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《中国绿色时报》专题报道:京仲育成 产业提升

来源:        作者:       浏览次数:   发表时间(2020-12-01)

杜仲三倍体新品种“京仲1号”“京仲2号”“京仲4号”与“秦仲1号”相比优势突出

 

 

京仲育成 产业提升

 

 

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“京仲1号”等8个新品种是世界上首次获得的杜仲三倍体(2n=3X=51)种质。三倍体新品种比普通二倍体杜仲(2n=2X=34)增加了一套染色体,在生长发育等方面显示了多倍体的特有优势,具有生长快、叶片巨大且杜仲胶及药效成分含量高等特性,可保证用同样的土地和管理投入获得更多的加工原料和更高的经济效益,对于杜仲产业发展必将产生深远影响。
 
小档案
 
“京仲1号”(20190091)、“京仲2号”(20190092)、“京仲3号”(20190093)、“京仲4号”(20190094)、“京仲5号”(20180311)、“京仲6号”(20180312)、“京仲7号”(20180313)、“京仲8号”(20180314)新品种属于杜仲科杜仲属。新品种权人为北京林业大学,分别由康向阳、李赟、高鹏、张平冬、王君、宋连君、李金忠、程武等选育。2017年提交申请,2018年和2019年授权。

 

 

杜仲三倍体与二倍体生长和叶片形态对比差异显著

 

杜仲是我国特有的传统名贵中药材,其树皮和叶均可入药,具有改善机体免疫功能、平衡血压、抗菌消炎等功效,是现代中药、功能食品等开发的优良原料,也是国家禁止饲用抗生素之后的最佳饲料添加剂替代产品。同时杜仲又是极具开发潜力的温带胶源树种,其树皮、果皮及叶脉所含杜仲胶作为新型功能材料,具有优良的共混性、热弹性、低温可塑性以及耐磨防腐、形状记忆、吸能减震等功能,可广泛应用于军事、交通、通信、医疗等领域。

巨大的饲料添加剂市场,以及杜仲胶作为新型功能材料的广阔发展空间和可深度挖掘潜力,为杜仲产业发展带来无限可能。而在推动以杜仲胶为核心的产业发展中,新品种选育及其支撑的原料生产将起到最为关键的作用。

 

“京仲1号”等杜仲三倍体新品种保护现场审查

 

 

孑遗孤儿 难圆育种梦
杜仲的果实形态容易辨识,可通过化石了解其历史分布,至今在全球已经发现了14种杜仲属植物化石。其中,产于我国东部古新世地层的杜仲孢粉化石属于最早记录;在我国、日本、美国多地的始新世地层均发现有杜仲化石分布;渐新世分布区逐渐扩大,中新世种群扩张几乎遍及整个北半球;新近纪开始萎缩,但上新世在西伯利亚和欧洲还有分布;第四纪冰川以后从欧洲消失,保留在我国华中一带的杜仲是杜仲科、属仅存的孑遗植物。也正因为杜仲历史分布的广泛性,使其可以引种到世界很多地区栽培。在我国的栽培区也大为扩展,最北引种至辽宁,西到新疆等地。

由于杜仲雌雄异株且风媒传粉,长期采用天然杂交的种子育苗繁殖,其栽培群体内存在丰富的遗传变异,直接选择自然变异就能够取得显著成效。目前已有的选种品种包括原西北林学院的“秦仲”系列品种以及国家林业和草原局泡桐研究中心的“华仲”系列品种等。这些品种或生长迅速,或产叶量大,或有效成分含量高,或雄花量、产果量高等,促进了杜仲良种化进程及栽培利用。

 

 

同时,育种工作者并不满足于自然变异的选择利用,一直寻找人工创造变异的途径和方法。然而,由于杜仲作为孑遗孤儿,以单科单属单种存在,无法利用种间远缘杂交获得杂种优势。种内杂交虽有研究,但未能选育出期望的品种,其原因是自然界存在的杜仲优良类型本身就是种内杂交产物,与有限的人工杂交后代群体相比,从庞大的自然栽培群体中高强度选择出的优树更具优势,期望通过种内杂交超越选种品种的概率是非常低的。
另辟蹊径 新种终问世
1996年,育种人康向阳于北京林业大学林木遗传育种学科获得博士学位后,进入中国农业大学生物学院跟随合作导师李浚明教授从事博士后工作,开始接触杜仲这一神奇的植物。李浚明认为,数量大、易收集、成本低的叶片是杜仲胶和药物提取的最佳原料;通过多倍体育种应该是大幅度提高叶片杜仲胶或药物含量以及产叶量的理想途径;杜仲种子具有三倍体胚乳,通过胚乳培养可以获得三倍体等。因此,李浚明领导课题组一直从事杜仲胚乳愈伤组织诱导及其再生研究。其间康向阳除了参与李浚明课题组部分染色体鉴定工作外,还有幸聆听了中国科学院化学所严瑞芳先生等一些杜仲研究领域著名专家的真知灼见,对杜仲育种及产业发展有了一定的认识和期待。

 

