油用向日葵種質(zhì)資源的選育與應(yīng)用

油用向日葵種質(zhì)資源的選育與應(yīng)用

1對(duì)結(jié)構(gòu)資源利用、育種技術(shù)的探索向日葵來(lái)自美國(guó)，在明朝引入中國(guó)。然而，長(zhǎng)期以來(lái)，它僅作為一種近似的蔬菜種植，以及水果和干果的味道。解放后,我國(guó)育種工作者從前蘇聯(lián)引入油用向日葵,才開(kāi)始大面積發(fā)展向日葵生產(chǎn)。當(dāng)時(shí)推廣的品種都是常規(guī)品種,生長(zhǎng)期較長(zhǎng),含油率較低,產(chǎn)量不穩(wěn)定,因此,只是在一定范圍內(nèi)推廣。1962-1965年,法國(guó)博士P.Leclercq首先在向日葵野生種和栽培種的一個(gè)雜交后代中選育出細(xì)胞質(zhì)雄性不育系,后又找到了不育系的恢復(fù)系和保持系,從此使向日葵生產(chǎn)在世界范圍內(nèi)進(jìn)入了雜種優(yōu)勢(shì)利用的階段,雜交種逐漸取代了常規(guī)種。雜交種顯著地提高了向日葵的產(chǎn)量和含油率及個(gè)體間的整齊度,從而促進(jìn)了向日葵的發(fā)展,現(xiàn)已成為世界四大油料作物之一,并分布在40多個(gè)國(guó)家,其中種植面積較大的國(guó)家有俄羅斯、阿根廷、印度、中國(guó)、羅馬尼亞、美國(guó)、西班牙等國(guó)。據(jù)報(bào)道,2003-2004年,世界向日葵籽產(chǎn)量為2591萬(wàn)t,年增長(zhǎng)7.7%。1974年,我國(guó)從法國(guó)引入向日葵細(xì)胞質(zhì)雄性不育系,隨后吉林省向日葵研究所首先在國(guó)內(nèi)育成了細(xì)胞質(zhì)雄性不育系74102-4A,保持系74102-4B和恢復(fù)系矮113,實(shí)現(xiàn)了三系配套,填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)該項(xiàng)技術(shù)的空白,為我國(guó)向日葵的雜種優(yōu)勢(shì)利用于生產(chǎn)奠定了基礎(chǔ)。在此基礎(chǔ)上,遼寧、內(nèi)蒙古、黑龍江等科研單位先后篩選出一批新的恢復(fù)系和保持系并應(yīng)用于向日葵新品種改良上,這是全國(guó)第一次進(jìn)行品種更新?lián)Q代。這一階段,向日葵品種改良以收集、篩選、選育種質(zhì)資源為主,育種目標(biāo)集中在產(chǎn)量上。1980年,我國(guó)第一批三系雜交種通過(guò)審定,如白葵雜1號(hào)、遼葵雜1號(hào)、內(nèi)葵雜1號(hào)、沈葵雜1號(hào)等。我國(guó)第一批油用向日葵雜交種的特點(diǎn)是產(chǎn)量高,籽實(shí)含油率低,因此,提高含油率成為我國(guó)育種工作者的主要目標(biāo)之一。到1981年,我國(guó)向日葵雜種優(yōu)勢(shì)利用又有了新的進(jìn)展,品種改良的目的是在提高產(chǎn)量的基礎(chǔ)上,進(jìn)一步提高向日葵的籽實(shí)含油率。1987年我國(guó)第二批雜交種育成,有白葵雜2號(hào)、白葵雜3號(hào)、遼葵雜2號(hào)、沈葵雜2號(hào)、內(nèi)葵雜2號(hào)、龍葵雜1號(hào)、晉葵雜1號(hào)、汾葵雜3號(hào)和4號(hào)、遼葵雜3號(hào)、吉葵雜1號(hào)。這批雜交種在產(chǎn)量和含油率方面均有了很大提高,但含油率還沒(méi)有達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平,品種的抗病性還需要進(jìn)一步改良。1988年以后,由于資源的引進(jìn)和與國(guó)際上向日葵研究先進(jìn)國(guó)家的技術(shù)交流,使我國(guó)向日葵育種水平有了進(jìn)一步提高。經(jīng)過(guò)各育種單位攻關(guān)研究,相繼育成了一批優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)、抗(耐)病的向日葵新品種,如龍葵雜3號(hào)、龍葵雜4號(hào)、白葵雜4號(hào)、白葵雜6號(hào)、陜葵雜1號(hào)、內(nèi)葵雜3號(hào)、晉葵雜6、新葵雜4號(hào)、新葵雜6號(hào)等16個(gè)油用向日葵雜交種,這一批雜交種的產(chǎn)量和籽實(shí)含油率的水平接近了國(guó)際水平。