芝麻資源種子顏色多樣性
張秀榮
“芝麻大點(diǎn)的小事”常用來形容微不足道的事情，芝麻因“小”并不受關(guān)注。在我國(guó)種植業(yè)結(jié)構(gòu)中，芝麻作為小作物也常被人忽視。然而，小小芝麻卻是“舌尖上的中國(guó)”里無比重要的存在，由芝麻加工的食品就有600多種；我國(guó)同時(shí)也是芝麻的生產(chǎn)和消費(fèi)大國(guó)。
近日，由中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院油料作物研究所研究員張秀榮主持完成的“芝麻種質(zhì)基因庫的構(gòu)建、發(fā)掘與育種應(yīng)用”科研成果榮獲2016年度湖北省科技進(jìn)步獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)。可以說，小芝麻做出了大成績(jī)。
經(jīng)過30多年的科研“長(zhǎng)跑”，這項(xiàng)成果實(shí)現(xiàn)了芝麻全基因組精準(zhǔn)發(fā)掘和分子育種技術(shù)重大突破，為我國(guó)芝麻育種和產(chǎn)業(yè)發(fā)展提供了戰(zhàn)略資源，標(biāo)志著我國(guó)在芝麻研究領(lǐng)域躍居國(guó)際領(lǐng)先行列。
供不應(yīng)求：發(fā)展空間巨大
在我們的日常生活中，芝麻隨處可見，有著諸多“妙用”，既可以榨油，也可以用來制作美味的菜肴和糕點(diǎn)，比如芝麻小磨香油、芝麻醬、芝麻餅、芝麻酥等。我國(guó)食用芝麻歷史悠久，已有2000多年的歷史。
由于自身的特性，芝麻的主產(chǎn)地分布在我國(guó)江淮和黃淮流域等，比如河南、湖北、安徽、江西、河北、湖南、四川等省。
芝麻是我國(guó)主要的油料作物之一，“我國(guó)芝麻單產(chǎn)和總產(chǎn)量均居世界最高，而且品質(zhì)最好。”張秀榮在接受《中國(guó)科學(xué)報(bào)》記者采訪時(shí)表示。
因飲食習(xí)慣和人口眾多，近年來，國(guó)內(nèi)市場(chǎng)對(duì)芝麻的需求量也逐漸旺盛起來。2016年，我國(guó)芝麻的總消費(fèi)量已達(dá)到140萬噸，但總產(chǎn)量只有60萬噸左右，其余缺口需要依靠進(jìn)口，進(jìn)口量已突破80萬噸。
張秀榮表示，目前我國(guó)芝麻平均畝產(chǎn)80公斤左右，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于世界平均水平。我國(guó)雖是芝麻主要生產(chǎn)國(guó)，但總體產(chǎn)量偏低、發(fā)展空間巨大，這其中的關(guān)鍵點(diǎn)就是優(yōu)異品種的選育。
產(chǎn)業(yè)要發(fā)展，品種要先行。張秀榮帶著這個(gè)理念，開始了長(zhǎng)達(dá)30多年的科研“長(zhǎng)跑”，從育種入手，逐漸打開了“寶庫”之門。
從零開始：創(chuàng)造科研奇跡
從上世紀(jì)70年代開始，我國(guó)就已經(jīng)開始了芝麻的雜交育種研究，逐漸培育了一批新品種，比如“中芝7號(hào)”，產(chǎn)量、品質(zhì)和抗性都得到了改善。
不過，一些隨之而來的問題也困擾著科研人員。
種質(zhì)資源是我國(guó)不可替代的戰(zhàn)略資源，作物育種成效很大程度上取決于掌握、發(fā)掘和利用種質(zhì)資源的程度。
“芝麻是我國(guó)優(yōu)勢(shì)特色油料，但因芝麻種質(zhì)數(shù)量少、農(nóng)藝性狀鑒定粗放、基因組信息不清、缺乏功能標(biāo)記，導(dǎo)致育種可用親本種質(zhì)匱乏、育種技術(shù)落后、效率低，成為制約我國(guó)芝麻耐濕抗病高油高產(chǎn)品種選育和產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重大瓶頸。”張秀榮說。
要想邁過這道坎，收集到足夠齊全的種質(zhì)資源是十分重要的一步。為此，張秀榮帶領(lǐng)著團(tuán)隊(duì)在全國(guó)各地開始收集各種芝麻種質(zhì)，他們的足跡遍布全國(guó)30多個(gè)省區(qū)市。不僅如此，他們還通過多種途徑從國(guó)外收集和引進(jìn)種質(zhì)資源。
