武志江:用科技之光照亮“火紅產業”
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  • 2021年10月19日 15時54分20秒
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廣西農業科學院第二批青年拔尖人才系列報道之五

武志江:用科技之光照亮“火紅產業”

火龍果是一種外來引進的新興名特優熱帶水果。起源于熱帶中南美洲地區,后傳入越南、泰國等東南亞國家和中國臺灣。從1998年開始,我國大陸陸續從臺灣和越南引種火龍果,經過二十多年的發展,截止2020年底,我國火龍果種植面積為102萬畝,已超過越南,成為全球種植規模最大的國家。

目前,我國火龍果主要分布在廣西、廣東、海南、云南、貴州、福建等省份,其中廣西已成為全國火龍果種植面積和產量最大的產區。

“隨著種植面積和產量的不斷提高,火龍果產業中存在的諸多問題也凸顯出來,包括引種混亂,品種結構單一、更新換代慢,遺傳育種及相關基礎研究滯后等等,尤其是品種同質化問題非常嚴重,市場上以大紅系列品種為主導(占有率達90%以上),其商業品種在風味、皮色肉色類同、產期結果期等性狀非常相近,品種多樣性匱乏,導致品種結構單一,非常不利于產業未來的持續健康發展?!碑厴I于中國科學院大學生態學專業,獲得理學博士學位,于2016年9月到廣西農業科學院園藝所火龍果研究室工作,主攻火龍果種質資源與遺傳育種研究的武志江副研究員理性分析道。

一直以來,武志江及團隊成員始終以解決產業科技問題為出發點,選擇產業中的難點痛點進行攻關,重點以火龍果優異基因資源發掘與創新利用為研究方向,圍繞火龍果種質資源的收集、鑒定評價及創制、分子標記開發及優異基因發掘、新品種選育等研究開展相關工作,并取得不錯的階段性成果。

建立火龍果種質圃,開展種質資源的收集保存、評價和創新研究是科學開發利用植物資源,開展雜交育種和品種改良的基礎性工作。武志江自進入團隊至今一直從事該研究,這是一項長期的育種基礎性工作,需要團隊成員緊密配合才能完成的基本工作。截止目前,武志江及團隊成員已建立1個“農業農村部南寧火龍果種質資源圃”30畝,共收集保存2屬6種300余份種質資源,并對火龍果種質資源的植物學特性(50個指標)、農藝學性狀(18個指標)、果實品質性狀(13個指標)、果實抗性性狀(5個指標)等開展了鑒定與評價;獲得86個性狀鑒定數據1666條,創建了全國首個最大的火龍果種質資源信息數據庫共享平臺;建立種質資源收集、保存、鑒定、評價技術體系,制定并頒布了廣西地方標準《火龍果種質資源描述規范》。

“在火龍果品種的引進和發展過程中,不可避免出現品種混雜,同名異種或同種異名等問題,有些種植戶在引種過程中根本不知道自己種的是什么品種,選育自哪里,導致無法保證優良品種的真實性和質量,這有可能給果農造成不可挽回的經濟損失,對整個火龍果產業的健康發展十分不利。因此,建立一套準確而簡捷的火龍果種質鑒定方法體系來規范種子種苗市場已迫在眉睫?!蔽渲窘赜谐芍竦卣f道。

武志江和團隊成員基于轉錄組測序及基因分型技術,至今開發了新型多態性高的EST-SSR分子標記106個,其中核心標記20個,基于核心標記采用熒光毛細管電泳技術結合帶型編碼方法成功構建了145份火龍果種質資源的分子身份證,建立了一套火龍果品種鑒定分子標記技術體系,并申請了相關發明專利,為火龍果的品種鑒定與溯源提供了準確可靠的證據。

“夜間補光催花技術目前已成為開展火龍果產期調節普遍采用的一項技術。但火龍果補光誘導火龍果成花的生理及分子機制尚不清楚,造成成花調控相關理論缺乏,其調控技術不夠精準,造成了電力、人力等資源的浪費問題日益嚴重。因此,研究火龍果的光周期誘導成花機理,對火龍果高效安全生產、節約用電具有重要的指導意義和應用價值?!鄙朴诎l現問題的武志江針對性地說道。

