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中國觀賞型油菜育種研究及應用

2023-12-24 01:56柏文芳
湖北畜牧獸醫(yī) 2023年6期
關鍵詞:漢中市漢中花色

陳 喬,吳 曄,柏文芳,辛 恬,薛 艷,王 彬,李 英

(1.漢中職業(yè)技術學院,陜西漢中 723000;2.漢中市農業(yè)技術推廣與培訓中心,陜西漢中 723000;3.寧強縣農業(yè)技術推廣中心,陜西漢中 724400)

隨著城市化進程的加快,越來越多的農民進城務工,農村人口流向城市,農閑土地增多,傳統(tǒng)油菜榨油生產(chǎn)收益有限,導致油菜種植面積逐年下降。中國大力推進美麗鄉(xiāng)村建設,油菜的觀賞價值越來越受到重視。傳統(tǒng)油菜產(chǎn)業(yè)結合養(yǎng)殖業(yè)、養(yǎng)蜂業(yè)、旅游業(yè)開始了產(chǎn)業(yè)結構升級,進一步增加了油菜種植的多效經(jīng)濟收益。

在中共十九大鄉(xiāng)村振興戰(zhàn)略的指導下,全國各地開始大力發(fā)展農村經(jīng)濟,一些地方的油菜花文化旅游節(jié)已成為當?shù)氐男旅?。各地方依?jù)自身特點、結合當?shù)匚幕攸c和產(chǎn)業(yè)形式,打造出不同的油菜產(chǎn)業(yè)模式及鄉(xiāng)村旅游景觀效果,四川、陜西、湖北、湖南、青海、浙江、云南等地以舉辦各種油菜花節(jié)的形式帶動了本地的旅游產(chǎn)業(yè)發(fā)展,如云南省羅平縣的梯田油菜、江蘇省興化市的垛田油菜、江西省婺源縣的徽派油菜及陜西省漢中市陳村的七彩花田等。為了增加油菜花的可觀賞性,吸引游客前來觀光旅游帶動當?shù)亟?jīng)濟發(fā)展,觀賞型油菜新品種的選育勢在必行,越來越多的育種家也投入到了花色品種選育的工作中來。本研究主要介紹了觀賞型油菜新品種的選育技術、研究進展及應用,并對觀賞型油菜在鄉(xiāng)村旅游、美麗鄉(xiāng)村建設及油菜產(chǎn)業(yè)結構升級中的發(fā)展前景進行了展望,以期為觀賞型油菜新品種的發(fā)展提供參考。

1 中國觀賞型油菜花色葉色類型

中國人工培育彩色油菜花始于20 世紀80 年代[1],從事觀賞型油菜育種的主要研究單位有四川省什邡市孝楠科技有限公司、江西農業(yè)大學、漢中市農業(yè)技術推廣與培訓中心、四川省農業(yè)科學院、浙江省農業(yè)科學院、華中農業(yè)大學、中國農業(yè)科學院油料作物研究所、河南省農業(yè)科學院及江蘇省農業(yè)科學院等。四川省什邡市孝楠科技有限公司培育出紅色、粉色、橙色、紫色和白色五大色系彩色油菜品種,并將這系列彩色油菜花命名為“十方虹”;漢中市農業(yè)技術推廣與培訓中心先后培育出“漢白玉”“天漢紅”“夢幻白”等粉色、紅色、紫色、白色、黃色、橘色、紫葉共7 大系列31 種顏色的油菜新品種;江西農業(yè)大學2022 年新增玫紅、極玫紅、褐紅色、烏紫色、磚紅、褐色、米黃央斑、褐紅央斑、黃央斑、橙黃等11 種顏色的油菜新品種,總數(shù)突破56 種,穩(wěn)定花色30 種。

在自然界中,植物花瓣及葉片細胞內的色素主要分為4 類,即葉綠素、類胡蘿卜素、類黃酮類色素及甜菜色素。其中,葉綠素包括葉綠素a 和葉綠素b,可以呈現(xiàn)出藍綠色及黃綠色,類胡蘿卜素包括胡蘿卜素和葉黃素,可以呈現(xiàn)出橙黃色及黃色,類黃酮類色素及其衍生物在光照下可以呈現(xiàn)出紅色到藍色一系列的顏色,甜菜色素可以表現(xiàn)出如紅色、紫色、黃色、白色等豐富的色彩?;ㄇ嗨鼐褪穷慄S酮類色素的一種衍生物。花青素屬于黃酮類化合物,其合成分為3 個階段,第一階段以苯丙氨酸為底物合成4-香豆酰CoA;第二階段由4-香豆酰CoA 和丙二酰CoA 在一系列酶促反應下合成二氫黃酮醇;第三階段由二氫黃酮醇在二氫黃酮還原酶(dihydroflavonol reductase,DFR)、花 青 素 合 成 酶(anthocyanidin synthase,ANS)等酶作用下合成各種花青素,如芍藥素、矢車菊素、天竺葵素和飛燕草素等[2]。

