摘要
我国作为茶树原产地和世界产茶大国,有着悠久的茶树育种历史和深厚的研究基础,育成了世界上数量最多的茶树品种,无性系茶树品种和无性繁殖技术最早出现于我国。改革开放后,我国茶树遗传育种研究工作加速,进入21世纪后在育成品种数量及多样性、育种技术、育种基础理论等多个领域取得了较好成果,特别是在茶树全基因组测序与组装、功能基因组学等领域引领世界,并有力支撑了我国茶产业的高质量发展。本文回顾了我国茶树遗传育种研究的历史及成就,梳理了在茶树主要性状遗传规律、育种技术、突破性品种创新等方面存在的问题。针对这些问题,提出了在茶树遗传育种基础理论创新、育种技术创新和品种创新方面的研究重点,以期为茶树遗传育种研究提供参考。
主持人语:茶学是当前唯一以单一作物为名设立有本科、硕士、博士层次的专业,而且拥有几千年历史的文化底蕴。茶既是一种传统农产品,更是一种文化产品。品饮茶,不但解渴、保健养生,更可以怡情。茶文化是中华民族传统文化之一,在全国精神文明建设中具有独特的作用。茶产业在我国农村脱贫过程中发挥了巨大作用,当前已成为乡村振兴的支柱产业。茶早已成为一种在全球广为饮用的天然饮品,茶产业链涉及产前、产中、产后等方面。在当前促进乡村振兴的进程中,茶产业需要在全产业链上进行提档升级。为此,本期《茶产业研究专题》围绕茶产业链进行组稿,内容涉及茶树育种、绿色生态茶园构建、红茶加工、茶叶微生物、茶叶功能等方面,以期引起茶行业各界对茶产业链建设的重视,推动茶产业提质增效,促进乡村振兴。
茶树作为起源于我国的重要经济作物,在我国灿烂的农耕文化中具有独特的地位,也对推动我国与世界的交流起着重要的作用。茶叶深深融入中国人生活,成为传承中华文化的重要载体。新中国成立后,特别是改革开放以后,茶产业在推动我国宜茶区域“三农”发展、脱贫攻坚和乡村振兴中发挥着独特的作用。一粒种子可以改变世界,品种是农业的“芯片”,以半矮化育种和杂种优势利用为代表的“绿色革命”对推动世界农业生产发展发挥了无可替代的作用,因此,不断选育优良品种是保障农业生产持续发展的重要保障。作为茶产业技术链条上游的重要一环,茶树新品种选育在推动我国茶产业发展、提高茶园单位面积效益和促进茶叶产业结构调整中起到了重要作用。本文简要回顾我国茶树遗传育种研究的历史及成就,重点对现代茶树遗传育种的研究现状进行总结,分析当前研究存在的问题,并提出未来的研究重点与展望,以期抛砖引玉。
作为茶树的起源地和最早利用茶树的国家,我国有关茶树遗传育种的早期文献可以追溯到《尔雅》等文献。唐代陆羽所著的《茶经》“茶之源”中有“紫者上,绿者次;笋者上,芽者次;叶卷上,叶舒次”的论述,论述了形态特征与茶叶品质的关系。宋代《东溪试茶录》“茶名”篇根据茶树叶型、树型和发芽期将茶树分为7类:一曰白叶茶,次有柑叶茶,三曰早茶,四曰细叶茶,五曰稽茶,六曰晚茶,七曰从茶。但清代以前,茶树种植的全是有性繁殖群体,直至清代才出现了茶树压条和扦插技术,在福建一带出现了无性繁殖茶树群体,形成了最初的无性系品种,如铁观音、水仙、黄棪、福鼎大白茶
