武志江:用科技之光照亮“火红产业”

发布:2021-10-19   浏览:709次

广西农业科学院第二批青年拔尖人才系列报道之五

武志江:用科技之光照亮“火红产业”

火龙果是一种外来引进的新兴名特优热带水果。起源于热带中南美洲地区,后传入越南、泰国等东南亚国家和中国台湾。从1998年开始,我国大陆陆续从台湾和越南引种火龙果,经过二十多年的发展,截止2020年底,我国火龙果种植面积为102万亩,已超过越南,成为全球种植规模最大的国家。

目前,我国火龙果主要分布在广西、广东、海南、云南、贵州、福建等省份,其中广西已成为全国火龙果种植面积和产量最大的产区。

“随着种植面积和产量的不断提高,火龙果产业中存在的诸多问题也凸显出来,包括引种混乱,品种结构单一、更新换代慢,遗传育种及相关基础研究滞后等等,尤其是品种同质化问题非常严重,市场上以大红系列品种为主导(占有率达90%以上),其商业品种在风味、皮色肉色类同、产期结果期等性状非常相近,品种多样性匮乏,导致品种结构单一,非常不利于产业未来的持续健康发展。”毕业于中国科学院大学生态学专业,获得理学博士学位,于2016年9月到广西农业科学院园艺所火龙果研究室工作,主攻火龙果种质资源与遗传育种研究的武志江副研究员理性分析道。

一直以来,武志江及团队成员始终以解决产业科技问题为出发点,选择产业中的难点痛点进行攻关,重点以火龙果优异基因资源发掘与创新利用为研究方向,围绕火龙果种质资源的收集、鉴定评价及创制、分子标记开发及优异基因发掘、新品种选育等研究开展相关工作,并取得不错的阶段性成果。

建立火龙果种质圃,开展种质资源的收集保存、评价和创新研究是科学开发利用植物资源,开展杂交育种和品种改良的基础性工作。武志江自进入团队至今一直从事该研究,这是一项长期的育种基础性工作,需要团队成员紧密配合才能完成的基本工作。截止目前,武志江及团队成员已建立1个“农业农村部南宁火龙果种质资源圃”30亩,共收集保存2属6种300余份种质资源,并对火龙果种质资源的植物学特性(50个指标)、农艺学性状(18个指标)、果实品质性状(13个指标)、果实抗性性状(5个指标)等开展了鉴定与评价;获得86个性状鉴定数据1666条,创建了全国首个最大的火龙果种质资源信息数据库共享平台;建立种质资源收集、保存、鉴定、评价技术体系,制定并颁布了广西地方标准《火龙果种质资源描述规范》。

“在火龙果品种的引进和发展过程中,不可避免出现品种混杂,同名异种或同种异名等问题,有些种植户在引种过程中根本不知道自己种的是什么品种,选育自哪里,导致无法保证优良品种的真实性和质量,这有可能给果农造成不可挽回的经济损失,对整个火龙果产业的健康发展十分不利。因此,建立一套准确而简捷的火龙果种质鉴定方法体系来规范种子种苗市场已迫在眉睫。”武志江胸有成竹地说道。

武志江和团队成员基于转录组测序及基因分型技术,至今开发了新型多态性高的EST-SSR分子标记106个,其中核心标记20个,基于核心标记采用荧光毛细管电泳技术结合带型编码方法成功构建了145份火龙果种质资源的分子身份证,建立了一套火龙果品种鉴定分子标记技术体系,并申请了相关发明专利,为火龙果的品种鉴定与溯源提供了准确可靠的证据。

“夜间补光催花技术目前已成为开展火龙果产期调节普遍采用的一项技术。但火龙果补光诱导火龙果成花的生理及分子机制尚不清楚,造成成花调控相关理论缺乏,其调控技术不够精准,造成了电力、人力等资源的浪费问题日益严重。因此,研究火龙果的光周期诱导成花机理,对火龙果高效安全生产、节约用电具有重要的指导意义和应用价值。”善于发现问题的武志江针对性地说道。