油菜花屬于十字花科作物,育種家收集利用十字花科中不同屬具有不同顏色的材料和親緣關系近的種進行雜交。通過雜交可以使不同種間或者亞種間的一些性狀發(fā)生轉移。將花粉與含有不同顏色基因的優(yōu)良材料雜交、回交、自交等,重新組合不同花色基因,就產(chǎn)生了不同顏色的油菜花,同時促使油菜花的花色種類不斷更新。如將普通油菜花與白色蘿卜花進行雜交,可得到白色的油菜花。然后再通過不斷地選育,用3~5 年的時間培育出彩色品種。育種家通過不同的育種手段令油菜花瓣及葉片中含有不同類型和含量的色素,最后在合適的pH 和轉錄因子調控等作用下呈現(xiàn)出不同的花色及葉色[3-5]。根據(jù)油菜花色及葉色進行分類,主要可以分為6 個色系,即白色系、黃色系、橘色系、紅色系、紫色系及其他色系。

1.1 白色系

油菜白色系花是最早出現(xiàn)的彩色油菜花變異類型,育種家們已通過自然變異、人工理化誘變、遠緣雜交等多種途徑選育出白色系油菜新品種[6]。油菜花白色系主要包含純白色和乳白色兩種類型。已報道的白色系油菜材料及品種有浙江省農業(yè)科學院選育的CS1,漢中市農業(yè)技術推廣與培訓中心選育的帶淡青的乳白色油菜品種梨花白和純白色的漢白玉[7],河南省農業(yè)科學院選育的甘藍型白花胞質不育系7600A[8],河南省信陽市農業(yè)科學研究所選育的甘藍型油菜“白花+隱性核不育”兩型系2512AB[9]以及甘藍型油菜品種銀花1 號、銀花2 號和銀花3號,豐樂種業(yè)股份有限公司彭家成選育的乳白色花材料BH[10],江蘇省農業(yè)科學院發(fā)現(xiàn)的甘藍型油菜白花性狀突變體J328 等,田露申等[11]在白菜型油菜Sarson 和人工合成甘藍型油菜中發(fā)現(xiàn)了乳白色花突變體。

1.2 黃色系

常規(guī)油菜品種花色呈鮮黃色,育種家們已選育出如乳黃色、金黃色、檸檬黃、土黃色等其他黃色油菜花色品種。油菜黃色花瓣色素主要為β-胡蘿卜素,金黃色花中主要為番茄紅素和葉黃素[12]。油菜花呈現(xiàn)不同的黃色變化,是由于類胡蘿卜素合成和累積所致[13]。已報道的黃色系油菜材料及新品種有浙江省農業(yè)科學院選育的土黃花色油菜CS2、漢中市農業(yè)技術推廣與培訓中心選育的彩色花色油菜金黃一號和土黃一號、四川省什邡市皂角農科園選育的黃中帶綠花色油菜品種翠云、江蘇省農業(yè)科學院發(fā)現(xiàn)的甘藍型油菜金黃花性狀突變體97088、長江大學的趙福永等[14]利用EMS 誘變技術發(fā)現(xiàn)了淺黃色花材料、四川大學的梁明山等[15]在轉基因材料后代中發(fā)現(xiàn)了深黃色花、四川省農業(yè)科學院作物研究所收集引進的特早特長花期淡黃色油菜宣漢早[16]。

1.3 橘色系

橘色花系列的油菜花瓣呈現(xiàn)橘紅色,橘紅花瓣是在細胞質雄性不育恢復系后代中發(fā)現(xiàn)的[17]。已報道的橘色系油菜品種有漢中市農業(yè)技術推廣與培訓中心選育的漢橘一號、浙江省農業(yè)科學院選育的CS3、四川省什邡市皂角農科園選育的紅塵、四川省農業(yè)科學院作物研究所選育的橘紅油菜花色材料紫金花。

1.4 紅色系

油菜花瓣呈現(xiàn)紅色是由于花青素累積導致。育種家們已通過轉基因、遠緣雜交技術選育出紅色花油菜新品種。紅色系油菜主要包含從粉白、粉紅、桃紅到紅色等多種花色。已報道的紅色花油菜品種有四川省什邡市皂角農科園選育的粉色花瓣的回眸,漢中市農業(yè)技術推廣與培訓中心選育的粉紅花瓣漢粉一號和鐵銹紅花瓣漢紅一號、西瓜紅、酒紅,四川省農業(yè)科學院作物研究所選育的粉紅花瓣粉紅早100。