2000年以前,我国茶树品种管理采用审定制度,分为国家级和省级品种2个层级,分别由原国家农业部和各省(市、区)农业部门主管,国家层面由“全国茶树良种审定委员会(1989年改名为“全国农作物品种审定委员会茶树专业委员会”)”承担审定职责。2000年《中华人民共和国种子法》(以下简称《种子法》)修订后,茶树品种不列入强制审定,2003年成立了全国茶树品种鉴定委员会,在农业主管部门的指导下组织全国性的茶树新品种区域试验和鉴定工作,育种者自愿鉴定。国家级层面共进行了10批的全国性茶树品种审(认、鉴)定工作,134个品种获得了品种认(审、鉴)定证书,包括117个无性系品种和17个曾经对我国茶产业做出重要贡献、知名度比较大的有性系群体品种(
2015年《种子法》再次修订,茶树列入非主要农作物登记范畴,茶树品种在推广前必须进行登记。施行登记制度以后,茶树品种选育的程序相对于以前有所简化,各育种单位根据《非主要农作物品种登记指南—茶树》的要求,进行了品种的登记申报。2018年,第一批9个茶树品种通过了非主要农作物品种登记,截至2022年1月30日,共计128个品种获得了登记证书(
另外,植物品种权作为知识产权保护的一种形式,也逐渐为育种家所重视。茶树被列入中华人民共和国《农业植物新品种保护名录 第七批》,截至2021年底,共计98个新品种获得植物品种
群体种在我国茶业发展中曾经发挥了重要的作用,但随着产业的发展,其弊端逐渐显现。为了发挥无性系良种的增产增效作用,1992年,原农业部提出了良种无性化建议。1997 年原农业部正式要求各地淘汰种子直播和移栽实生苗的老办法,做到发展新茶园和老茶园换种改植采用无性系良种,明确提出经过30 a的努力,实现茶树无性系良种
我国茶树育种仍然以传统的系统选种方法为主,辅以人工杂交和诱变育种,生物技术育种技术也有了相应的技术储备。对已通过登记的128个品种进行了统计,采用人工杂交育成的品种有16个,辐射诱变的有2个(中茶108、黔辐4号),其他都是通过系统选种法育成。虽然系统选种法仍然是茶树育种的主要方法,但该方法存在较大的缺点,比如育种目标盲目性大,以“撞大运”的小概率方式进行选择。为了提高育种目标的精准性和提高基因突变频率,新的育种技术如诱变育种技术手段运用到茶树育种中。研究人员对诱变的剂量进行了比较系统的研究,如董丽娟
以分子标记辅助育种和基因工程育种为代表的现代生物技术育种技术在20世纪成为推动植物育种技术进步的主要力量。但茶树生物技术育种起步较晚,目前仍然停留在实验室技术储备阶段,尚无利用生物技术育成茶树品种的报道。但一些为分子辅助育种技术做的储备研究取得了阶段性的研究成果。在遗传连锁图谱构建上,构建了多个遗传连锁图谱,且遗传距离逐渐缩
进行准确的茶树早期鉴定,对于茶树这样童期长的作物提高育种效率尤为重要。我国的茶树育种工作者也进行了有效的探索,取得了一定的研究成果。如杨亚军
育种基础理论研究是推动育种技术创新和指导有目的性品种选育的源头。茶树是典型的异花授粉植物,具有高度的杂合性和异质性。加之它又是多年生的木本植物,导致茶树基础研究长期滞后。在经典遗传学研究上,茶树性状经典遗传规律的研究大都出现在2000年以前,而且也主要集中在表型性状上,如一芽三叶重、芽叶重、育芽力、茸毛、萌芽期等,而对于品质性状以及重要的抗性性状的经典遗传规律研究则较
虽然我国茶树遗传育种研究有悠久的历史、完备的科研体系和世界上规模最大的从业人员数量,也取得了领域内举世瞩目的成绩,但也应该看到,在困扰茶树遗传育种基础理论创新、育种新技术创新和品种创新上仍有一些长期存在的问题没有解