杜仲三倍体雄花(上面3排)与二倍体雄花(下面3排)相比

1998年,康向阳博士后出站进入北京林业大学工作。此时,中国农业大学的杜仲育种研究因李浚明教授退休而终止。1999年,康向阳在征求李浚明意见后,立足于自己杨树三倍体育种的研究基础,启动了杜仲2n配子诱导与三倍体育种研究,希望通过更为高效的有性多倍化诱变过程实现杜仲多倍体育种突破,并于2001年申请到国家自然科学基金资助。

杜仲三倍体染色体数(2n=3X=51)

然而,杜仲三倍体的获得并没有预想的那样容易,等待康向阳团队的是一个个接踵而至的技术难题,以及数位硕士、博士研究生及博士后累计近20年的艰苦攻关。首先,如杨树一样采用秋水仙碱溶液浸泡处理杜仲花芽诱导配子染色体加倍,发现杜仲雌雄花芽对秋水仙碱较敏感,处理后逐渐枯萎脱落;试验了安磺灵、氟乐灵等除草剂以及不同的处理方式方法,均以失败而告终。进而团队开始考虑改用高温诱导方法,与杨树可以将水培花枝放入恒温箱处理不同,杜仲花枝脱离树体后水培因不能散粉、结实而无法应用。为此,他们发明了可于树上进行花芽非离体高温处理的染色体加倍装置,应用于杜仲染色体加倍获得了70%以上的2n花粉,但与杨树一样,遇到了加倍的2n花粉比正常单倍体性花粉竞争能力差的问题,授粉杂交难以获得三倍体植株。此后,团队开始将工作重点转向高温诱导杜仲雌配子染色体加倍技术研究,随着北京林业大学李赟博士对染色体加倍最佳处理时期等关键技术难题的解决,终于获得了杜仲三倍体植株,实现了几代杜仲育种人的梦想。 
优势凸显 产业有京仲
20世纪50年代初,针对我国三叶橡胶栽培区域有限、橡胶资源严重匮乏的现状,苏联专家向周恩来总理提出了开发杜仲胶资源的建议,国家开始组织杜仲资源培育及其代替天然橡胶技术研究。据参加相关研发计划的北京林业大学材料学院陈素文教授回忆,当时这项工作属于绝密任务,参与杜仲胶提取和加工的研发人员都是相关单位抽调的业务骨干,虽然大家十分刻苦努力,但限于当时的理论基础和技术条件,提取出的杜仲胶质硬而缺乏弹性,未能实现代替天然橡胶的预期。不过,杜仲栽培却因此得到发展,如湖南慈利县江垭国有林场就是当时建成的大型杜仲林场,为当地赢得了“杜仲之乡”的美誉。

 

4年生“京仲1号”比同龄二倍体具有突出的营养生长优势

1984年,严瑞芳先生关于“反式-聚异戊二烯硫化橡胶制法”获得联邦德国发明专利授权,首次将杜仲胶制成弹性体,拓展了杜仲胶的应用范围。然而,杜仲叶片含胶量只有2%-3%,胶提取成本高一直是限制杜仲产业发展的难题。提高叶片杜仲胶等次生代谢产物含量或单位面积叶片产量,并实现综合开发利用,是推动杜仲产业化的有效途径。“京仲1号”等8个杜仲三倍体新品种应运而生,具有生长快、叶片巨大、次生代谢产物含量高等特点,其平均株高和胸径生长比二倍体快30%左右;平均叶面积和叶片厚度超出二倍体的40%和30%左右;叶片杜仲胶含量比二倍体高20%左右;桃叶珊瑚苷、绿原酸等药效成分含量甚至成倍增加等,产业应用优势凸显。新品种选育成功引起社会强烈反响,吸引了国内数十家媒体竞相报道。目前,适生区的一些企业已瞄准产业开发,开始了大规模引种栽培。

 

4年生“京仲4号”杜仲三倍体新品种

众所周知,杜仲产业主要取决于市场培育和原料供给。在当前的社会经济条件下,改变传统的劳动密集型生产模式,提高机械化水平,是稳定大规模开发原料成本及其供应的关键。而借助国家禁止饲用抗生素的契机,生产市场需求巨大的饲料添加剂,可以为杜仲胶和医药等长周期高端产品开发和市场培育提供支撑。建议杜仲三倍体新品种原料生产采取条林密植化栽培、机械化平茬采收、分部位综合利用的模式。其中条林密植,可实现当年栽培,当年收获,当年见效;机械化平茬、脱皮、脱叶,可降低劳力成本以及规模生产时的雇工限制,节支增效;分部位综合利用——叶脉和树皮制胶制药、叶肉制饲料添加剂、茎干制作重组木,可有效分摊成本,做到“一份原料,多重收益”,更加有力地促进以制胶为核心的杜仲产业高效发展。

 

 

主要培育人简介

康向阳  北京林业大学教授,林木育种国家工程实验室主任。致力于林木多倍体育种理论与技术研究,研发了一套高效诱导林木多倍体技术体系,创制出一大批杨树、桉树、杜仲、橡胶树三倍体和四倍体新种质。获国家科技进步奖二等奖1项,国家植物新品种权28项,国家审定良种5个等。

 

 

 

 

《中国绿色时报》2020年11月30日

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