1.5 紫色系

由花青素累積導致的紫紅色在油菜的營養(yǎng)器官和生殖器官(如種子)中廣泛存在[18,19]。紫色系油菜品種可包含紫色花及紫色葉兩種類型。紫葉油菜是油菜和紫色芥菜或紫葉色十字花科青菜雜交培育出的類型。已有報道的有浙江省農業(yè)科學院選育的矮桿紫色花油菜CS4、陜西省漢中市農業(yè)技術推廣與培訓中心選育的紫霞仙子。已有研究人員將紫色葉和各種花色結合起來,培育彩色花、彩色葉的油菜品種,陜西省漢中市農業(yè)技術推廣與培訓中心選育的紫葉白花、紫葉黃花、紫葉粉花等。

1.6 其他色系

除了上述5 種彩色油菜品種外,在育種中還出現(xiàn)了一些其他類型的色系材料,如微紫絲白花[20]、趙志剛等[21]在人工合成甘藍型油菜中發(fā)現(xiàn)的黃白嵌合體材料、黃邦全等[22]利用遠緣雜交技術發(fā)現(xiàn)的黃白嵌合材料、于澄宇等[23]在天然突變中發(fā)現(xiàn)的黃白嵌合材料。

2 觀賞型油菜品種育種技術

育種家們主要使用遠緣雜交、太空誘變、八倍體誘導、小孢子培養(yǎng)、分子標記、系統(tǒng)選育等常規(guī)技術與現(xiàn)代育種技術相結合的方法進行觀賞型油菜品種的選育。

2.1 常規(guī)技術和遠緣雜交技術

利用常規(guī)雜交、系統(tǒng)選育、雜種優(yōu)勢3 種常規(guī)育種技術結合的方法進行選育。引進和自育多功能資源后進行常規(guī)雜交。常規(guī)雜交的主要手段有放交、單交、回交、雙交、多親本復合雜交。經(jīng)過種間雜交及遠緣雜交后進行系統(tǒng)選育得到常規(guī)油菜新品種。同時利用雜種優(yōu)勢,即細胞質雄性不育、細胞核雄性不育、生態(tài)型雄性不育、蘿卜質不育系和誘導型雄性不育,最終得到觀賞型雜交油菜新品種。

遠緣雜交是通過甘×白、甘×芥、白×甘、芥×甘等類型的種間遠緣雜交和芝麻×油菜不同種間的遠緣雜交育種,總結出種間雜交優(yōu)勢更強的思路。將不同花色油菜品種相互雜交或與諸葛菜、蘿卜、紫葉芥、蘭香芥等不同花(葉)色十字花科植物進行遠緣雜交創(chuàng)制出油菜花色新品種。

2.2 現(xiàn)代育種技術

研究人員以自然變異材料為基礎,結合小孢子培養(yǎng)、分子標記技術、人工誘變等方法拓寬了油菜花色變異,獲得了大量的花色變異材料。

小孢子培養(yǎng)技術是一種穩(wěn)定花色的育種技術,首先對多花色供體材料進行選擇,花蕾采集、低溫保存后進行小孢子分離。再經(jīng)過小孢子培養(yǎng)、胚狀體培養(yǎng)、植株再生、再生植株倍性鑒定等程序,快速得到穩(wěn)定的多花色新品種。

分子標記技術是經(jīng)過優(yōu)良性狀多花色油菜群體建立、油菜基因組DNA 的提取、花色目標基因的精準定位、PCR 技術擴增目標基因、檢測親本間的多態(tài)性、優(yōu)良品質性狀連鎖基因的篩選、聚合多個優(yōu)良品質性狀基因到SCAR 和STS 等標準對群體雜交后代進行分子標記輔助選擇等一系列的育種程序,得到多花色新品種。

航天育種技術是將自育的花色油菜品種搭載航天飛船進行航天誘變育種。觀察后代變異情況,以期從后代中選育出含油量、抗倒性、抗病性、豐產(chǎn)性、品質等性狀更優(yōu)良的新的花色品種。

八倍體誘導技術是利用具有高誘導能力的油菜純合誘導系,如成都市農林科學院選育的Y3380,與諸葛菜、蘿卜、紫葉芥等十字花科彩色花進行種間遠緣雜交,解決遠緣雜交成功率低的技術難題,可以創(chuàng)制出更豐富的新花色品種。

