文献类型： 获奖成果

获奖名称： 科学技术奖

获奖等级： 二等奖

关键词： 杂种;育种;方法;机理;优势;辣椒;方法研究;杂种优势;研究与应用;研究;育种方法

第一完成单位： 广东省农业科学院蔬菜研究所

获奖时间： 2009

摘要： 一、课题来源与背景 本项目任务来源于广东省重大科技专项“茄果类新品种选育研究”（项目编号：A20202）和广东省农业科学院院长基金项目“辣椒杂种优势类群的SRAP分析及其利用模式研究”（编号：04-基金-03B）。 本项目属辣椒杂种优势的应用基础研究。 辣椒生产已成为我省许多地市如湛江、茂名、韶关特色农业、三高农业的重要组成部分，已成为许多市、县的支柱产业之一。目前，我省辣椒生产基地中，农户种植早中熟的辣椒品种易获得较好的经济效益。在我省鲜食尖椒生产基地中，种植面积较大的辣椒品种主要是湖南的湘研19号辣椒、我省的辣优4号辣椒、粤丰2号辣椒和安徽的新丰5号辣椒。在早春辣椒生产中，这些品种存在的主要问题是早熟性较差，早期产量较低。这严重地影响了辣椒生产的经济效益。 杂种优势利用是辣椒育种的一种重要技术。杂种优势育种实践中，存在着大量组配、大量淘汰的现象，育成新品种的成功率较低。探讨杂种优势分子机理、研究杂种优势育种方法、继而进行资源创新和开展辣椒亲本类群的划分是提高作物杂种优势育种效率的重要基础。 鉴于此，本项目开展了辣椒杂种优势机理和育种方法研究，利用RAPD标记开展了辣椒杂交一代与其亲本基因差异的研究，在此基础上，提出了作物杂种优势遗传机理的遗传振动合成学说；概括、总结出蔬菜育种的三向选择策略；开展了辣椒F2世代性状的分离及分布特性研究；开展了辣椒自交系类群的划分研究；开展了辣椒遗传规律研究；根据上述研究成果，本项目创新出一批亲本自交系，选育出早中熟辣椒新品系4个，其中3个已通过省品种审定。 二、技术原理及性能指标 1 辣椒杂种优势机理研究方面 1）在建立辣椒RAPD体系的基础上，用RAPD技术对一个辣椒杂种一代及其亲本的基因差异进行了研究，结果表明：大多数引物扩增出的杂种一代的RAPD产物和两亲本或亲本之一没有差异，但引物OPG-08扩增出双亲具有但F1消失的DNA片段。这揭示出，辣椒杂种一代某些基因的一级结构和其双亲存在差异。 2）以杂种优势的过程性研究模型为基础，从基因的分子生物学入手，提出了作物杂种优势遗传机理的遗传振动合成学说。该学说认为： 同工基因经转录、翻译成的同工蛋白质的数量变化的物理学意义是一种振动，这种振动可称为遗传振动； 将两或多个同工基因所产生的蛋白质的振动的合成称为遗传振动合成； F1中某一同工基因的遗传振动随着时间的变化而呈出正向优势、无优势、负向优势，进而影响到其所参与或调控的最初代谢反应的产物优势随着时间的变化而变化； 由于其它种同工基因的这种类似性状，代谢产物的逐级影响及逐级放大作用，加上外界环境对作物基因组的影响，最终影响到生物的表现性状，并使其杂种优势呈现出过程性特点。 遗传振动合成学说是一个动态遗传理论，显性学说和超显性学说只是它的一个特例。 2 辣椒杂种优势育种方法研究方面 1）从杂种优势育种中自交系的选育理论和国内外的蔬菜育种实践中，概括、总结出蔬菜育种的三向选择策略，即：从选育出的材料直接应用于目前的新品种育种实践的目标考虑，在对一基本材料的分离世代（如F2代）进行选择时，除以对照品种为依据，按有性杂交育种途径经多代选择选育出新品种外，还可按照杂种优势育种目标中对母本、父本的要求，经多代选择选育出母本自交系、父本自交系。 实践中，三向选择策略的实施方法有定性法和定量法两种。初步从遗传上探讨了三向选择策略在杂种优势育种中的两种定量化实施方法：（1）以对照品种为依据，（2）以杂种优势预见性育种理论为依据。 