对此,武志江和团队成员提出了几个科学问题,光是如何调控火龙果成花的?其内在的分子调控途径是什么?选择灯光时,选择哪种光谱的灯对火龙果的催花效果更好?不同波长的光谱与催花效率之间又有什么内在联系?基于上述理论的阐明,是否利用某一单质光谱或其他低成本补光技术既可实现催花又可达到节省用电的效果?带着这些问题,武志江与团队成员开展了相关研究。通过研究不同光谱对火龙果诱导成花效果的影响,武志江和团队成员发现,不同波长的光谱对成花存在显著不同的影响,其中波长660nm、630nm和430nm的单波光诱导成花效果较好,而波长660nm和450nm的组合光诱导成花效果最好,比单波光的效果更好。同时,武志江和团队成员从组学测序数据中挖掘到光周期调控成花途径相关的大量基因,其中包括PHYA、PHYB远红光和CRY蓝光光受体基因,这也从另一分子角度验证了以上的结果。另外,武志江和团队成员也成功克隆获得PHYB、PHYA、CRY等光敏色素基因全长,下一步将继续开展基因功能鉴定。未来武志江和团队成员也希望通过选育光钝感型品种,以替代补光诱导催花技术,既实现春季提早成花结果,又节约了生产用电成本。

“品种创新是促进水果产业结构性改革、稳定发展的动力要素,而果树因其生育周期长,导致品种更新换代速度慢,严重阻碍了产业的快速发展。”武志江侃侃而谈。

为缩短火龙果童期,加快育种进程,武志江和团队成员的首要任务就是创新一套火龙果快速鉴定后代的杂交育种体系。经过努力,他们在科研基地建成了一个火龙果杂交育种鉴定平台。通过该方法体系及平台,火龙果童期由通常的24-36个月可缩短至8-12个月,加速了火龙果的育种进程,提升了育种效率。利用该育种平台,武志江和团队成员选配了大量的杂交组合,获得一大批杂交苗,目前部分杂交后代已进入优选株系测试阶段,并成功选育出“玉龙1号”“金龙1号”“砧龙1号”等特色优异火龙果品种,这几个品种仍处于植物新品保护权申请阶段,尚未进行大面积推广。

此外,武志江和团队成员在人工诱变育种方面也进行了积极的探索,包括重离子辐射诱变、航天诱变技术、化学诱变倍性育种,这是快速实现种质创新、新品种选育的捷径之一。武志江和团队成员选育的火龙果种子于2020年5月5日成功搭载长征五号B运载火箭进入太空,利用航天诱变技术获取了一批种子变异材料,成功构建航天变异种质资源库,目前大部分突变株尚处于营养生长阶段。

回望起初,执意放弃原研究领域进入自己热爱的果树学领域,从“0”基础开始,一路跌跌撞撞走来,在团队前辈的指引和帮助下,武志江走出了迷茫和困境,找到了研究方向和兴趣,与此同时专业知识和学术水平有了很大的提升,并取得了一定的学术成果。在完成科研任务的同时,武志江十分注重加强相关领域的专业理论和业务知识的学习,通过阅读国内外文献及时掌握了最新研究进展及趋势;通过积极参加国内外学术会议和报告会以及同行间的交流拓宽了学术视野,启发了新的研究思路,与区外专家建立了良好的合作关系并联合申请获得了国家自然科学基金项目“基于高密度遗传图谱的火龙果抗裂果QTL定位与候选基因挖掘”。

此外,武志江非常注重基础研究与生产实践的结合,积极参与团队组织的区内外的产业调研,主动对接企业和产业,深入了解其产业发展存在的瓶颈问题和技术需求,为企业在品种选择、技术更新或产业发展等方面给予指导和建议。同时他也深深体会到想要解决产业发展瓶颈问题,取得突破性的科技成果,真正实现成果落地,转化为生产力,带动产业和社会发展,需要甘于坐冷板凳,十年如一日的科研精神,需要脚踏实地,更需要敢于啃骨头、多啃硬骨头的精神。

“展望未来,我将以已获得成绩为起点,继续努力在火龙果分子生物学与遗传育种领域取得新的突破,以火龙果优异基因资源发掘与创新利用作为主攻研究方向,将构建高效的火龙果分子育种技术体系平台和培育出具有市场竞争力和自主知识产权的突破性新品种作为自己科研攻关的长期目标。”武志江信心十足地说道。


武志江在对火龙果果皮色泽进行检测


武志江正在田间对火龙果进行整枝绑蔓,完成苗木的标准化种植

院办公室  薛臣艺供稿/武志江供图  杨景峰审核

责任编辑:薛臣艺