對此,武志江和團隊成員提出了幾個科學問題,光是如何調控火龍果成花的?其內在的分子調控途徑是什么?選擇燈光時,選擇哪種光譜的燈對火龍果的催花效果更好?不同波長的光譜與催花效率之間又有什么內在聯系?基于上述理論的闡明,是否利用某一單質光譜或其他低成本補光技術既可實現催花又可達到節省用電的效果?帶著這些問題,武志江與團隊成員開展了相關研究。通過研究不同光譜對火龍果誘導成花效果的影響,武志江和團隊成員發現,不同波長的光譜對成花存在顯著不同的影響,其中波長660nm、630nm和430nm的單波光誘導成花效果較好,而波長660nm和450nm的組合光誘導成花效果最好,比單波光的效果更好。同時,武志江和團隊成員從組學測序數據中挖掘到光周期調控成花途徑相關的大量基因,其中包括PHYA、PHYB遠紅光和CRY藍光光受體基因,這也從另一分子角度驗證了以上的結果。另外,武志江和團隊成員也成功克隆獲得PHYB、PHYA、CRY等光敏色素基因全長,下一步將繼續開展基因功能鑒定。未來武志江和團隊成員也希望通過選育光鈍感型品種,以替代補光誘導催花技術,既實現春季提早成花結果,又節約了生產用電成本。

“品種創新是促進水果產業結構性改革、穩定發展的動力要素,而果樹因其生育周期長,導致品種更新換代速度慢,嚴重阻礙了產業的快速發展?!蔽渲窘┵┒?。

為縮短火龍果童期,加快育種進程,武志江和團隊成員的首要任務就是創新一套火龍果快速鑒定后代的雜交育種體系。經過努力,他們在科研基地建成了一個火龍果雜交育種鑒定平臺。通過該方法體系及平臺,火龍果童期由通常的24-36個月可縮短至8-12個月,加速了火龍果的育種進程,提升了育種效率。利用該育種平臺,武志江和團隊成員選配了大量的雜交組合,獲得一大批雜交苗,目前部分雜交后代已進入優選株系測試階段,并成功選育出“玉龍1號”“金龍1號”“砧龍1號”等特色優異火龍果品種,這幾個品種仍處于植物新品保護權申請階段,尚未進行大面積推廣。

此外,武志江和團隊成員在人工誘變育種方面也進行了積極的探索,包括重離子輻射誘變、航天誘變技術、化學誘變倍性育種,這是快速實現種質創新、新品種選育的捷徑之一。武志江和團隊成員選育的火龍果種子于2020年5月5日成功搭載長征五號B運載火箭進入太空,利用航天誘變技術獲取了一批種子變異材料,成功構建航天變異種質資源庫,目前大部分突變株尚處于營養生長階段。

回望起初,執意放棄原研究領域進入自己熱愛的果樹學領域,從“0”基礎開始,一路跌跌撞撞走來,在團隊前輩的指引和幫助下,武志江走出了迷茫和困境,找到了研究方向和興趣,與此同時專業知識和學術水平有了很大的提升,并取得了一定的學術成果。在完成科研任務的同時,武志江十分注重加強相關領域的專業理論和業務知識的學習,通過閱讀國內外文獻及時掌握了最新研究進展及趨勢;通過積極參加國內外學術會議和報告會以及同行間的交流拓寬了學術視野,啟發了新的研究思路,與區外專家建立了良好的合作關系并聯合申請獲得了國家自然科學基金項目“基于高密度遺傳圖譜的火龍果抗裂果QTL定位與候選基因挖掘”。

此外,武志江非常注重基礎研究與生產實踐的結合,積極參與團隊組織的區內外的產業調研,主動對接企業和產業,深入了解其產業發展存在的瓶頸問題和技術需求,為企業在品種選擇、技術更新或產業發展等方面給予指導和建議。同時他也深深體會到想要解決產業發展瓶頸問題,取得突破性的科技成果,真正實現成果落地,轉化為生產力,帶動產業和社會發展,需要甘于坐冷板凳,十年如一日的科研精神,需要腳踏實地,更需要敢于啃骨頭、多啃硬骨頭的精神。

“展望未來,我將以已獲得成績為起點,繼續努力在火龍果分子生物學與遺傳育種領域取得新的突破,以火龍果優異基因資源發掘與創新利用作為主攻研究方向,將構建高效的火龍果分子育種技術體系平臺和培育出具有市場競爭力和自主知識產權的突破性新品種作為自己科研攻關的長期目標?!蔽渲窘判氖愕卣f道。


武志江在對火龍果果皮色澤進行檢測


武志江正在田間對火龍果進行整枝綁蔓,完成苗木的標準化種植

院辦公室  薛臣藝供稿/武志江供圖  楊景峰審核

責任編輯:薛臣藝

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