“一天一个苹果,医生远离我”。作为世界四大水果之一,苹果广受人们的喜爱和欢迎。
我国是世界上最大的苹果生产和消费国,面积、产量均占世界50%以上,自年以来,年产值一直在亿元至亿元之间。
如此巨大的产业,中国的苹果种质资源及遗传育种起到了什么作用?
位于泰山脚下的山东农业大学陈学森科研团队,历经16年持续攻关,揭开了苹果的生命密码,填补了我国红肉苹果品种的空白,发明了苹果优质高效育种及新品种配套技术,形成了集“理论、技术、品种和产品”于一体的系统创新成果,让苹果更红、更甜的同时,变得“更中国”。
01
天山脚下
发现世界苹果“老祖宗”
中国地大物博,野生资源丰富。加强野生资源的评价挖掘并创新利用,对打赢现代种业翻身仗具有重要意义。
位于新疆天山脚下的伊犁野果林,是个巨大的宝库。这片面积几十万亩的果林,有多年历史,属于第三纪古温带阔叶林残留群落,野生种子植物有60科属种。据新疆伊犁地区园艺科学研究所林陪钧等调查研究发现,这其中的野苹果林,面积10万多亩,有84个类型。
年,陈学森(左二)研究团队与新疆当地政府相关部门工作人员及科研人员合影。
“第一次到野苹果林,很震撼,也很心疼。”陈学森回忆,年8月,他来到野苹果林,看到漫山遍野,挂着各色果子,绿的、黄的、深红、粉红等颜色各异,圆形、扁圆形、圆锥形等形态不一;但令人心疼的是,由于过度放牧,野生果林被破坏严重,濒临灭绝。
“必须尽快行动,挖掘保存野生资源!”果树育种学家的社会责任感,让陈学森迅速行动起来。采样,记录、化验,分析……科研团队在野果林连续考察了半个多月,每天都摘回好几袋子野苹果。
年,陈学森研究团队采集的部分野苹果样本。
有了样本,陈学森带领研究团队分头开始攻关。其中一路人马,与美国康奈尔大学费章君团队合作,用6年时间,通过基因测序证明了世界栽培苹果起源于我国新疆野苹果(即塞威氏苹果),向西演化形成西洋苹果,向东演化形成中国早期的绵苹果。这一成果,年发表于世界著名学术期刊《自然·通讯》杂志,轰动了全世界。
科学研究是枯燥的,但现实生活,时常乐趣丛生。
“在新疆那段时间,我们一回到宾馆,服务员就围着我们。”陈学森笑着回忆,她们开始问,“你们弄回什么东西这么香?”后来,科研团队一回来,服务员就围着野苹果不停赞叹,“真香啊!”
正是源于对“真香啊”的求索,中国苹果育种掀开了崭新的一页。
02
泰山脚下
填补中国红肉苹果空白
“野苹果为什么这么香?”
经过研究,陈学森发现,新疆野苹果果实酚类化合物和有机酸含量极显著高于栽培苹果,特有香气成分多。他敏锐地觉察到,从新疆红肉苹果杂种后代中能够选育出酚类化合物含量高、鲜食品种优良、香味独特的高类黄酮(红肉)苹果新品种。
苹果是中国落叶果树第一大水果,以白肉品种为主,红肉品种稀少,更没有具有中国知识产权的红肉苹果品种。
新疆野苹果的绝大多数类型属于“绵肉型”,“还没成熟就变得像棉花套子”,在人们口味越来越“刁”的今天,接受程度极低。
如何让野苹果优良基因发挥作用,使苹果既好吃又好看呢?
年春,在新疆野苹果林,陈学森(左)与他的博士生、现天津农业大学副教授冯涛做苹果杂交授粉试验。
年,陈学森万里迢迢,把新疆红肉苹果花粉带回山东,在山东与红富士等苹果品种进行了杂交。
年4月,第一代杂交实生苗(F1分离群体)定植到泰安横岭育种基地。为缩短实生苗童期,陈学森安排基地工人用发酵好的大粪水浇灌小苗,并且自己一个上午挑了60多担。
“我没见过像你这样的傻教授,就是一个老农民!”基地工人郭志忠,看着陈学森红肿的肩头非常感慨。
就是凭这个傻劲,杂种实生苗的培育取得显著的效果,仅2年时间,第一代杂交实生苗就有80%开花结果。
从年开始,每年春天,科研团队在泰安基地采集杂种一代分离群体选择红肉脆肉株系的花粉,到胶东地区的烟台牟平与红富士等苹果品种杂交,构建杂种二代分离群体;8—10月份带回种子在冰箱里进行层积处理;12月后,在位于鲁中泰安的山东农业大学组培室里进行杂种实生苗培育;来年过了无霜期(一般是4月20日)后,再将杂种二代实生苗运到位于鲁西平原的冠县育种基地定植。
科研团队30多个人各负其责,通力合作,紧锣密鼓齐心推动整个项目往前走。
在山东农业大学组培室里,陈学森和王楠(中)等学生给杂种实生苗浇水。
“那几年,最累的是栽苗子,每年连续两三个月栽一万多株。”本硕博连读现已留校任教的王楠回忆,“最忙的时候,都顾不上吃饭、睡觉。”