向日葵品種的不斷改良,使向日葵產(chǎn)區(qū)從東北迅速向西北發(fā)展。多年來(lái),國(guó)內(nèi)向日葵育種主要以油用向日葵為主,從事食用向日葵育種研究的機(jī)構(gòu)不多。最早進(jìn)行食用向日葵育種研究的單位有甘南縣向日葵研究所、黑龍江農(nóng)科院經(jīng)濟(jì)作物所和吉林省白城地區(qū)向日葵研究所。他們分別選育出了甘葵1號(hào)、甘葵2號(hào)、龍葵和白葵6號(hào),但這些品種都是常規(guī)種,沒(méi)有雄性不育雜交種。近幾年,隨著食用向日葵市場(chǎng)的擴(kuò)大,許多向日葵育種單位也加大了對(duì)食用向日葵的育種力度,育種技術(shù)也有所改進(jìn)。目前,國(guó)內(nèi)也育成了一些雜交種,如新疆康地農(nóng)業(yè)公司育成的新食葵1號(hào)、新食葵2號(hào)、新食葵3號(hào)、新食葵4號(hào)和內(nèi)蒙古農(nóng)科院育成的一批新品系,但這些雜交種還在試驗(yàn)示范階段,沒(méi)有在生產(chǎn)上得到推廣應(yīng)用。目前生產(chǎn)種植的食用向日葵品種幾乎都是常規(guī)品種如三道眉,或從農(nóng)家品種中分離、純化出的常規(guī)品種如星火品種(為內(nèi)蒙古巴彥淖爾地區(qū)純化出的常規(guī)品種)、黑大個(gè)及碩葵(為德農(nóng)種業(yè)赤峰分公司純化出的常規(guī)品種)。所以,目前我國(guó)向日葵的生產(chǎn)用種是:油用向日葵以雜交種為主,食用向日葵以常規(guī)種為主。我國(guó)現(xiàn)有20多個(gè)省(市、自治區(qū))種植向日葵,種植面積為119萬(wàn)hm2,列世界第四位;總產(chǎn)量為190萬(wàn)t(其中30%為油用向日葵),列世界第三位。我國(guó)向日葵主要分布在內(nèi)蒙古、黑龍江、山西、新疆、吉林等省、區(qū),其中以?xún)?nèi)蒙古種植面積最大。2對(duì)油氣用葵的應(yīng)用幾十年來(lái),我國(guó)廣大向日葵育種工作者不斷努力,先后育成了幾十個(gè)向日葵新品種,為向日葵生產(chǎn)的發(fā)展做出了重要的貢獻(xiàn)。尤其是近十年來(lái),一些高產(chǎn)、高油、抗病性強(qiáng)、適應(yīng)性廣的向日葵新品種的選育,為其在國(guó)內(nèi)大面積的種植發(fā)揮了巨大的作用。但是,由于我國(guó)向日葵育種工作起步較晚,資源缺乏,研究技術(shù)和研究手段相對(duì)落后,所育品種在含油率、品質(zhì)和抗病性方面與先進(jìn)國(guó)家相比還存在很大差距(表1)。表1所列品種是我國(guó)2000年以后審定的具有代表性的油用向日葵雜交種,國(guó)外引入的油用向日葵雜交種近幾年在內(nèi)蒙古種植面積較大的、有代表性的是澳大利亞、美國(guó)和法國(guó)的雜交種。從表1中看出,我國(guó)雜交種多為中早熟品種,生育期與國(guó)外雜交種相差18d,株高相差3cm,平均產(chǎn)量相差約50kg/667m2,籽實(shí)含油率相差約3%。在抗病性和適應(yīng)性方面,國(guó)外雜交種表現(xiàn)突出,因此,美國(guó)的G101,澳大利亞的S31成為了內(nèi)蒙古自治區(qū)油用向日葵的主栽品種。這就說(shuō)明我國(guó)在向日葵品種改良中缺乏生育期大的資源材料。光能利用率低,主要體現(xiàn)在高產(chǎn)和高油兩個(gè)主要指標(biāo)上和國(guó)外存在差距。在抗病性育種方面,我國(guó)目前只將抗菌核病、銹病、葉斑病的品種選育列入了育種目標(biāo),并取得了一定成績(jī)。而生產(chǎn)中危害向日葵的病害很多,除菌核病、銹病、葉斑病以外,還有霜霉病、黃萎病以及列當(dāng)?shù)?。前蘇聯(lián)率先育出了抗霜霉病、列當(dāng)?shù)钠贩N并在生產(chǎn)上推廣應(yīng)用,而我國(guó)沒(méi)有抗霜霉病、列當(dāng)?shù)钠贩N。在對(duì)野生資源的利用上,我國(guó)也遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于先進(jìn)國(guó)家。