药用植物DNA标记辅助育种(一):三七抗病品种选育研究

药用植物DNA标记辅助育种以DNA多态性为基础,依据分子杂交、聚合酶链式反应、高通量测序等技术,筛选与高产、优质、抗逆等表型关联的DNA片段作为标记,辅助新品种的选育。该研究采用DNA标记辅助育种结合系统选育的技术,选育首个三七抗病新品种"苗乡抗七1号"。结果表明,基于RAD-Seq技术检测出抗病品种包含12个特异SNP位点,经验证record_519688位点与三七抗根腐病相关,包含此位点的基因片段可作为抗病品种的遗传标记辅助三七系统选育;与常规栽培种相比,抗病品种种苗根腐病及锈腐病的发病率分别下降83.6%,71.8%;二年生及三年生三七根腐病的发病率分别下降43.6%,62.9%。此外,依据与抗病关联的SNP筛选三七潜在的抗病群体,该模式扩大目标群体并提高选育效率。药用植物DNA标记辅助育种将加快药用植物新品种选育及推广的进程,保障中药材产业健康发展。     

本草基因组学在中药材新品种选育中的应用

针对中药材传统育种周期长、效率低等问题,本研究团队提出基于本草基因组学辅助中药材优质新品种选育的策略。通过分析中药材的基因组、转录组、简化基因组等,获得大量单核苷酸多态性(SNP),简单重复序列(SSR)等标记,结合中药材高产、优质、抗逆等目标性状,辅助中药材新品种的选育,如紫苏高产新品种"中研肥苏1号"、三七抗病新品种"苗乡抗七1号"等。然而中药材种类繁多,研究基础薄弱,应通过加强中药材组学研究为其新品种优质基因筛选提供标记,同时建立分子育种和传统选育的综合技术,实现分子标记与优良性状的连锁,加快优质中药材的选育进程,以保障中药材的安全有效。     

四川省中药材育种现状分析

对四川省3个五年计划"中药材育种攻关"项目成果进行梳理,从发展历程与主要成绩、育种目标和方法、育种基础以及市场化推广等方面分析了四川省中药材育种取得的成效及存在问题,进一步提出系统选育结合其他选育方法培育品质好、抗性强的品种;强化基础研究,探索分子标记辅助育种;规范种子种苗生产,加大新品种的推广力度,推动四川省中药材新品种选育工作的健康快速发展。     

三七无公害栽培体系的探讨

三七是中国传统中药材,其栽培历史悠久,但在栽培过程中存在的农残高、病虫害重、连作障碍严重等问题阻碍了三七产业的可持续发展。无公害栽培是保障三七产业发展的有效措施之一。本研究概述了三七无公害栽培的主要环节,包括：基于药用植物全球产地适宜性分析建立三七选地标准,通过合理轮作和土壤消毒建立三七综合土壤改良措施,建立新品种选育、水光肥一体化管理和病虫害防治的规范栽培体系。此外,开展三七野生抚育模式、分子标记辅助三七新品种选育、建立综合的病虫害防治平台,可以有效的完善三七无公害栽培体系,进而促进三七产业的可持续发展。     

三七黑斑病初侵染来源及传播途径研究

目的：探索三七黑斑病的发生发展规律,为病害的综合防治提供依据。方法：人工接种和盆栽试验,定期观察病菌的侵染及传播途径。结果：三七黑斑病的侵染源主要来自于病种子、种苗、病残体及土壤,带菌种子、种苗是新七园的初次侵染源,残存在七园内的病残体及土壤带菌是老七园三七黑斑病的主要侵染来源;三七黑斑病主要由带病种子、种苗、病残体、土壤和病菌孢子传播。结论：对三七黑斑病的防治,应围绕防止病菌的侵染源与传播而进行,重点消灭病菌来源和封锁传播中心。     

三七持续种植关键技术

针对三七产业存在的技术瓶颈,本文聚焦三七新品种选育、连作障碍克服、标准体系建立等方面,采用生物技术、信息技术等手段,从产区选择、田间管理、收获储藏等过程实现数字化、网络化,解决三七种植中精准选址、品种选育、土壤改良、施肥管理、病害防控等关键问题,实现三七栽培的精准化及最优化,建立了三七 持续种植复合技术体系,该体系包括：三七抗病新品种的选育、土壤复合改良技术、三七栽培技术及质量追溯技术。获得首个三七抗病新品种,为其持续种植提供可行性前提。建立三七连作土壤复合改良技术并应用于大 田,连作土壤的修复及改良为三七持续种植提供保障。发布了首个无公害三七质量标准,为其高品质树立规 范。完成了品质溯源体系,保障了三七的质量可控。该复合技术体系为其它中药材精细栽培提供借鉴。     

