作者:李晨 郭翠华 来源:中国科学报 发布时间:2021/11/9 15:55:17
选择字号:
山东农大陈学森:一心只为苹果“红”

 

 

红肉苹果      山东农大供图

陈学森带领团队成员在新疆野苹果林进行授粉试验         山东农大供图

如何让苹果更红、更好吃、更好卖,让中国人把果盘子牢牢端在自己手里?这是生产难题,也是山东农业大学陈学森教授毕生科研追求。

经过近20年潜心研究,现在这位63岁的老教授有了答案。他和团队成员用具有自主知识产权的55项专利技术,创制独有的苹果新种质,育成红肉、红皮苹果新品种,发明使年限缩短多年的苹果育种法,并摸索出配套技术为新品种推广保驾护航。近年来,这些成果在山东、陕西等地累计推广513余万亩,新增经济效益115余亿元。

11月3日上午,喜讯从北京人民大会堂传来,陈学森团队凭借该成果捧得2020年度国家技术发明二等奖。这也是他们继2015年获得国家科技进步二等奖后,第二次摘取国家科学技术奖。

“我们将继续坚持理论与技术创新并重、良种与良法配套,研发更多高水平接地气成果,并把它转化为农业发展新亮点,转化为农民的经济效益。”载誉归来,陈学森依然干劲十足。

 

创建独一份的红肉苹果新种质

陈学森与红肉苹果结缘,要从对新疆野苹果的研究说起。

2004年6月,陈学森指导的博士生何天明在新疆伊犁野果林做野杏调查与试验,回到实验室后忧心忡忡地说:“陈老师,新疆野苹果正遭到严重破坏,您应该去看一看。”

第二年8月,陈学森带领博士生冯涛及团队成员到伊犁野果林实地考察。“新疆野苹果纯林不仅遗传多样性丰富,而且具有栽培苹果的典型特征。尤其新疆野苹果中的红肉苹果,果肉的红色很新奇,香味也独特。”陈学森为发现了苹果“新大陆”暗自高兴。

为采摘到正宗的野苹果,陈学森和何天明一起在新疆的大山里来来回回寻找。“有一天早上上山时天还是晴的,中午就下起来了暴雨,如果我们从山里晚出来十分钟,可能就被泥石流冲下山口了。”陈学森感慨地告诉记者。

实验室的检测结果表明,他们采集来的新疆野苹果中的红肉苹果,其类黄酮和有机酸含量明显高于栽培品种。

“我国苹果种植面积和产量均占世界50%以上,是增加果农收入的支柱产业,但特色多样化品种严重不足。”陈学森心想,“类黄酮具有抗氧化、抗肿瘤、预防心脑血管疾病及保肝等功能,能不能把新疆红肉苹果和肉质清脆的‘红富士苹果杂交,创建新红肉种质?”

很快,陈学森和团队成员把采集回来的新疆采集红肉苹果花粉与“红富士”苹果品种杂交,在组培室播种培育第一代(F1)实生苗,并将这些苗子定植到泰安横岭育种基地。

考虑到实生苗达到一定高度和节位就能开花结果,陈学森用发酵好的大粪水浇灌小苗,以缩短这些苗子的生长期。“基地里没有工人,我就自己把一担担大粪挑进去,有时一上午能挑60担。”照看基地的舅舅郭志忠看到陈学森红肿的肩膀,忍不住心疼地说:“我没见过像你这样的傻教授,就是一个老农民!”

就是凭这股“傻”劲,陈学森基地里80%的实生苗在2年内开花结果了。陈学森说:“据辽宁果树研究所苹果育种专家伊凯研究员介绍,同样的杂交组合苗子实现开花结果,在辽宁至少需要到6年时间。”

在F1代群体中,陈学森筛选到R6R6纯合基因型的红肉脆肉株系,经过试验检测发现其果实类黄酮含量是普通苹果的七倍,可与蓝莓比肩。“这是我们中国人独有的功能性苹果种质,实现了红肉、脆肉、高类黄酮等多个品质性状(基因)的快速聚合。我们把它命名为CSR6R6。”陈学森异常兴奋。如今,CSR6R6被保藏进中国科学院微生物研究所。

“在新种质培育过程中,我们也摸索出了可使育种年限缩短5年的三选两早一促苹果育种法,还在分子水平上揭示了苹果起源、演化和驯化的规律,并证明世界栽培苹果起源于我国新疆。”对此,陈学森深感自豪。

利用独一份的新种质和育种新方法,陈学森团队培育出“幸红”“福红”“美红”“满红”4个高类黄酮苹果新品种。它们果肉全红、果皮红亮,吃起来酸甜适口。目前,他们又从这几个新品种中找到了“宝贝”,有了新的研究目标。

 

发明红皮苹果早期鉴定新技术

在市场上,着色程度是决定果子卖相的一个关键指标。近年来,行业人员通过芽变选种对苹果果皮着色等性状进行改良,选育出一大批苹果红色芽变新品种,极大推动了苹果品种结构更新换代及苹果产业的发展。

“果树芽变是果树体细胞突变的一种,是指突变发生在芽的顶端分生组织细胞中,当芽萌发长成枝条,在性状上表现出与原性状不同。这种突变是自然发生的遗传物质变异,以枝变表现出来。”陈学森告诉记者。芽变方法就是优中选优,能对生产上现有主栽果树品种个别品质和农艺性状进行有效改良。