一是对茶树主要性状遗传规律的研究基础仍然薄弱。精准育种的实现依赖于对目标性状基本遗传规律的了解。由于茶树自身特殊性造成的目标性状经典遗传规律研究的长周期性和困难性,从事这方面研究的人员越来越少,形成了茶树经典遗传育种理论基础薄弱的局面,反过来又制约了茶树突破性品种的育成。而在分子遗传学方面,虽然纵向对比取得了较为显著的成就,受益于全基因组测序的完成,茶树的功能基因鉴定数量规模化增长,但由于缺乏茶树遗传转化体系这个最大的技术“瓶颈”,茶树特有基因的功能鉴定还是需要借助于异源表达的手段,但这种间接鉴定的结果无法获得与同源表达直接鉴定一样的准确结果,特别是对复杂性状所涉及的调控模块更无法准确鉴定到。虽然近年来借助于寡核苷酸沉默手段实现了部分基因的同源验
二是育种技术创新进展缓慢。进入21世纪后,植物育种技术创新速度不断加快,新的育种技术不断涌现,植物分子设计育种技术体系逐渐成熟并在育种实践上得以运用,如在水稻等作物上已经建立了从“分子模块”到“设计型品种”的现代生物技术育种创新体系,育成了多个品种,实现了多个优异性状的集
三是育成品种数量多而在生产推广应用少的现象没有根本扭转。虽然我国育成品种的数量居世界前列,但根据相关部门的统计,育成品种在生产上推广利用的比例却很低,大部分品种育成以后就束之高阁,很难在生产中推广利用。这固然与品种存在时间性这个经济学属性有关,但深层次的原因,则是因为育成的品种大部分仅仅是对已有品种某些性状的局部改良,综合性状表现平平,不被种植者和市场所接受。
茶产业是绿色产业、健康产业,也是我国乡村振兴的支柱产业,其高质量发展对我国茶产区实现共同富裕至关重要。不断推出满足产业和消费需求、充分发挥茶树品种在保障茶产业高质量可持续发展中的基础性作用,是我国茶树育种工作者的使命担当。结合学科和产业发展趋势,在未来一段时间内,应从以下几个方面发
一是加强茶树遗传育种基础理论的创新。准确把握重要性状的遗传规律及其调控机制是实现茶树精准育种和定向育种的关键。在茶产业快速发展、消费市场变化日新月异的大背景下,尽快推出满足需求的品种依赖于对目标性状遗传机制的准确解析。应从经典遗传学和分子遗传学2个维度,加强茶树遗传育种基础理论的创新。经典遗传学方面,要借助于人工杂交群体,瞄准主要农艺、经济性状,开展杂交后代目标性状遗传规律、杂种优势等研究,以指导亲本配组和后代选择;分子遗传学方面,要借助于高通量的现代生物组学、信息学、合成生物学等手段,利用我国最为丰富的茶树种质资源,发掘目标性状形成的遗传基础及其调控网络,揭示复杂性状全基因组编码规律其调控模
二是进一步加快育种技术创新。要发挥茶树无性繁殖的优势,在以下几个方面加快育种技术创新:(1)传统育种技术创新。加快远缘杂交、高效定向诱变、倍性育种和目标性状早期鉴定等技术研究;(2)分子设计育种技术创新。综合运用现代育种手段,以提高育种效率、缩短育种周期、聚合优良性状为目标,借助于现代分子生物学、生物组学、信息学、合成生物学等先进的技术手段,在高通量实用分子标记发掘、全基因组高效选择、基因功能同源鉴定、分子模块精准鉴定、基因组编辑以及杂交胚早期挽救等技术上实现突破,建立高效分子设计育种技术体系和高通量的早期精准鉴定平台,突破茶树传统育种技术瓶颈,为突破性品种创新提供技术支撑。
三是以产业需求为导向加快品种创新。近年来,随着城镇化程度的提高、茶叶消费群体和理念的变化以及生态低碳生产方式的深入人心,我国茶产业发展到了新的阶
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