山东农业大学地处泰安市中心,白天大货车不允许进入。“今晚9点大车来装苗子。”王楠回忆,每年苗子从实验室转移到冠县实验基地都是一场“恶战”,团队二三十个人全部上阵,把苗子从楼上搬下来装到大卡车上,一个塑料盒子近20斤,必须端平端稳,男生一个人搬,女生两个人抬,三四个小时装完车,很多人都变成“大花脸”。
授粉、杂交、育苗、定植、管理……仅在冠县实验基地,团队就累计定植40个杂交组合、余株杂种二代实生苗。
前后历经十四五年努力,到年,科研团队终于选育出“幸红”“福红”“美红”“满红”(寓意“幸福美满”)等4个高类黄酮(红肉)苹果新品种,并通过省级新品种审定,填补了我国红肉苹果品种的空白,同时还解决了“红色之爱”等进口红肉苹果品种的酸涩问题。
陈学森研究团队培育出的“幸福美满”高类黄酮苹果,填补了我国红肉苹果品种的空白。
年秋,冠县育种基地,挂在枝头的“满红”苹果。
把“老祖宗”作为亲本与现代品种杂交,陈学森团队用的不仅是常规育种手段,而是与分子技术有机结合。
他们创制的高类黄酮苹果优异种质CSR6R6、果树多种源品质育种法、易着色苹果品种培育法和三选两早一促苹果育种法等获得20项国家发明专利,将苹果育种年限由传统的20年缩短到15年。以此为主,再加上三位一体中国式宽行高干无支架省力高效栽培模式、果园种植长毛野豌豆的培肥地力法、甜柔型高类黄酮苹果酒酿制方法等20项发明技术,研究团队构建的苹果优质高效育种及新品种配套技术体系,获得年度国家技术发明二等奖。
03
渤海之滨
舶来品种再创新
在红肉苹果新品种培育的同时,陈学森并没有放松对现在主栽苹果品种红富士的研究。
“红富士”,是日本着色系富士苹果的简称,年前后引到山东烟台,良莠不齐,优劣并存,影响了产业高效发展。陈学森和烟台果茶站邵达元和等人,主持选育出“元富红”“龙富”“烟富”系列等14个红色和红色短枝芽变新品种,并推广到陕西、甘肃等主产地,占到了红富士品系新增种植面积的70%以上,从而推动了中国苹果的高速发展。
“现在咱中国的红富士苹果,着色、口味、结果习性,已和年刚引进时迥然不同。”陈学森说,“三四十年持续不断的芽变选种,优中选优,不仅仅让它本土化,而且发展成为独具中国特色的品种。”
陈学森和龙口市果树研究所所长王恩琪(右)在观察苹果生长情况。
“陈教授就是看得准。”7月1日,在龙口市诸由观镇冷王村龙富苹果新品种选育基地,龙口市果树研究所所长王恩琪感慨。
年秋天,陈学森应邀到王恩琪的果园参加品种鉴定。
“老王,我觉得这个芽变肯定能行,你给我看好。”王恩琪至今记得,陈学森看了好几个红富士苹果芽变后,指着其中一个,笃定地对他说。
王恩琪是种植苹果老行家,他知道,引进的红富士苹果,亟需新品系更新换代。
当年,王恩琪按照陈学森要求,将其选定的芽变进行了嫁接,进行观察对比试验。
这一观察,就是4年。“这个芽变,的确表现明显好于其他树。”4年后,王恩琪又依照陈学森的安排,把芽变枝条嫁接到其他大树上,继续观察,“性状稳定,树势中庸,易成花,着色好,肉质细脆。”
龙富苹果第二年便可以在树干挂果,所以被中国工程院院士、果树学专家束怀瑞誉为“一根棍”。
年,陈学森与王恩琪合作的这一红富士芽变品种通过省级鉴定,因为在龙口发现并选育成功,被命名为“龙富”。近10年,龙富已从山东半岛推广至沂蒙老区、黄土高原、六盘山下,给众多果农带来丰收和效益。
在烟台龙富苗木繁育基地,栽植5年的龙富短枝苹果。
当初,陈学森为什么能看得那么准?
因为,他有“独家秘笈”。陈学森发明的常规与分子技术相结合的苹果持续多代芽变选种技术,可在苹果红色变异的早期,快速、准确地进行鉴定,并将育种年限缩短2-3年。
和其他红富士芽变品种不同,龙富,在陈学森在科研团队手中,并不仅仅是一个新品种,而是推动中国苹果产业转型升级的切入点。
年,陈学森在沂蒙山区为果农讲解龙富苹果配套栽培模式。
对此,国家苹果产业体系陕西洛川综合试验站站长、西北农林科技大学教授邹养军,深有体会。
年,洛川试验站引进棵龙富苹果及陈学森团队发明的三位一体中国式宽行高干无支架省力高效栽培模式。“这个品种几乎没有大小年,现在亩产控制在斤左右,果实一点锈斑都没有。”邹养军说,龙富及其配套模式非常适合黄土高原干旱瘠薄的土壤,在当地推广已超万亩,近几年打算用它改造老果园,再发展10万亩。
大众报业·农村大众记者魏新美