对于果树芽变的分子生物学机制,研究人员并不清楚。陈学森希望能在这一领域有所突破。

陈学森的学生姜生辉在硕士学习阶段,以课题组选育的国光苹果红色芽变品种“山农红”为试材开展研究,经过一年多试验得到的结果并不理想。研三获得硕博连读机会后,陈学森安排他采集苹果品种“长富2”及其红色芽变后代“烟富3”及“烟富3”红色芽变后代“烟富8”有关材料,带回实验室分析不同苹果芽变品种着色差异原因。

从着色机理上看,决定苹果着色状况的果皮物质主要有叶绿素、类胡萝卜素、花青苷,其中花青苷尤为重要。前人研究认为,光诱导螺旋-转角-螺旋结构蛋白(MdMYB1)能够调控苹果果实花青苷合成,从而影响果实着色。

“我们对取回来的不同苹果芽变材料进行研究,分析数据背后的‘秘密’,最终有了重大发现,那就是转录因子MdMYB1启动子甲基化水平与果皮花青苷含量呈现显著的负相关关系。”陈学森说。由此,他们还发明了基于MdMYB1基因启动子甲基化水平检测的苹果红色芽变早期分子鉴定技术,实现红色变异的早期、快速、准确鉴定。

以前,果农或基层技术干部一般采用“一把尺子、一杆称、用牙咬、用眼瞪”的常规方法,并经过高接鉴定等程序把苹果红色变异的枝条或单株确定为红色芽变。

现在,用陈学森团队的苹果红色芽变早期分子鉴定技术,按照花青苷含量为原品种2倍以上、DNA分子甲基化水平为原品种二分之一以下的标准,行业人员就能早早鉴定出来红色芽变,比普通芽变选种年限缩短2年至3年的时间。

与烟台龙口、蓬莱等地的研究人员合作,陈学森团队用苹果红色芽变早期分子鉴定技术先后选育出“龙富”“元富红”等苹果新品种,使果实着色、风味等性状得到了有效改良。现在,这些品种已成为生产主栽品种。

 

良种良法打捆让苹果收益更“红”

上世纪90年代,刚留校不久的陈学森就在罗新书老师牵线下,到山东冠县辛集乡尹村指导当地苹果种植。“村里有一百多亩苹果园。去做技术指导之前,我自己先爬到树上练熟修剪技术,再给乡亲们示范,在果树施肥、病虫害防治方面也是边学边实践。往村里跑了三年,跑烂七双运动鞋。”陈学森笑着说。

也是从那时起,陈学森就坚定了果树育种专家也要研发配套种植技术的想法。直到现在,他和团队成员每选育一个苹果新品种,就必然摸索合适的栽培管理方法,良种良法打捆推给果农。

山东龙口市诸由观镇冷王村的一条龙果品专业合作社就是其中的受益者。

2014年,龙口天降大雨,一条龙果品专业合作社200多亩果园里的苹果树不少被淹死了,总经理王恩琪向陈学森“求救”:“这个老果园种20多年的苹果树了,新种的小苹果苗会因重茬障碍长不好,怎么办?”对此,陈学森和团队成员毛志泉教授当即胸有成竹地回答说:“用我们的重茬障碍绿色防控技术就能根治,也就是冬前开沟、捡除残根、穴施菌肥(发酵流体)、葱树混作。”

原来他们在研究中早已明确镰孢菌属是引起我国苹果重茬障碍的主要病原菌,而大葱分泌物就是该菌的“克星”。此外,陈学森还给王恩琪带去了团队选育的“龙富”苹果新品种,让他用配套的省力高效栽培模式、幼树早果丰产技术、果园生草技术等。

“以前我们果园里的苹果树是长枝型的,都四五米高,这次我们种了陈老师新选育的短枝型‘龙富’苹果品种,才两米高,非常适合机械化管理,苹果树苗当年成花、第二年结果、第四年丰产。果树好管理、连年丰收,果子红彤彤的,好看、好吃,一斤能多卖1元钱左右。现在,我们这边500多亩果园里都用上了陈老师团队的成果。”望着亩产近6000斤的新苹果园,王恩琪笑得合不拢嘴。

谈起和团队成员选育的苹果良种与配套良法,陈学森还和记者讲了果园生草技术的一段“小插曲”。

果园生草新技术的应用在美国、法国、新西兰及日本等世界苹果产业强国已有几十年历史,早已成为增加果园有机质含量、培肥地力、实现持续高效发展的重要途径,但在中国推广起来却并不容易。

在筛选挖掘适合果园种植的草种时,他和团队成员偶然发现一种名为长柔毛野豌豆的草适应能力和抗逆性强,春季长势旺盛,抑制其他杂草生长,还能涵养土壤水源、固氮培肥。在6月份结豆荚后,植株很容易腐烂,不需要刈割,很省力。为了让更多果农受益,他每次到到陕西、甘肃、河南等地讲课时,都背着两麻袋野豌豆种子,课后送给果农,并指导果农种植。

“我们还发明了高类黄酮苹果酒加工新设备、新工艺和新产品,延长了产业链。只要有利于苹果生产的,我们都去做。”对于未来,陈学森信心满满。

 
版权声明:凡本网注明“来源:中国科学报、科学网、科学新闻杂志”的所有作品,网站转载,请在正文上方注明来源和作者,且不得对内容作实质性改动;微信公众号、头条号等新媒体平台,转载请联系授权。邮箱:shouquan@stimes.cn。
 
 打印  发E-mail给: 
    
 
相关新闻 相关论文

图片新闻
中国天眼揭秘宇宙“随机烟花” 导师:年年审毕业论文,总有这些问题!
科学家发现第一颗拥有永久黑暗面的行星 中国超重元素研究加速器装置刷新纪录
>>更多
 
一周新闻排行
 
编辑部推荐博文