2）以一个辣椒种内单交组合的F2世代为材料，研究发现果长的分离中出现超（大）亲分离的现象，而果宽、坐果数/株的分离中呈现超（小）亲分离的现象；果重、果长、果宽的表现型为正态分布，而坐果数/株的分布具有极显著的偏畸； 3）基于基因型值，将包含我国辣椒骨干亲本在内的31个辣椒自交系划分成5个亲本类群，亲本类群划分结果与辣椒植物学分类和杂种优势育种实践相一致； 4）根据国内外辣椒质量性状遗传研究的最新成果，编撰了辣椒基因名录。该基因名录包括了292个基因，其中有92个基因以前未被收录在基因名录中；本辣椒名录详细描述了这些基因的作用方式、遗传背景、连锁标记及基因克隆等信息。 5）根据国内外辣椒的遗传研究，从辣椒质量性状、数量性状的遗传特性及杂种一代主要经济性状的遗传表现等方面撰写了'辣椒的遗传'，作为学术著作《中国辣椒》的第六章。 3 辣椒杂种优势育种方法的应用 利用蔬菜育种的三向选择策略和上述有关研究结果，本项目创新出各类辣椒亲本自交系12个、特色辣椒资源1个、雄性不育系1个，选育出早中熟辣椒新品系4个，其中3个已通过省品种审定。具体如下： 1）根据辣椒育种目标，利用蔬菜育种的三向选择策略创新出各类辣椒亲本自交系12个，其中尖椒亲本自交系7个，甜椒自交系5个。7个尖椒亲本自交系已应用于早中熟辣椒杂种优势育种实践。 2）根据辣椒种内单交组合的F2世代果长的分离中出现超（大）亲分离的研究结果，创新出果实特长的辣椒资源1个。 3）根据辣椒育种目标，利用蔬菜育种的三向选择策略，定向选育出大果型雄性不育系1个。 4）利用蔬菜育种的三向选择策略创新出的7个尖椒亲本自交系，根据辣椒遗传和杂种优势利用规律，选育出早中熟辣椒新品系4个，其中3个已通过省品种审定。 ①选育出福康1号辣椒新品种 根据辣椒生产对早中熟绿皮品种的需求，利用蔬菜育种的三向选择策略创新出母本自交系HP 101和父本自交系HP 102，利用杂种优势育种技术，选育出早中熟、绿皮尖椒新品种——福康1号辣椒。该品种于2006年12月通过广东省农作物品种审定委员会的审定。 该品种植株生长势强，中早熟，易坐果。果实羊角形，浅绿色，平均单果重38克，长22-23厘米，果径2.9厘米，肉厚2.9毫米，果皮光滑、光亮，耐贮运；味辣，品质优良；田间表现根据中抗疫病和炭疽病；亩产2500-3000公斤。 ②选育出福康2号辣椒新品种 根据华南地区辣椒生产对早中熟绿皮品种的需求，利用蔬菜育种的三向选择策略开展了辣椒资源创新研究，创新出母本自交系LW101和父本自交系LW102，结合分子标记辅助育种技术，选育出抗疫病、早中熟、大果绿皮尖椒新品种'福康2号'，于2005年通过广东省农作物品种审定委员会的审定。 福康2号辣椒是以LW101为母本、LW102为父本配制的一代杂种。该品种早中熟，植株生长势强，抗疫病，耐青枯病，果实羊角形，绿色，平均单果重26.8克，果长17.4厘米，果径2.9厘米，味辣，品质优良，亩产2500-3000公斤。 ③选育出粤椒90辣椒新品种 根据辣椒生产对极早熟黄绿皮品种的需求，利用蔬菜育种的三向选择策略创新出母本自交系1610和父本自交系HP 302，选育出极早熟、黄绿皮尖椒一代杂种——粤椒90辣椒。该品种于2006年5月通过广东省农作物品种审定委员会的审定。 该品种极早熟。植株生长势较强，株高60厘米，始花节位9节。果实黄绿色，味辣，羊角形，单果重50克，长19厘米，宽3.4厘米，肉厚0.34厘米，果皮光滑有光泽，耐贮运，品质优良，早期产量极高，总产量亩产3000公斤。 ④选育出福康3号辣椒新品系 根据辣椒生产对早中熟黄绿皮品种的需求，利用蔬菜育种的三向选择策略创新出母本自交系HP301和父本自交系HP 302，选育出早中熟、黄绿皮尖椒一代杂种——福康3号辣椒。该品系于2004年、2005年参加并已通过广东省品种区域试验。 该品种中早熟。植株生长势强，株高58厘米，株幅50厘米，始花节位10-12节。