热带作物领域唯一的全国重点实验室发文揭示云南第一大甘蔗品种YZ05-51选育背后的科学故事

近日，致力于传播热带植物研究成果的国际学术期刊《热带植物》Tropical Plants在线发表了题为“Sugarcane variety YZ05-51 with high yield and strong resistance: breeding and cultivation perspectives”的观点文章。该论文由热带作物生物育种全国重点实验室/中国热科院生物所/福建农林大学阙友雄和吴期滨团队与国家糖料产业技术体系首席科学家/农业农村部糖料专家指导组组长/云南农业科学院副院长张跃彬团队联合完成。研究对YZ05-51的育种逻辑和品种遗传特性进行了阐述，并解析了该品种高产、高糖、抗逆性强等性状形成的生物学基础，进而深入探讨了我国甘蔗育种面临的挑战和未来前景，为从育种与栽培视角重新审视甘蔗新品种选育提供了新的思路参考和策略借鉴。

甘蔗是生长于热带和亚热带的无性繁殖禾本科高光合C4作物。甘蔗也是我国主要的糖料作物，蔗糖占我国食糖产量的90%以上。随着我国种植业结构调整，以引进的ROC22为主的当家品种已难以适应旱坡地蔗区，严重制约了甘蔗产业的持续发展。近20年来，我国甘蔗育种科学家根据生产的科技需求，创新性形成高异质复合高产高糖育种理论，成功育成了YZ08-1609、GT42、LC05-136、GT44和YZ05-51等一批突破性高产高糖新品种，使第五代新品种占我们主产蔗区面积的83.4%以上。其中，YZ05-51是由YC90-56与ROC23杂交而成，具有高产、高糖、抗逆性强等特点，在干旱坡地条件下表现尤为突出。在云南耿马蔗区百亩连片单产高达9.2吨，突破了我国无灌溉区甘蔗单产记录。

亲本材料是选育优良甘蔗品种的物质基础，没有好的亲本材料就无法进行优良品种选育，没有亲本材料的创新，更难以选育出突破性的品种。综观甘蔗杂交育种的历程，每一次育种上取得的重大进展都源于亲本的突破。云南省农业科学院甘蔗研究所选育的YZ05-51是首个国内育成、国外注册登记的甘蔗品种。采用含有云南割手密（YN57-11-35）血缘的YC90-56作为母本与ROC23杂交，育成了高产、高糖、抗逆性强的YZ05-51（图1A）。YZ05-51属于早熟高产高糖品种，拥有许多优良性状，包括出苗快，分蘖强，植株高大直立，中大茎，蔗茎均匀整齐，宿根性强，脱叶性好，耐旱性强，高抗黑穗病，中抗花叶病（图1B）。该品种种植行距以1.1～1.2m为宜，植期秋植、冬植和春植均可，适宜在云南、广西、广东、福建等蔗区种植，水肥条件较好的蔗地，增产增糖潜力更大。

图1. YZ05-51的亲本选配和品种特征

现阶段，我国甘蔗育种仍然面临许多问题，比如育种亲本的遗传基础狭窄，育种效率低，难以获得具有突破性的甘蔗品种。不同育种单位之间资源难以共享、信息交流沟通不畅，产学研协作不够密切。糖业企业需要更急积极主动参与甘蔗育种和良种繁育。诱变育种进展不大。转基因育种需要进一步加强，同时开展基因编辑育种和基因组选择育种。令人欣喜的是，在14个地区进行的第八轮国家区试中，YZ05-51的全国区试平均甘蔗亩产为6.72吨，11～12月蔗糖分为14.10%，1～3月蔗糖分为15.67%，全期平均为15.00%。在广东湛江和海南临高以外地区，YZ05-51的平均甘蔗产量均高于对照ROC22。此外，除广东湛江、广西百色、来宾和海南临高外，YZ05-51平均蔗糖含量均高于ROC22。转录组和代谢组联合分析表明，参与蛋氨酸代谢和玉米素生物合成、碳固定和淀粉蔗糖代谢、植物激素信号、苯丙烷和类黄酮生物合成以及MAPK信号途径的差异代谢物和差异表达基因在提高甘蔗生长发育、分蘖能力、抵抗生物和非生物胁迫以及糖分积累方面发挥了关键作用（图2）。

图2. YZ05-51高产、高糖、抗逆性强的生物学基础

为了解决以上问题，建议第一要加强引进国内外甘蔗品种和种质资源，扩大甘蔗杂交育种亲本的遗传基础。第二，加快野生甘蔗种质资源的收集、研究和利用。第三，加速甘蔗杂交技术研究，完善亲本开花诱导设施，提高甘蔗开花诱导效率。第四，进一步完善甘蔗品种选育的程序和组合评价方法，开展杂交后代的抗病性、抗旱性等综合评价。第五，继续开展甘蔗基因克隆和转基因育种，充分应用基因编辑技术，选育高产高糖、抗虫、抗病、耐旱等优良性状聚合的甘蔗品系。最后，我们还应该通过甘蔗健康种苗快速繁育技术产业化，加快优良甘蔗新品种的繁殖推广。在这个现有甘蔗产业背景下，YZ05-51可谓我国甘蔗科技工作者们的匠心之作（图3），被称为云南第一大品种（累计种植面积最大）。2017年以来，该品种的种植面积逐年上升，截止2023年，即使面临“糖王”YZ08-1609的激烈竞争，该品种的在云南的种植面积仍然高达47.92万亩，占云南省种植总面积的12.13%。

图3. YZ05-51综合性状表现优异的育种与栽培视角

中国热带农业科学院、热带生物技术研究所、热带作物生物育种全国重点实验吴期滨副研究员和中国热带农业科学院甘蔗研究中心客座研究人员、广西农业科学院甘蔗研究所李傲梅助理研究员为该论文的共同第一作者；国家糖料产业技术体系首席科学家、云南省农业科学院、热带作物生物育种全国重点实验室张跃彬研究员为共同通讯作者；中国热带农业科学院甘蔗研究中心主任、热带生物技术研究所、热带作物生物育种全国重点实验室、福建农林大学阙友雄研究员为本文通讯作者。云南省农业科学院、热带作物生物育种全国重点实验室刘家勇研究员、赵勇助理研究员和赵培方研究员参与了论文的策划和写作。该研究得到热带作物生物育种全国重点实验室科研项目、国家糖料产业技术体系、中央公益科研院所基本科研业务费专项、云南省和广西省甘蔗遗传育种重点实验室开放课题等项目的资助。

文章链接：

https://www.maxapress.com/article/doi/10.48130/tp-0024-0019