三七遗传改良的研究进展

三七Panax notoginseng作为传统名贵中药材,市场需求量大,人工种植是保障三七原料供给的主要措施之一。但三七在种植过程中对生态环境要求苛刻,面临着生长分布区域狭窄、连作障碍严重等诸多问题,加之三七良种对三七种植产业贡献率较低,三七品种化制度尚未建立。因此,从三七种质资源收集与鉴定、新品种选育、三七重要性状及关键基因挖掘、分子标记开发、组学技术应用等方面对三七遗传改良工作进行整理,为今后三七的新品种选育工作提供参考。     

植物激素及生长调节剂对三七种子的效应

七种植物激素及生长调节剂对三七种子的处理结果,烯土、养植宝、三十烷醇等植物生长调节剂能明显提高三七出苗率,增加种苗产量。GA虽能打破三七种子休眠,使三七提前出苗,增加植株高度,但出苗率及产量均比对照明显下降。     

铁皮石斛良种选育进展与对策

品种是中药材规范化栽培的源头,“十五”以来,随着铁皮石斛产业的快速发展,良种需求的增加,铁皮石斛品种选育开展了大量的研究,并取得了显著成效.文章系统地阐述了铁皮石斛种质资源收集与差异性评价、良种选育理论与实践、种苗组织培养与低碳高效生产、DNA分子标记与辅助育种等进展,分析了当前良种选育中存在的主要问题,提出进一步开展良种选育的重点与关键.     

药用植物DNA标记辅助育种(Ⅱ)丰产紫苏新品种SNP辅助鉴定及育种研究

紫苏是我国卫生部首批公布的60种药食两用型植物之一,用途广泛。目前随着紫苏产业的发展,优良品种的选育与应用推广已成为限制其发展的主要瓶颈。该研究报道通过系统选育,结合分子标记辅助鉴定的方法进行紫苏新品种选育。通过全基因组测序,根据已有的基因集对检测到的变异进行注释,并与紫苏常见变异数据库比对分析,最后筛选出30个非同义突变SNPs标记作为中研肥苏1号特征性SNP标记,用于紫苏新品种的材料鉴选。Z最终选育形成具有叶籽两用,丰产,高抗,耐瘠等特性,可做绿肥使用的中研肥苏1号紫苏新品种。中研肥苏1号通过北京市植物新品种鉴定,鉴定编号为京品鉴药2016054。分子标记辅助鉴定指导新品种选育,可为药用植物育种提供新的参考。     

金线莲抗软腐病离体鉴定方法的研究

以活体喷雾法作对照,研究不同离体接种方法、不同接种浓度以及不同叶龄对金线莲抗软腐病的影响。结果表明离体叶碟滴接法接种后金线兰和台湾金线莲之间病情指数差异较大,能够比较明显区分其抗病性;当接种浓度为1.0×10⁷ cfu·mL^-1时,病情指数差异较明显,能够较好地区分抗、感病品种;在4个月叶龄接种时,金线兰和台湾金线莲间病情指数有一定的差异,能相对准确地反映品种间的抗性差异。采用离体叶碟滴接法,对4个月叶龄的金线兰与台湾金线莲接种浓度为1.0×10⁷ cfu·mL^-1的细菌悬浮液,放入14 h光照、28℃培养箱中培养5 d后进行鉴定,其鉴定结果与活体喷雾法一致,可用于金线莲抗软腐病离体鉴定,为金线莲抗软腐病的新品种选育及种质创新提供依据。     

