國家種質三亞野生棉圃蘊藏著棉花新品種的未來——
“棉棉”種業(yè)路
海南日報記者 黃媛艷 通訊員 劉記
今年5月26日至30日，是中國農業(yè)科學院的第三屆農科開放日。每到開放日，我就是收獲無數好奇目光的主角。
我是誰？我是保存在中國農業(yè)科學院棉花研究所海南科研中心國家種質三亞野生棉圃(以下簡稱三亞野生棉圃)里的一粒棉花種子。
雖然我只有0.1克重，但由我而生的，全身都是寶：棉的花，可以釀出蜂蜜，棉纖維做成的衣服健康又舒服，棉短絨還可以制作成鈔票、紙張，棉籽則是一些高端護膚品和治療腫瘤藥物的重要原料。
野生棉是現代棉花育種的基礎。全世界共有53個野生棉種類，三亞野生棉圃里就住著我們43個品種、799位野生棉“姐妹”。正因為有這么豐富的野生棉種質資源，育種家們才能培育出“優(yōu)質專用、綠色環(huán)保、抗病抗逆、資源高效、適宜輕簡化、機械化”的棉花新品種，打贏種業(yè)翻身仗。
三亞是世界野生棉集合地
保存野生棉43個品種799份材料，成為全國棉花科研人員的研究材料庫
如果你走進三亞野生棉圃，一定會被我的“遠房親戚”楊葉肖槿吸引。它可是個大家伙，足足有10多米高。它的邊上是我們的“姐妹”——澳洲棉，矮得幾乎匍匐在地。不遠處，還有一位與我們“膚色”不同的“姐妹”——達爾文氏棉，它的棉絮是棕色的，大家喜歡叫它“彩色棉”。
位于三亞崖州區(qū)的中棉所國家種質三亞野生棉圃。中棉所供圖
因為基因上的細微差別，我的野生棉“姐妹”們無論在株高、葉片、株型，還是在棉纖維的長短、果實的大小方面，都各有特點，具有很高的科研和學術價值。這點點差別，正是育種家研究的關鍵。他們可以從棉屬野生種中發(fā)掘優(yōu)良基因，通過雜交等手段，來增強棉屬栽培種在抗旱、抗蟲等方面的性能，使棉花纖維更長、更強、更細。所以，野生棉可是現代棉花育種的基礎，作為野生棉的種質圃和活體庫，三亞野生棉圃的重要性就不言而喻了吧？
為什么選擇在三亞設置野生棉圃呢？“海南屬熱帶、亞熱帶氣候，是我國最早種植棉花的地區(qū)之一，棉屬植物類型多樣，種質資源豐富，而且三亞光溫條件好，一些種質資源只有在這里才能開花結果，有助于觀察性狀和增加種子數量。”“中國彩棉之父”、中國農業(yè)科學院棉花研究所(以下簡稱中棉所)品種資源研究室主任杜雄明說。
為了擴充棉圃里的野棉品種，育種家們先后前往云南、貴州、西藏等地，在山溝溝里尋找我的野生“姐妹”。從2011年起，中棉所的專家先后赴美國、澳大利亞、巴西等棉花原分布地進行野外考察，并通過國際學術交流來收集野棉原始材料，豐富了野生棉圃里的種質資源。
現在，三亞野生棉圃里保存著的野生棉有43個品種、799份資源材料，可以面向全國提供實驗材料，成為我國棉花科研人員最便捷的材料庫�！懊奁钥梢灾苯尤≈l葉片、花粉做種間雜交，主要用作無性繁殖、長期保存、鑒定評價和共享利用，它也向國家作物種質庫提交枝條、休眠芽、花粉、種子等材料，供離體保存研究�！敝袊r業(yè)科學院副院長、中國工程院院士萬建民說。
在2008年到2018年的10年間，中國學者發(fā)表棉花高質量論文2261篇，居世界第一。“野生棉已成為我國棉花基礎研究和應用基礎研究資源的主渠道，促成了31項科技成果，獲獎38次。” 中棉所生物技術研究室副主任袁有祿說。
海南野生棉屬資源豐富
蓬蓬棉是育種家眼中的“香餑餑”，有望培育出抗鹽堿的新品種
在三亞野生棉圃里，還有一位“明星姐妹”，我想重點介紹給你們。它的植株有1.2米到1.4米的個頭，開乳黃色的花，棉鈴小，結出的棉花纖維短。雖然其貌不揚，也沒有直接的經濟價值，但它卻是育種家眼中的“香餑餑”。
它就是海南土生土長的棉種，名字也有趣，科學家們叫它多年生陸地棉半野生型——蓬蓬棉，黎族群眾叫它“貝栩”，苗族群眾叫它“貝太銀”。
中棉所國家種質三亞野生棉圃的野生棉花開出的花朵。海南日報記者 武威 攝
有關蓬蓬棉的文字記載，最早出現在《崖州志》等古籍中。根據記載，12世紀時海南就種有棉花。中棉所研究員、棉花品種資源專家項顯林在20世紀80年代考察海南棉屬資源時，收集到蓬蓬棉種質36份，認為這可能是在海南島長期培植放野而形成的一種類型，為中國野生棉研究打開了一扇窗戶。
后來，認識到種質資源保護的重要性，一代又一代棉花育種人來到海南尋找野生棉資源。2015年3月，一個偶然的機會，杜雄明在三沙市永興島上發(fā)現了長勢旺盛的蓬蓬棉。通過與采自海南省東方市以及廣東省湛江市硇洲島的蓬蓬棉材料進行實驗對比，他發(fā)現了海南蓬蓬棉的獨特性。
