光明网：剑麻迈入设计育种时代
作者：杨子平
来源：南亚热带作物研究所
日期：2025-01-07
剑麻是热带地区一种重要的纤维作物，广泛用于制造船用缆绳、钢索芯材、高级地毯和抛光轮等产品。同时，剑麻已被列为国家战略物资，其产量和品质不仅关乎社会经济的发展，还与国防建设紧密相连。
目前，病害是制约剑麻产业发展的重要因素之一。因此，培育高产抗病剑麻新品种，对于提升剑麻产量、保障剑麻产业的良性发展具有重要意义。
我国剑麻育种技术历经70余年更替与发展，现已进入设计育种初步阶段，育种效率提升工作初现成效。
剑麻生产基地
剑麻原产地为墨西哥，20世纪50～60年代被我国引进种植。20世纪50年代我国主要种植品种为番麻，产量低、纤维质量差，单产只有225-300 kg/hm2；60年代改种普通剑麻，产量和质量有所提高，单产达到450-750 kg/hm2，但冬季易造成生理性叶斑病，一定程度上限制了剑麻的生产。同一时期，我国开始推广“龙舌兰杂种11648”（简称“h.11648”）剑麻，其产量成倍增加，单产达到4500 kg/hm2，为世界平均水平的4倍，并迅速成为我国的主栽品种。
h.11648剑麻育种基地
虽然h.11648具有高产特性，却易发生斑马纹病、茎腐病和紫色卷叶病，其中紫色卷叶病的爆发和流行导致剑麻产量下降，经济效益降低，已造成我国剑麻种植面积大幅缩减。
斑马纹病
紫色卷叶病
为解决这些问题，农业科技人员积极使用杂交育种、辐射诱变和突变选育技术等方法，培育了速生快长、产量高、抗斑马纹病和茎腐病的东16、东368、东27、东74、东109等品种；培育了具有较高产量和抗斑马纹病的76416、粤西114、热麻1号剑麻、南亚2号等品种。
粤西114号剑麻
热麻1号剑麻
然而，由于剑麻为多年生单次开花植物，开花时间普遍在10～30年，上述常规育种存在周期漫长、基因型纯合速度缓慢、杂交效率低和性状改良精准性差等缺点。
近年来，单倍体育种、分子标记辅助育种和转基因育种等生物技术流行，已先后用于剑麻品种改良上，极大丰富了剑麻育种技术手段。
通过单倍诱导技术缩短剑麻育种周期
剑麻单倍体育种是利用组织培养技术进行花药培养或小孢子培养，诱导雄配子发育成单倍体植株。单倍体植株经过染色体加倍获得纯合稳定、正常结实的二倍体植株，通过性状鉴定获得剑麻新品种，可将剑麻新品种培育由传统的10-20年缩短为8-10年，加快育种进程。
通过单倍体诱导技术不仅能对优良亲本进行培养，获得纯合的亲本，也可利用该技术对优良亲本杂交后代进行培养，获得聚合双亲优良性状且能稳定遗传的杂交后代。
目前中国热带农业科学院南亚热带作物研究所（简称“南亚所”）剑麻研究团队实现了对h.11648和弧叶龙舌兰的单倍体诱导培养。
剑麻花药诱导单倍体
借助分子标记技术提高剑麻育种选择的准确性
在剑麻育种过程中，对于产量和不具有发病条件下的抗病性等需要进行生化分析鉴定或诱发病害鉴定。
剑麻童期长，一些性状无法在童期检测，选取优良性状的剑麻品种就像开盲盒，增加了后续育种时间成本和工作量。为了提高育种效率，南亚所剑麻研究团队采用了分子标记辅助育种技术。
分子标记辅助育种是针对控制目标性状的基因，开发出一段与目标性状紧密连锁的dna标记，只要在所选择的植株中能检测到目标dna序列，就意味着控制目标性状基因的存在，提高了选择的精准性。目前应用比较多的是indel、ssr和snp等标记。
南亚所剑麻研究团队当前已开发了与斑马纹病抗性、紫色卷叶病抗性、纤维含量等抗性基因高度连锁的分子标记，极大提高了育种效率和育种精确性，并且开发了用来鉴定杂交后代和制定种质资源的指纹图谱的分子标记，规范了剑麻种质资源收集和评价。
利用转基因技术定向改良剑麻
由于剑麻基因组中重复序列占比高达近80%，杂交育种中有效基因的交流效率低、杂交后代基数大，培育工作繁重，诱变育种的变异方向不可控、致死率高等问题突出。因此，有针对性的将控制优良性状（如抗病、高产、优质、抗逆等）的基因通过转基因育种技术转入剑麻，可显著提高育种效率。
通过构建杂交群体、绘制遗传图谱和qtl等技术，南亚所剑麻研究团队对剑麻的纤维产量、斑马纹病抗性、紫色卷叶病抗性等相关性状进行了定位，目前正在对候选基因的功能进行系统鉴定，功能明确的基因将被应用于剑麻转基因育种。
在剑麻育种工作中，不同育种技术的有机结合，解决了许多育种难题。我们相信，随着新的生物育种技术不断发展，我们可充分利用生物育种技术精准、高效和智能等特性，推动剑麻产业提质增效，为打赢种业攻坚战作出积极贡献。
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