川产道地药材姜黄、郁金新品种“川姜黄1号”选育研究

采用系统选育方法,选育高产优质的姜黄新品种"川姜黄1号"。2014—2015年在双流、崇州、温江开展连续2年多点试验,对其生物学性状、物候期、农艺性状、产量和品质等指标进行综合考评。结果表明,"川姜黄1号"与当地对照比较,姜黄(根茎)平均增产20.61%,挥发油平均高出24.17%,姜黄素含量平均提高26.62%;郁金(块根)平均增产54.59%,挥发油平均高出36.28%,总姜黄素含量平均提高25.31%。"川姜黄1号"与"黄丝郁金1号"相比,姜黄(根茎)平均增产123.68%,挥发油平均提高7.69%,姜黄素含量平均高出58.23%;郁金(块根)挥发油平均提高52.82%,总姜黄素含量平均高出38.34%。新品种"川姜黄1号"与当地对照相比具有较好的丰产性,且所产姜黄、郁金的内在品质均较优;与"黄丝郁金1号"相比其所产姜黄的产量明显增加,并且姜黄、郁金的内在品质优,尤其是姜黄的姜黄素及郁金的总姜黄素含量显著高于"黄丝郁金1号"。"川姜黄1号"产量高、内在品质优,稳定性好、适应性强,适宜在成都金马河流域的双流、崇州、温江等地栽培推广。     

当归新品种岷归4号选育及优化种植技术研究

目的:应用重离子辐照生物育种技术选育出抗麻口病且内在质量优良的当归新品种。方法:利用不同能区55 MeV/u 40 Ar中能离子束,辐照剂量为2.5 Gy,对岷归1号种子进行辐照处理,然后按作物诱变育种程序,选育出适宜在当归主产区栽培,抗逆性强,抗病虫性广,提前抽薹率低,丰产性好,且质量符合中国药典标准的当归新品种。结果:选育出的当归新品种岷归4号,多年多点试验平均鲜归产量11 396.8 kg/hm2,较对照品种岷归1号增产23%;特、一等归出成率平均65.7%,较对照提高15.6%;无麻口病株率达85%,较对照提高30%;早薹率15%,较对照降低6.2%;内在质量:总灰分4.1%,酸不溶性灰分0.4%,浸出物59.0%,阿魏酸0.127%,质量显著优于2005年版中国药典标准。结论:选育出的新品种岷归4号为当归高产优质栽培提供了新的种质资源,并丰富了当归育种学理论。适宜在海拔2000～2600 m,年降水量550～650 mm的二阴及高寒阴湿生态区应用。     

我国南方薏苡种质资源对黑粉病的抗病性鉴定

目的:通过常规田间鉴定方法,从不同来源的薏苡种质资源中筛选优良抗病种质,同时探讨室内快速生化鉴定方法的可行性。方法:采用田间人工接种试验,对来自云南、浙江、福建等7个省市的19份南方生态型栽培及野生薏苡种质进行黑粉病的抗性鉴定,并通过室内种苗接种试验,观察田间表现抗性不同的种质在接种病原菌后苯丙氨酸解氨酶(PAL)活性的动态变化。结果:田间接种的19份薏苡种质中,有1份免疫种质,发病率在20%以下的抗病种质1份,发病率在20%~40%的6份,40%以上的感病种质11份;表现不同抗性的种质其种苗接种黑粉菌孢子后12~48 h,PAL的变化有明显差异,抗病性强的种质PAL活性高峰出现较早,酶活相对较强。结论:所收集的大部分薏苡种质抗病性较弱;室内接种黑粉菌孢子后,薏苡种苗的PAL活性高峰期出现的时间及活性高低,可以作为薏苡种质资源抗病性鉴定的辅助手段。     

“渝青蒿2号”新品种选育研究

目的:选育高产、优质的青蒿新品种。方法:以青蒿栽培群体特异性种质资源为材料,选择优株,以形态特征、农艺性状和青蒿素含量为指标,观察历代选育材料,进行品比试验和区域试验,选优去劣,育成新品种。结果:选育的青蒿新品种"渝青蒿2号",平均干叶产量为2 346.86 kg/hm~2,比对照(生产种渝青1号)增产7.01%;平均青蒿素含量为12.66‰,比对照提高15.51%,为高产优质新品种。结论:自交系单株选择法可明显提高青蒿叶产量和青蒿素含量,选育的"渝青蒿2号"具有良好的推广价值。     