雖然過程十分困難，張秀榮仍然帶領(lǐng)著團(tuán)隊(duì)堅(jiān)定不移地走下去。最終他們廣泛收集整理覆蓋全國(guó)30個(gè)省區(qū)市和世界五大洲芝麻種質(zhì)7910份，編目300645條，精準(zhǔn)鑒定耐濕抗病品質(zhì)55435項(xiàng)次，發(fā)掘出優(yōu)異種質(zhì)452份，構(gòu)建了全球數(shù)量最多、覆蓋范圍最廣、信息量最大的芝麻種質(zhì)庫，創(chuàng)建了首個(gè)芝麻核心種質(zhì)。“芝麻種質(zhì)庫建立以后，能夠?yàn)槲覈?guó)的育種提供優(yōu)異基因資源。”張秀榮表示，在芝麻種質(zhì)庫的基礎(chǔ)上，團(tuán)隊(duì)開始對(duì)芝麻基因組進(jìn)行測(cè)序，尋找其中規(guī)律，加以深化利用。
芝麻作為小作物，相關(guān)研究基礎(chǔ)非常薄弱，“我們的各項(xiàng)工作幾乎都是從零開始。”張秀榮說。從2012年到2014年，團(tuán)隊(duì)攻堅(jiān)克難，率先完成了芝麻全基因組測(cè)序，探明了基因組結(jié)構(gòu)，注釋基因27148個(gè)，繪制了全球首張精細(xì)物理圖譜，并構(gòu)建了首個(gè)芝麻基因信息庫，破解了芝麻的遺傳密碼，引領(lǐng)芝麻種質(zhì)由表型鑒定向基因組信息研究的跨越。
不僅如此，張秀榮還將他們的研究結(jié)果向全世界公開，大規(guī)模重測(cè)序獲得540萬個(gè)SNP變異位點(diǎn)，創(chuàng)建芝麻基因組、變異組和功能基因組3個(gè)共享大數(shù)據(jù)網(wǎng)站，公開數(shù)據(jù)量819.3G，搭建了基因信息應(yīng)用平臺(tái)。
除此之外，團(tuán)隊(duì)還發(fā)掘出一批重要農(nóng)藝性狀主效QTL和新基因，實(shí)現(xiàn)了芝麻全基因組精準(zhǔn)發(fā)掘和分子育種技術(shù)重大突破。他們開發(fā)全基因組SSR標(biāo)記7200個(gè)，構(gòu)建了首張高密度遺傳圖譜，首次發(fā)現(xiàn)SiPPO、SiNST1和LTP1基因調(diào)控含油量的新機(jī)制，發(fā)掘出耐濕抗病高油高產(chǎn)主效QTL 77個(gè)、新基因46個(gè)，突破了芝麻分子育種的技術(shù)瓶頸。
這些成就為芝麻研究提供了關(guān)鍵材料和優(yōu)異基因資源，促進(jìn)我國(guó)芝麻的育種研究和基礎(chǔ)性研究取得突破，為我國(guó)育種和產(chǎn)業(yè)發(fā)展提供了戰(zhàn)略資源，為全球的芝麻分子生物學(xué)研究和功能基因挖掘奠定了重要的基礎(chǔ)。
開拓進(jìn)取：挖掘更大可能
多年來，項(xiàng)目組育成的耐濕抗病高油高產(chǎn)17個(gè)新品種，在江淮和黃淮主產(chǎn)區(qū)累計(jì)應(yīng)用7625.2萬畝，覆蓋兩大產(chǎn)區(qū)65%，創(chuàng)社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益93.3億元。
盡管芝麻育種研究已經(jīng)收獲了好成績(jī)，但張秀榮仍不停下腳步，她將帶領(lǐng)著團(tuán)隊(duì)繼續(xù)加強(qiáng)芝麻種質(zhì)資源的收集，在原始創(chuàng)新上有所突破，瞄準(zhǔn)產(chǎn)業(yè)需求，運(yùn)用現(xiàn)代新技術(shù)，挖掘出芝麻更多的“潛力”。
“我們想根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)需求，解決一些個(gè)性化問題，實(shí)現(xiàn)定向育種。”張秀榮說。
此外，河南、安徽和湖北等江淮地區(qū)是我國(guó)芝麻主產(chǎn)區(qū)，芝麻生長(zhǎng)季節(jié)正逢雨季，雨量大而集中，漬澇害問題一直存在。而在山西、陜西和內(nèi)蒙古等西北地區(qū)，吉林等東北地區(qū)，江南秋播地區(qū)，干旱問題則比較嚴(yán)重。“這都需要我們從育種上有重大突破，能夠培育出抗?jié)承?、抗旱性的?yōu)良品種。”張秀榮表示。
在定向育種方面，團(tuán)隊(duì)還瞄準(zhǔn)了我國(guó)鹽堿地資源。面對(duì)土地資源越來越緊缺的現(xiàn)狀，培育出抗鹽堿品種，充分把鹽堿地利用起來，是團(tuán)隊(duì)研究的重點(diǎn)。
此外，張秀榮還在挖掘芝麻其他的特性和作用。芝麻營(yíng)養(yǎng)十分豐富，其特有的抗氧化成份芝麻素具有治療癌癥及心血管疾病等功效。芝麻除了油用，還能在醫(yī)藥、工業(yè)生產(chǎn)等方面“大展拳腳”，用途十分廣泛。
“最近，我們正在研究不同花色的芝麻，開發(fā)觀賞芝麻，發(fā)展觀賞農(nóng)業(yè)，這也是比較有特色的地方。”張秀榮介紹。
“未來我希望和全國(guó)同行一起，經(jīng)過‘十三五’的努力，取得更多重大突破。”張秀榮說。