3 觀賞型油菜新品種的應用

觀賞型油菜發(fā)展前景廣闊,具有很大的經(jīng)濟價值、觀賞價值、生態(tài)價值、社會價值及食用價值。盡管花瓣的顏色是彩色的,彩色油菜收獲的菜子也是可以榨油的,有的花色品種甚至含油量比普通油菜還要高。漢中市農業(yè)技術推廣與培訓中心選育的彩色油菜具有適應性強、抗倒抗病性強、花色艷麗、產(chǎn)量高等特征。梨花白品種產(chǎn)量每公頃達3 000 kg 以上、含油量達49%。此外,彩色油菜花還可以加入保健品中,也可加工成桃酥、綠豆糕、護手霜、面膜和面霜等產(chǎn)品。

豐富的油菜花色具有非常好的觀賞效果,大力培育觀賞型油菜可以推動當?shù)芈糜伟l(fā)展,帶動經(jīng)濟增效,實現(xiàn)農民增收。隨著綠色產(chǎn)業(yè)、農旅融合的快速發(fā)展,具有良好觀賞價值和蜂產(chǎn)業(yè)帶動作用的油菜花迅速成為鄉(xiāng)村旅游的主角,正在實現(xiàn)“一菜多用”等多功能用途。

國外出現(xiàn)了農田藝術、大地藝術景觀,包括英國的麥田圈、日本的稻田藝術、美國的玉米迷宮等;在國內,四川省什邡市、湖北省武漢市、湖南省長沙市、青海省、浙江省余姚市、陜西省漢中市及云南省等地,已經(jīng)開展了油菜創(chuàng)意農業(yè)大地藝術景觀創(chuàng)作,吸引了大量國內外的鄉(xiāng)村休閑游客。大地藝術景觀農業(yè)是農業(yè)生產(chǎn)的大變革,讓人們意識到土地不僅可以生產(chǎn)農產(chǎn)品,還可以發(fā)展田園風光旅游和農耕文化,改變了“一季一收”的傳統(tǒng)農業(yè)生產(chǎn)方式。創(chuàng)意產(chǎn)業(yè)與傳統(tǒng)農業(yè)有機融合,開辟了農業(yè)發(fā)展空間,拓展了農業(yè)功能,帶動了農民增收。

陜西省漢中市是觀賞型油菜推動發(fā)展油菜花文化旅游節(jié)的良好范例。連續(xù)舉辦了12 屆“中國最美油菜花海漢中旅游文化節(jié)”,已是漢中市最大的旅游文化活動,受到了國內外游客的青睞。

2014—2018 年漢中市農業(yè)技術推廣與培訓中心培育出的彩色油菜品種已經(jīng)在南鄭南湖、曹家壩、南鄭漢山廣場、安康漢陰古梯田等地示范,取得了良好的示范效果。2019 年,為了加快促進漢中油菜產(chǎn)業(yè)轉型升級,加大漢中油菜花節(jié)品牌效力,紅色系、白色系、粉色系、橙色系和橘色系5 個彩色品系首次大面積使用于漢中油菜文化旅游節(jié),得到了社會各界的廣泛關注并取得了非常好的觀賞效果。清明節(jié)期間,共接待游客401.72 萬人次,實現(xiàn)旅游收入21.75 億元,同比分別增長30.3%和36.2%,油菜花旅游產(chǎn)業(yè)的發(fā)展有力地推動了漢中旅游文化產(chǎn)業(yè)及農村經(jīng)濟的發(fā)展。2022 年中國最美油菜花海漢中旅游文化節(jié)期間,姹紫嫣紅的油菜花喜迎八方游客。南鄭區(qū)“七彩陳村”景觀示范區(qū)選用了鮮黃色(邡油777)、白色(梨花白)、粉色(漢粉一號)、橙色(漢橘一號)和紅色(漢紅一號)5 種顏色進行景觀打造,同時加入了大地藝術裝置。項目以陳村的風貌為設計靈感,結合陳村鳳凰水庫設計出鳳凰擺尾的靈動圖案,輔以太陽射線的紋圖,表現(xiàn)出了積極向上、陽光進取的面貌,預示著人民的生活越來越紅火。很多地區(qū)已經(jīng)開始探索開發(fā)觀賞型油菜新品種的創(chuàng)新應用產(chǎn)業(yè)化模式。以漢中市觀賞型油菜產(chǎn)業(yè)發(fā)展為例,總結出以下2 種發(fā)展模式。