中药材无公害精细栽培体系研究

针对中药材无序生产、不规范使用农药等问题,研究团队通过GIS信息技术指导药用植物精准选址,以现代组学方法辅助药用植物育种,以宏基因组学指导土壤复合改良,以合理施肥及病虫害综合防治为主的田间精细管理,建立了中药材无公害精细栽培体系。在全国多个贫困县指导开展了无公害中药材生产布局;通过解析中药基原物种基因组遗传背景,建立药用植物抗性品种选育平台,获得一批新品种和良种,新品种推广降低病虫害发生率;基于病虫害基因检测技术和无公害农药安全性评价技术,人参、三七、丹参、西洋参、五味子、桔梗等中药材的化学农药用量减少20%~80%。中药材无公害精细栽培体系的应用获得了显著的社会、经济及生态效益。     

豆蔻属种间杂交育种研究初报

目的:开展白豆蔻高产抗寒新品种的选育。方法:用从国外引种栽培的爪哇白豆蔻和泰国白豆蔻进行种间远缘正反杂交。结果:正反杂交均能杂交成功,杂交种植株生长良好,均开花,其中"豆蔻1号"种子已经育苗。结论:表现出优良性状的杂交种,有望作为提高我国白豆蔻产量的新品种。     

药油兼用红花新品种“云红花七号”和“云红花八号”的选育

目的 选育药油兼用红花新品种。方法 采用系统选育方法，经多点试验、生产示范，对主要农艺性状、适应性、产量和品质进行综合评价，最终选育出“云红花七号”和“云红花八号”2个新品种。结果 2个品种的生育期分别为184、161 d，在2017—2018年多点试验中，平均花瓣药材产量分别为732.54、673.81 kg·hm^–2，较对照弥渡红花平均增产46.74%、34.98%；平均种子产量分别为2 469.05、2 554.76 kg·hm^–2，较对照弥渡红花平均增产16.91%、20.97%。在2017—2018年试验示范中，“云红花七号”平均花瓣药材产量为477.90 kg·hm^–2，种子产量为2 196.30 kg·hm^–2；“云红花八号”平均花瓣药材产量为451.65 kg·hm^–2，种子产量为2 148.30 kg·hm^–2。其药用成分羟基红花黄色素A质量分数分别为2.10%、2.00%，山柰酚质量分数分别为0.18%、0.08%；种子含油量分别为22.16%、24.35%，亚油酸质量分数分别为74.63%、77.07%。结论 “云红花七号”“云红花八号”具有高产、易于采摘、花色红、生育期适中、适应性广和抗性强等特点。     

高产优质山茱萸新品种"石磙枣1号"的选育及品种特性

目的:选育高产优质山茱萸新品种.方法:在山茱萸种质资源调查、收集和综合评价的基础上,通过"优中选优"和快速嫁接繁殖的方法选育山茱萸新品种.结果:最终筛选出丰产、优质、果粒大、熟色好、抗性强和有效成分高的山茱萸新品种"石磙枣1号".该新品种果实圆柱形,形似石磙,果色大红;果实大,单果纵径约19.10 mm,横径10.20 mm,平均鲜百粒重156.0 g,单株平均产量23.2 kg;出肉率(鲜)高达82.4%,出药率达22.97%;有效成分马钱素、熊果酸和齐墩果酸含量分别高达1.135%、0.173%和0.077%,均高于其它品系.10月上旬果实成熟,抗性强,无明显病虫害.该品种春秋季采用芽接或劈接法嫁接成活后移栽,或通过高接换头的方法替换现有的品种,适宜在陕西南部及生态环境相似地区栽植推广.结论:"石磙枣1号"属于高产优质新品种.     

“四大怀药”地黄、牛膝、山药、菊花的无公害栽培体系研究

产于古怀庆府一带的道地药材地黄、牛膝、山药、菊花,习称"四大怀药"。由于老产区土壤质量下降、产区面积萎缩、品种退化、病虫害严重及滥用化肥农药等问题突出,导致生产的药材农残及重金属超标严重。为解决以上问题,本研究对"四大怀药"的无公害栽培技术进行探讨,提出利用GIS生态适宜性区划系统指导栽培选地、结合"土壤消毒+绿肥回田+菌剂调控"的土壤复合改良措施整地、利用现代育种技术开展抗性品种选育、制定种子种苗标准、实行有机肥为主的"基肥+追肥+叶面肥"的施肥模式以及病虫害的综合防治等关键技术为一体的"四大怀药"无公害栽培体系,该体系可为无公害"四大怀药"的生产提供指导,同时为其他中药材的无公害栽培体系提供参考。