“海南的野生蓬蓬棉是陸地棉的一種野生種系，可能起源于墨西哥海岸，通過北赤道洋流擴散漂流至此，在海南多地常年自然生長，與現有棉花品種、中國西南部的退化陸地棉、中美洲的陸地棉半野生種系之間存在著廣泛的遺傳分化�！倍判勖髡f。
那蓬蓬棉為什么會受到棉花育種專家的重視呢？杜雄明說，種植棉花的土壤在受到鹽脅迫后，棉花產量會嚴重下降，但蓬蓬棉能長期生活在高溫高鹽地區(qū)，說明它可能有抗鹽堿基因。他透露，目前團隊已將采集來的蓬蓬棉種子放在三亞繁育，通過對“海南蓬蓬棉×陸地栽培棉”的遺傳群體等方面開展研究，期待能培育出抗鹽堿的棉花新品種。
但上面這些優(yōu)秀基因也只是蓬蓬棉基因庫里的“冰山一角”。它所屬的陸地棉有7萬多個基因，某個基因發(fā)生改變，纖維品種、葉片顏色等性狀都會隨之改變。所以，我的這位蓬蓬棉“姐妹”還有大量有利基因等待研究挖掘。我衷心希望，它可以為中國棉花育種的優(yōu)異基因資源拓寬、種質改良和創(chuàng)新利用發(fā)揮更多作用。
推動種業(yè)創(chuàng)新
兩年半可以選育一個穩(wěn)定的棉花材料，先后選育棉花新品種近200個，在全國種植面積超5.5億畝
在全世界的棉花栽培品種中，陸地棉產量高、適應性強，是目前全球栽培面積最廣的棉種，占世界棉花總產量的90%。但陸地棉也有它的短板和桎梏。由于陸地棉的栽培種遺傳資源狹窄，短時間內很難培育出突破性新品種。這時，我們這些在三亞野生棉圃里的“姐妹”們就能發(fā)揮作用了。
比如棕色的達爾文氏棉，具有耐旱、耐鹽堿、耐貧瘠、纖維細度好等特點。育種家們正在嘗試將達爾文氏棉的優(yōu)異等位基因導入陸地棉，拓寬陸地棉的遺傳基礎，改良陸地棉的纖維品質和產量等性狀。
黃褐棉與陸地棉栽培種的親緣關系最遠，但它的纖維品質變異豐富，對蟲害、黃萎病等有顯著抗性。因此，一些育種家也在嘗試將黃褐棉的優(yōu)異等位基因引入陸地棉，挖掘更多有利等位基因，期待拓寬陸地棉的遺傳基礎。
中棉所科研工作者正在查看三亞野生棉圃里的新品種棉花生長情況。中棉所供圖
野生種毛棉有多絨毛、抗蟲、抗旱以及纖維細、韌性強等特性，育種家正嘗試將這些優(yōu)異基因導入到陸地棉中，力爭改良陸地棉的纖維品質……
除了幫助改善棉花的纖維品質，我們野生棉“姐妹”還在許多領域發(fā)揮著作用。
“棉花也是重要的油料作物，棉籽仁的含油量約45%，籽仁蛋白含量也非常高，棉籽作為榨油來源、蛋白質供給及飼料和食品材料，具有廣闊的商業(yè)前景。限制棉籽得到大規(guī)模利用的是棉籽中的棉酚，棉酚有毒，不能直接食用，但棉酚卻對治療一些腫瘤有作用�！敝忻匏藁üδ芑蚪M創(chuàng)新團隊首席專家宋國立說。
對這個難題，我的另一個“姐妹”澳洲棉有辦法。它的部分野生棉種中具有“子葉色素腺體延緩形成”的性狀，簡單說，就是在棉種的休眠期，種子里不含腺體和棉酚，只有當種子吸脹萌發(fā)后，腺體和棉酚才會陸續(xù)形成。
“這種特性就為低(無)酚棉育種帶來了新思路，甚至有可能從根本上解決棉籽難以大范圍利用的難題�！彼螄⑼嘎叮麄儓F隊目前正在研究澳洲棉的抗病性和低(無)酚特性，通過雜交等方式，期待能選育出多能效的棉花新品種。
說了這么多，你們大概明白了，海南雖然不是我國棉花的主產地和主消費地，但通過三亞南繁這個“加速器”，在我們野生棉家族的助力下，三亞野生棉圃正在發(fā)揮越來越重要的作用。
“中棉所海南南繁基地通過野生棉資源和遠緣雜交資源材料搜集、保存、創(chuàng)新利用，先后選育棉花新品種近200個，在全國種植面積超過5.5億畝�！敝忻匏彼L彭軍透露，目前南繁基地已實現棉花一年三代繁育，兩年半就可以選育一個穩(wěn)定的棉花材料，遠快于傳統(tǒng)的15年，“常規(guī)育種+生物技術+信息化”的運用，還會進一步提高育種的效率。
現在，海南以三亞崖州灣科技城建設為平臺，發(fā)展南繁產業(yè)，加快推進全球動植物種質資源中轉基地建設，尤其是建設南繁作物表型研究設施、種子創(chuàng)新研究院等共享實驗平臺，加大知識產權保護和制度集成創(chuàng)新。相信隨著人們加大對種質資源的保護與利用，像我這樣的小小棉種將發(fā)揮更大的潛力，棉花種業(yè)的未來之路也會越走越寬。
(本報三亞6月1日電)
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