3.1 “政府+科研+公司+基地+農戶”模式

利用漢中市打造全域旅游的發(fā)展規(guī)劃,充分發(fā)揮本地區(qū)獨特的區(qū)位優(yōu)勢、氣候優(yōu)勢和資源稟賦,因地制宜,圍繞“布局區(qū)域化、品種優(yōu)良化、種植規(guī)?;?、生產(chǎn)標準化、品質品牌化、內涵多元化”的綜合發(fā)展格局,加快構建油菜產(chǎn)業(yè)一體化生產(chǎn)經(jīng)營體系,實現(xiàn)良好的產(chǎn)業(yè)化發(fā)展,帶動一二三產(chǎn)業(yè)融合發(fā)展。通過市政府從行政方面保障油菜種植面積,科研和企業(yè)相結合,基地與農民互相帶動,共同構建油菜新品種繁育示范推廣體系,將漢中油菜產(chǎn)業(yè)從典型的傳統(tǒng)農業(yè)產(chǎn)業(yè)發(fā)展成為集生產(chǎn)、加工、銷售、旅游開發(fā)于一體的大產(chǎn)業(yè)。

3.2 “園林公司+示范展示+技術指導+旅游觀光”模式

“園林公司+示范展示+技術指導+旅游觀光”模式在白花、梨花白、土黃花、橘紅花、金黃花、金紅、粉色、紫色等觀賞型油菜品種的市場開發(fā)中應用效果突出。本模式充分發(fā)揮了園林公司在特色作物(苗木)銷售、景觀規(guī)劃施工、景點運營中的豐富經(jīng)驗,育種單位提供優(yōu)良種子和種植技術,雙方發(fā)揮各自優(yōu)勢,利于觀賞型油菜新品種的展示開發(fā),產(chǎn)生較好的經(jīng)濟和社會效益,推動了當?shù)芈糜萎a(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

4 展望

全國很多地方每年依靠油菜花旅游來增加農業(yè)旅游收入,各地出現(xiàn)的七彩油菜花成為新的亮點。這一新趨勢的出現(xiàn),促使油菜市場對多色油菜品種的需求越來越迫切。但是,中國在觀光旅游方面,對于花色品種、延長花期、創(chuàng)意造型、作物布局、景觀搭配等方面研究不足,制約了油菜旅游業(yè)進一步發(fā)展壯大。以中國最美油菜花海漢中旅游文化節(jié)為例,為觀賞油菜發(fā)展提出以下建議,以期解決這些問題。

1)漢中市已連續(xù)多年舉辦中國最美油菜花海漢中旅游文化節(jié),取得了很好的經(jīng)濟社會生態(tài)效果,但從歷年來油菜花海規(guī)劃設計對比來看,創(chuàng)新性、體驗性、參與性還有待提升,特別是在游客所需的優(yōu)質農副產(chǎn)品、旅游文化體驗等供應水平還有差距。

2)應緊扣漢中市“區(qū)域中心城市、生態(tài)經(jīng)濟強市、幸福宜居城市”的“三市”戰(zhàn)略部署和“學研在漢中”“醫(yī)養(yǎng)在漢中”“旅居在漢中”“興業(yè)在漢中”等四個在漢中特色品牌,以社會服務為導向,以成果轉化為目標,積極與多家油菜、園林企業(yè)合作,延長油菜產(chǎn)業(yè)鏈,促進一二三產(chǎn)業(yè)的深度融合,大幅度提高油菜產(chǎn)業(yè)綜合經(jīng)濟效益。

3)加大彩色花科研力度,力求篩選出的彩色花油菜品種不但花色美,而且抗病、高產(chǎn)、含油量高,還可榨油食用,農民收獲大量油菜子,可提高收入。真正實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)發(fā)展,農民增收。同時,深入挖掘漢中的歷史文化、生物資源、特色民俗,篩選出花期長、花瓣大、產(chǎn)量高、適宜機械化生產(chǎn)、觀花效果好的鮮黃色油菜品種,引進江西、四川、陜西漢中花色艷麗豐富的彩色花油菜品種。從鄉(xiāng)村旅游景觀設計角度出發(fā),利用VR 等計算機輔助等技術,借助聲音、燈光、影像、3D 等手段,多種植物聯(lián)合配置,設計出把漢中歷史文化資源和獨特生態(tài)自然資源融入其中的多層次種植圖案,打造獨屬于漢中的油菜花節(jié)大地藝術景觀。以期實現(xiàn)油菜的“一菜多用,專用開發(fā)”,提升城市魅力和影響力,為漢中及同類地區(qū)美麗鄉(xiāng)村建設提供借鑒。

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