遗传图谱、基因剪辑：看中国植物学家如何种葡萄

中国科学院植物研究所研究员李少华在植物研究所葡萄园考察葡萄新品种的生长情况。新华社记者全晓舒摄

新华社北京8月24日电(记者全晓舒)8月是葡萄上市的季节。在中国科学院植物研究所，一排排的葡萄藤也结满了果实。品牌名称写在每行的两端。那些尚未被正式命名的由数字代码指定。

尽管这些葡萄味道“不寻常”，但它们不会在市场上出售。他们肩负着更重要的使命。科学家需要用它们进行样品研究，以便培育更多适合中国种植的优质葡萄品种。

据中国科学院植物研究所研究员、北京葡萄科学与酿酒技术重点实验室主任李少华介绍，该研究所迄今已培育出24个新品种，其中鲜食品种14个，酿酒品种7个，酿酒品种3个，面积150多万亩。

中国葡萄产业面临挑战

“六月食郁而胀气”——中国最早的葡萄文字记载出现在《诗经》中，“胀气”是野生葡萄。然而，我们今天谈论的是生长在欧亚大陆的葡萄，它们是在汉代通过西域传入中国的。

2015年，中国葡萄种植面积达到1198.5万亩，产量达到1367.6万吨，分别居世界第二和第一位。

然而，在李少华看来，尽管中国的葡萄产业取得了巨大的进步，但仍然面临着严峻的挑战。“在中国广泛种植的欧亚葡萄现在源于地中海气候区，其特点是夏季炎热干燥，冬季温和多雨。然而，我国主要是大陆性季风气候，夏季潮湿多雨，病害严重，不利于葡萄果实的发展。冬天又冷又干燥。葡萄需要埋在土壤里以防感冒。”

李少华指出，绝大多数国外品种对中国气候条件的适应性差，导致种植成本高、葡萄品质低、树龄短等问题。

“特别是，在冬天埋土御寒要耗费大量劳动力。同时，由于不能采用固定的树型，葡萄种植不适合机械化生产。在智利，机械化种植允许每个农民平均管理大约350英亩的葡萄园。在中国，人均管理面积只有5到10亩。此外，在埋土条件下，欧亚葡萄仍然遭受频繁的冻害李少华说。

正是由于缺乏适合当地气候条件的优良品种，我国葡萄产业的附加值没有得到充分开发。

中国科学院植物研究所的研究人员在实验室展示了经过液氮冷却处理的葡萄新品种样品。新华社记者金

李少华以酿酒葡萄为例，指出中国葡萄酒缺乏特色的原因之一是欧亚品种种植少，赤霞珠几乎占据了全国的一半，造成严重的同质化。与此同时，中国的人均葡萄酒消费量每年增长20%-30%，预计到2020年将达到2.5升。在这种背景下，进口葡萄酒很快占据了北京等一线城市，而国内葡萄酒销量从2013年开始大幅下滑。

“我们一直致力于培育适合中国种植的本地品种，并促进葡萄产业的可持续发展。”李少华说。

第一张高密度遗传图谱的构建

中国科学院植物研究所是中国最早开展葡萄科学研究的机构。自1954年以来一直收集和保存葡萄种质资源。

经过60多年的发展，植物研究所现已建成占地2公顷的种质资源园，保存了13个原产于中国的抗寒抗旱性强的野生葡萄品种和12个原产于北美的野生葡萄品种，共计450个葡萄品种(包括杂交品种)。

“我们做了大量的基础研究。我们首次利用自己的创新或优化方法，对重要葡萄种质的糖、酸、色素、香气、白藜芦醇、单宁等品质特性以及抗寒、耐热等特性进行了系统评价，发现了一批优良种质，提高了葡萄育种亲本选择的科学性。在此基础上，明确了葡萄果实品质的糖、酸、色素和香气等主要遗传规律，构建了世界上第一个高密度的葡萄遗传图谱李少华说。

在这个过程中，他领导的研究小组发现了许多有趣的现象，如亲本水果的含糖量不影响后代；决定肤色的花色素苷具有显著的遗传特征。

中国科学院植物研究所的研究人员在实验室处理新葡萄样品的粉末。葡萄样品经液氮冷却、研磨成粉末并置于离心机中，可用于葡萄糖、酸、色素等成分的分析和遗传规律的揭示等一系列研究。新华社记者金

“例如，葡萄香气可分为三类:草莓香气、玫瑰香气和普通香气。要培育具有特殊香气的品种，必须找到控制香气性状的基因在葡萄基因图谱中的位置。现在，我们已经发现了十多个控制香气的有效基因位点，这些位点将在未来的育种中发挥重要作用。”李少华说。

他的科研团队发掘了大量控制葡萄果实品质和抗逆性的关键基因，包括一些控制抗寒、抗旱和耐热的基因，并首次建立了葡萄悬浮细胞CRISPR-Cas9基因编辑技术，成为传统育种的有效辅助和补充。

利用新技术和多年的实验，李少华的团队培育了五种新的耐寒葡萄品种，冬天不需要埋在土壤里。“我们也在培育耐寒的新鲜粮食品种，但新鲜的葡萄籽粒更大、更好，当新鲜粮食品种与野生耐寒品种杂交时，一代和两代的籽粒会变得很小，培育它们可能需要三代、四代甚至更长的时间。”李少华说。

研究员李少华(左)和中国科学院植物研究所的学生们观察了酿酒新品种“北梅”的生长。新华社记者金

新品种促进农村经济发展

在中国科学院植物研究所培育的葡萄新品种中，葡萄酒系列以“北方”一词命名，新鲜系列以“北京”一词命名。

据报道，酿酒新品种是由原产于中国长白山的野生山葡萄和欧亚种葡萄杂交选育而成，其中“北红”和“北梅”已获国家品种审定委员会批准。

“‘北方’牌最北的酿酒品种在*石河子和吉林临江不埋土，能安全越冬，抗病能力强，大大减少了农药和化肥的使用。”李少华说。

“京”牌鲜食葡萄品种涵盖了不同色、香型的无核葡萄品种，能满足消费者对葡萄的多样化需求。其中，“北京亚洲”拥有全国最大的应用领域。据不完全统计，2016年，全国15个省市的“京亚”种植面积达到102.7万亩，2012016年三年经济效益276亿元。

河北省锦州市(县级市)1993年从中国科学院植物研究所引进100个“京亚”。目前，耕地面积已达5万多亩，每亩收入超过1万元。其中，周头村人均年收入超过1.5万元，全村年收入超过1亿元。”李少华说:“新品种为农村经济和农民的繁荣做出了贡献。"

他指出，这些植物培育的新品种将在宁夏、甘肃等地的试验基地进行试验。如果效果好，将会推广到周边地区。但是，受人力物力的限制，加上我国植物品种的知识产权保护相对薄弱，推广工作不够充分，新品种在全国葡萄种植面积中所占比例仍然很小。

“葡萄具有良好的抗旱性，这有利于节约用水和保护环境。酿酒葡萄产业基本实现无污染，工业附加值高。我希望更多适合中国本土种植的新品种能够进入市场，产生品牌效应，推动更多农民脱贫致富。”李少华说。

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