首要地位。本成果针对大白菜品种病毒病危害严重、育种效率低、一代杂种杂交率不稳、品种多样性缺乏等问题,研究建立了高通量多基因高效聚合育种技术、高效规模化白菜小孢子DH株系技术和芸薹属蔬菜细胞质雄性不育快速转育技术,创制了一批优异的育种材料,培育出了抗病、优质、特色的系列大白菜新品种。近五年累计推广上

  述中白系列秋大白菜新品种20.0万亩,直接经济效益8.0亿元,经济效益和社会效益显著。

现代生物技术让国产大白菜添上新的色彩

  中国农业科学院蔬菜花卉研究所白菜遗传育种团队在首席孙日飞研究员的带领下,在大宗蔬菜产业技术体系、国家“863“计划等的持续支持下,开展了“大白菜育种技术研究及中白系列新品种选育与应用”研究,并获得2017年度中国农业科学院杰出科技创新奖。

白菜课题组照片

  大白菜是原产我国的蔬菜,也是我国种植面积最大的蔬菜作物之一,分布面积广,产量高,供应期长,在我国蔬菜生产和日常消费中占首要地位。但是,大白菜生产中,病毒病是危害严重的三大病害之一,一旦发生,常会导致绝产。在大白菜育种上,育种周期长,育种效率低。品种类型不丰富,不能满足市场消费对特色、多样性产品的需求。针对上述问题,本项目研究建立了高通量多基因高效聚合育种技术、高效规模化白菜小孢子DH株系技术和芸薹属蔬菜细胞质雄性不育快速转育技术,创制了一批优异的育种材料,培育出了抗病、优质、特色的系列大白菜新品种。这些育种新技术将有力地促进我国大白菜育种技术进步,为蔬菜产业发展提供有力科技支撑。育成新品种的大面积推广,不仅可以保障我国蔬菜安全生产,提高我国农民的现有收入水平,而且可以提升我国白菜种业的国际竞争力,特别是持续保持我国秋季白菜育种领域的国际先进性。

高通量多基因高效聚合育种技术的建立

  建立了大白菜抗病毒病、紫色、橘红心前景选择技术。开发抗病毒病基因(retro02)功能KASP标记,用于白菜抗TuMV分子标记辅助育种(MAS)。确定了一个编码R2R3-MYB类转录因子的大白菜紫色候选基因(BjPAP1),并验证了该基因的功能。筛选出1 个编码类胡萝卜素异构酶CRTISO的橘红心基因Bra031539,设计获得与橘红心性状共分离的标记。对橘红心大白菜内叶类胡萝卜素组分进行鉴定,明确了大白菜橘红色主要是由于积累前番茄红素造成的。

  建立了大白菜基因型鉴定和背景选择技术。开发了基于二代测序的InDel标记开发流程,并开发了一大批白菜全基因组分布的InDel标记。开发了一套SNPs高效鉴定流程(Pooled Mapping),利用这一流程对281份白菜骨干亲本进行了低乘数(1-2 倍基因组覆盖度)重测序数据进行分析,获得了1.03M的SNP位点。根据SNP、InDel等位点信息进行了进化分析和基因型鉴定,确定基因型的遗传距离,为亲本选配提供依据。

大白菜骨干亲本的进化分析及基因型鉴定

高效规模化白菜小孢子DH株系技术体系的建立

  研究了大白菜游离小孢子培养胚胎发生中的加倍机制,明确了大白菜大白菜游离小孢子发育途径为B途径:即小孢子有丝分裂形成两个均等的细胞而不分化为营养细胞和生殖细胞, 这两个均等细胞再继续分裂, 最终形成胚状体, 这也是大白菜小孢子培养植株较高的原因。 研究了大白菜游离小孢子提取过程中, 培养基中的蔗糖和甘露醇对后期小孢子胚胎发生的影响:小孢子提取过程中提高B5提取培养基的蔗糖浓度或添加甘露醇对小孢子的活力无影响, 但会大幅度提高小孢子的胚胎诱导效果, 17%蔗糖和8%甘露醇可显著提高出胚量, 同时也促进了难诱导材料的胚胎发生。研究了细胞破碎仪快速提取小孢子方法,确定了花蕾数量、转速、时间、培养基量等多种参数,建立了快速、高效的小孢子提取技术。

大白菜游离小孢子培养技术研究

利用上述技术快速获得大批优异DH 系,达到了年生产DH系3000个。获得了一批优良亲本材料,尤其是不同熟期、不同结球类型的橘红心类型的亲本材料,选育优良组合6个,通过审定并大面积推广品种1个。

建立芸薹属蔬菜快速转育细胞质雄性不育系的方法

本项目通过种间远缘杂交,建立了芸薹属蔬菜快速转育细胞质雄性不育系的方法,将ogura萝卜细胞质雄性不育转育到大白菜。转育的雄性不育植株不育性稳定、叶片不黄化、蜜腺和柱头正常,配合力好。该方法以不需通过春化而直接抽薹开花的细胞质雄性不育菜心或芥蓝为不育源,使芸薹属蔬菜白菜类、芥菜类、甘蓝类通过两次杂交即可转育雄性不育,可将转育世代由6-7代缩短为2代,并且保证可育亲本细胞核基因转育率达100%。利用上述方法培育了优良的大白菜雄性不育骨干系6个,并用于新品种选配。

通过种间杂交将甘蓝的雄性不育胞质转入白菜获得优良的白菜胞质不育系

育成9个早、中、晚熟、不同球心叶色的突破性配套新品种,其品质、产量和抗病性等方面优于国内外同类品种

  利用生物技术和常规育种相结合选育出了中晚熟、抗病毒病和耐储藏的大白菜新品种“绿健85”、“中白78” 、“中白76”、“中白81”和“中白83”;利用大白菜游离小孢子培养技术获得优异DH系配制出早熟、耐热大白菜新品种“中白62”、“中白61”、同时培育出球内叶橘红色、生长迅速、适宜密植的大白菜新品种“吉红娃娃”;利用新型细胞质不育系育成的中晚熟、橘红心类型的新品种“吉红308”。在河南济源、山东沂南、陕西忻州等的建立了大白菜良种繁育基地约500亩,近五年,累计繁育大白菜新品种种子20.5万斤,推广面积达121万亩,直接经济效益约8.2亿元,经济益和社会效益显著。

9个大白菜新品种

  今日取得的成绩是对本团队的肯定,明日的辉煌还要靠我们更扎实的努力来实现,让我们接续奋斗,不辜负这伟大的新时代。