向日葵的野生資源具有廣泛的適應(yīng)性和多種多樣的遺傳生理特性,尤其在抗病蟲(chóng)和抗不良環(huán)境條件方面更具有特殊的優(yōu)越性,在種間雜交育種中是重要的種質(zhì)資源。前蘇聯(lián)、保加利亞、法國(guó)、美國(guó)通過(guò)野生種與普通種雜交育成了對(duì)黃萎病、菌核病以及多種病害有良好抗性的雜交種。而我國(guó)在野生資源的利用上,近幾年才有所重視,目前只是將菊芋用在了向日葵抗性育種中,許多育種單位開(kāi)始加強(qiáng)對(duì)野生資源的收集、利用工作。3關(guān)于改進(jìn)中國(guó)向日葵品種的一些建議3.1油氣對(duì)葵的應(yīng)用提高油用和食用向日葵的產(chǎn)量仍然是我們育種的主要目標(biāo)。目前,生產(chǎn)上油用向日葵都已采用了雜交種,但是從上面的分析看出,我國(guó)油用向日葵雜交種的平均生育期與國(guó)外相差18d,這說(shuō)明提高產(chǎn)量的空間很大。因此,我們應(yīng)積極引進(jìn)國(guó)外向日葵種質(zhì)資源,形成早熟、中熟、晚熟不同熟期的雜交種。提高食用向日葵的重點(diǎn)應(yīng)放在雜種優(yōu)勢(shì)的利用上,只有利用雜種優(yōu)勢(shì),才能在提高產(chǎn)量上有大的突破。目前,我國(guó)食用向日葵雜種優(yōu)勢(shì)的利用取得了一定的進(jìn)展,只要在千粒重和商品品質(zhì)方面繼續(xù)努力,一定會(huì)取得成功。3.2油用葵的脂肪酸組成改良方向我國(guó)油用向日葵品質(zhì)改良主要從兩方面著手,一是提高脂肪含量,就是通常所說(shuō)得提高籽實(shí)含油率。因?yàn)樘岣咦褜?shí)含油率對(duì)于油脂加工企業(yè)非常重要,每提高一個(gè)百分點(diǎn),就會(huì)給油脂企業(yè)帶來(lái)可觀(guān)的利潤(rùn),企業(yè)發(fā)展了,就會(huì)帶動(dòng)整個(gè)油用向日葵產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。二是優(yōu)化脂肪酸的組成。在油用向日葵脂肪酸中,棕櫚酸約占5%以上,硬脂酸占3%以上,油酸占23%以上,亞油酸占65%以上。我國(guó)目前具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的油用向日葵雜交種都是亞油酸含量65%以上的類(lèi)型。亞油酸含量高,抗氧化性就差。因此,人們對(duì)油脂的質(zhì)量提出了新的要求,即培育抗氧化、高油酸的新品種。目前俄羅斯、美國(guó)、南斯拉夫、荷蘭、澳大利亞、保加利亞等國(guó)向日葵品種油酸含量已提高到70%,育成的新品種具有很高的氧化穩(wěn)定性。因此,調(diào)整油用向日葵脂肪酸構(gòu)成比例也是我們今后重要的育種目標(biāo)。我國(guó)應(yīng)通過(guò)直接引入這種類(lèi)型的種質(zhì)資源材料,加快我國(guó)向日葵脂肪酸組成改良的步伐,實(shí)現(xiàn)跨越性發(fā)展。食用向日葵品質(zhì)改良工作,重點(diǎn)是改良商品品質(zhì),如粒長(zhǎng)、粒色、千粒重、出仁率和蛋白質(zhì)含量5個(gè)方面。我國(guó)食用向日葵常規(guī)品種粒大、千粒重高,但出仁率低。國(guó)外引入的雜交種多為粒小、千粒重低,出仁率高。因此,我們應(yīng)不斷改良食用向日葵不育系和恢復(fù)系的各種性狀,育成優(yōu)良的食用向日葵不育系和恢復(fù)系,進(jìn)而育成符合市場(chǎng)商品品質(zhì)的優(yōu)良食用向日葵雜交種。3.3制備含對(duì)種養(yǎng)物種,制備生物育種體系向日葵病害主要有菌核病、銹病、霜霉病、黃萎病、黑斑病、褐斑病、列當(dāng)。以我國(guó)向日葵種植面積最大的內(nèi)蒙古地區(qū)為例,近幾年菌核病、銹病的危害較為嚴(yán)重,但目前還沒(méi)有發(fā)現(xiàn)對(duì)菌核病免疫的資源,品種間只存在耐病性差異。國(guó)外多采用利用野生向日葵資源,通過(guò)栽培種和野生種的雜交,篩選耐病材料。另外也可通過(guò)生物技術(shù),達(dá)到改良菌核病抗性的目的。對(duì)于其他向日葵主要病害,利用抗性資源,通過(guò)常規(guī)育種和生物技術(shù)相結(jié)合,是我們開(kāi)展抗病育種,提高向日葵新品種抗病性的有效途徑之一。當(dāng)前,向日葵新品種改