抗病性强。果实黄绿色，牛角形，单果重40-50克，长18-21厘米，果径3.5-4.0厘米，肉厚3.5毫米，果皮光滑、光亮，耐贮运；味辣，品质优良。亩产3000-4000公斤。适宜华南地区栽培。 2.5 辣椒新品种的示范与推广 自2002年，福康1号、福康2号和粤椒90辣椒已在我省、海南、广西、湖南等省大面积推广。 三、技术的创造性和先进性 （一）杂种优势机理研究方面 1 利用RAPD技术，发现辣椒杂种一代某些基因的一级结构和其双亲存在差异； 2 以杂种优势的过程性研究为基础，从基因的分子生物学入手，提出了作物杂种优势机理的遗传振动合成学说； （二）杂种优势育种方法研究方面 1 从杂种优势育种中自交系的选育理论和国内外的蔬菜育种实践中，概括、总结出蔬菜育种的三向选择策略； 2 在国内首次发现在辣椒种间F2世代一些性状的分离中出现超亲分离的现象，一些性状的分布具有极显著的偏畸。 3 在国内首次将包含我国辣椒骨干亲本在内的31个辣椒自交系划分成5个亲本类群，亲本类群划分与辣椒植物学分类和育种实践相一致； 4 编撰了最新的辣椒基因名录；撰写了'辣椒的遗传'，作为学术著作《中国辣椒》的第六章。 （三）辣椒杂种优势育种方法的应用 1 根据辣椒育种目标，利用蔬菜育种的三向选择策略创新出各类辣椒亲本自交系12个、大果型雄性不育系1个、果实特长的辣椒资源1个。 2 利用创新自交系育成了具有自主知识产权的早中熟辣椒新品系4个，其中福康1号辣椒、福康2号辣椒和粤椒90辣椒等3个新品种已在省内外示范、推广，并通过了广东省品种审定。 四、技术的成熟程度、适用范围和安全性 本项目获得的辣椒杂种优势机理和育种方法研究结果，将丰富和发展作物杂种优势自交系的选育理论，有助于辣椒亲本自交系的选育和特异资源的创新，有益于辣椒杂种优势育种实践，并为分子动态遗传学的建立奠定了基础。 本项目选育出的福康1号辣椒、福康2号辣椒和粤椒90辣椒具有早熟性好、丰产性、适应性好，抗病性强等优点，尤其适宜在春季进行早熟栽培。栽培时应结合当地实际和市场需求，先引种后推广，并配合相应的早熟高效益栽培技术和病虫害防治技术。 五、应用情况 1 作用意义 本项目开展的辣椒杂种优势机理和育种方法研究，将丰富和发展作物杂种优势自交系的选育理论，有助于辣椒亲本自交系的选育和特异资源的创新，有益于辣椒杂种优势育种实践，并为分子动态遗传学的建立奠定了基础。 2 应用效果 选育出的福康1号、福康2号和粤椒90辣椒具有早熟性好、丰产性、适应性好，抗病性强等优点，深受种植户欢迎。自2002年开始，已在广东、广西、海南、湖南等省示范、推广。 3 论文被收录和引用情况 本项目已发表24篇论文，其中1篇被SCI收录，4篇被CAB收录；已有多篇被国内的科技专著、学术期刊和学位论文引用。 1）中国农业出版社2002年1月出版的蔬菜高新技术丛书《蔬菜生物技术概论》第十三章第五节'杂种优势分析'全面、详细地引用《江西农业大学学报》1999年发表的'作物杂种优势机理研究：遗传振动合成学说'、《西北农业大学学报》1999年发表的'作物杂种优势的分子生物学研究'、《西北农业学报》1998年发表的'DNA分子标记在作物杂种优势研究中的应用'等3篇论文，详细引用了本项目提出的作物杂种优势机理的遗传振动合成学说。 2）暨南大学出版社2003年出版的《广东科技年鉴（2002年卷）》'农业科技进步'部分第一章'农业科技攻关'第二节'农业重大科技专项'中将本项目提出的蔬菜育种的三向选择策略及其在自交系选育中的应用情况作为重要科技进展编入。 3）本项目开展的辣椒杂种优势育种技术的相关研究结论被《中国水稻科学》、《中国蔬菜》、《麦类作物学报》、《西北农林科技大学学报(自然科学版)》、《上海交通大学学报（农业科学版）》等学术期刊和学位论文等正面引用86次。