陈学森:50余项发明进田间变身“黄金果”





  5月底,山东农业大学64岁的果树专家陈学森教授再获新荣誉:“山东优秀发明家”奖。
  对陈学森来说,这个奖实至名归。他与新疆落叶果树倾心相伴39年,找寻野苹果研究价值,解密红皮和红肉苹果的生命密码,发明50余项苹果优质高效育种及配套栽培和加工技术体系,实现良种与良法配套,加速新品种的推广应用,还有效缩短了育种年限。
  这些具有自主知识产权的新成果被陈学森无偿送给果农使用,在山东、陕西等丘陵贫困地区累计推广800余万亩,新增社会经济效益100余亿元,“变身”为果农致富的“黄金果”。
  

首创高类黄酮苹果优异新种质


  “苹果中游离多酚(类黄酮)含量较高,这种物质有很好的抗氧化、预防心脑血管疾病、抗肿瘤等功能,世界上许多国家都将苹果作为主要消费果品而大力推荐。”在陈学森看来,苹果中的类黄酮是“珍宝”。
  我国苹果面积、产量均占世界50%以上,是增加农民收入的支柱产业。“由于苹果种质资源这一短板弱项,从上世纪开始,国内市场一直是洋品种唱主角,国光、金帅来自美国,红富士来自日本。国内苹果特色多样化品种太少了,高类黄酮(红肉)苹果更是缺乏。”陈学森忧心忡忡。
  一次偶然的考察中,陈学森在新疆伊犁发现了“新大陆”:“有一片面积约14万亩的野生苹果林。我们经过调查,发现这里的野生苹果在长期进化过程中,形成了果实大小、成熟期、品质、风味、抗逆性、抗病性等近百种不同类型。”
  在对新疆野苹果以及来自亚洲、欧洲和美洲等世界范围的苹果属 24个种、117份种质资源进行全基因组重测序后,陈学森和团队成员首次证实了新疆野苹果是世界栽培苹果的祖先。
  尽管野生苹果又小又酸,但对陈学森来说是无价之宝。因为,过去几十年时间里国内育成的苹果品种中大都为“金帅”“元帅”“国光”品种的杂交、实生或芽选后代,这种“近亲繁殖”往往带来品种的遗传基础变窄、遗传脆弱性加大、适应性与抗逆性减退等问题。
  “未来苹果的遗传改良离不开丰富的新疆野苹果基因资源。新疆野苹果无疑是世界果树资源的天然基因库,也是国家珍贵的战略生物资源。”很快,新疆野苹果中的红肉苹果由于红色新奇、香味独特吸引了陈学森的目光。
  经过实验室检测,他发现新疆红肉苹果的类黄酮和有机酸含量明显高于栽培品种。考虑到“红富士”肉质清脆、甜度高,陈学森带领团队成员把它和新疆红肉苹果杂交,以创建新种质。
  “我们在新疆红肉苹果杂种一代(F1代)群体中筛选到了R6R6纯合基因型的红肉脆肉株系,它快速聚合了红肉、脆肉、高类黄酮等多个品质性状(基因),遗传稳定性高,果实类黄酮含量是普通苹果的七倍,可与蓝莓比肩。”陈学森异常兴奋,把这个苹果新种质命名为CSR6R6。
  现在,这一高类黄酮苹果优异种质被保藏进中国科学院微生物研究所。
  

独有技术缩短育种年限


  选育出具有“中国芯”的苹果品种,这是陈学森从未改变过的科研追求。
  “工欲善其事,必先利其器,培育好吃、好看又有特色的苹果新品种,也得有好法。”伴随着新品种选育,陈学森和团队成员这些年还独创了能缩短果树育种年限的育种技术。
  其中一个就是“三选两早一促苹果育种法”。“我们将CSR6R6株系花粉与‘烟富3号’苹果杂交,获得了40个杂交组合、50000余株杂种二代(F2代)杂种实生苗,想着怎么样在这么多苗株中快速找到符合目标的后代?”有着多年果树育种经验的陈学森想到了尝试用这种方法。
  实践证实,用传统苹果育种方法,育出一个新品种需要20年,“三选两早一促苹果育种法”只用15年。
  所谓 “三选两早”要追溯到CSR6R6株系选育阶段,也就是选新疆红肉苹果与“红富士”苹果杂交(一选),把得到的杂交种子放在温室内早播种育苗(一早);在初果期从杂种一代(F1代)群体筛选红脆肉株系(二选二早),这个过程得到了高类黄酮苹果优异种质CSR6R6;再从CSR6R6株系花粉与“烟富3号”苹果的杂种二代(F2代)中选留红色叶片的实生苗,定植于选种圃中(三选)。“一促”即为在实生苗童期采取农业措施,加速营养生长,使实生苗尽快达到一定的高度(节位)后,通过树干环剥等措施,控制实生苗营养生长,促进开花结果。
  用这一“法宝”,陈学森和团队成员最终选育出了“幸”“福”“美”“满”等红肉苹果新品种(权)6个。
  “另外,我们还创制了选育红皮苹果的早期分子鉴定技术,能使苹果育种时间减3年。”陈学森说。
  在市场上,着色程度是决定果子卖相的一个关键指标。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确定红皮苹果品种。
  陈学森和团队成员在研究不同苹果果皮着色差异原因时,发现苹果转录因子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,并研发出基于MdMYB1基因启动子甲基化水平检测的红皮苹果早期分子鉴定技术。
  “用这个方法,我们育出‘龙富’‘元富红’等苹果新品种,有效改良了果实着色、风味等性状。”陈学森说。现在,这些品种已成为生产的主栽品种。
 

 苹果育种技术育出“致富梨”


  对很多人来说,用苹果育种技术“造”出梨来是天方夜谭的事。陈学森做到了,他和团队成员选育的“山农酥”梨新品种就是最好的证明。
  提起这个梨新品种,行业里的人都忍不住竖起大拇哥:“好吃、没渣、很甜,填补了优质、熟晚、耐贮大梨的市场空白,一个梨卖到均价60元。”
  出人意料的是,“山农酥”梨新品种竟然是陈学森和团队成员用具有自主知识产权的 “果树多种源品质育种法”选育而出的。这项专利技术发明是他们在对苹果基因组测序、品质性状遗传与发育机理、优质新品种亲本溯源分析等研究基础上提出的,能有效集成亲本的多个优秀品质性状。
  “这些年来,我们以新疆野苹果利用为主线,聚焦苹果特色多样化品种培育、主栽品种‘红富士’着色等性状需要改良等生产难题,从理论到技术、品种和产品有了系统创新成果。这些成果来源于苹果,也能用于梨等果树育种中,在落叶果树中普适性强。”陈学森说。
  为证实自己的观点,陈学森带领团队成员用“砀山酥梨”“新梨7号”分别做父母本,进行杂交育种。“新梨7号”有新疆库尔勒香梨、砂梨、西洋梨的优秀基因,而“砀山酥梨”具备白梨的优秀基因。让陈学森深感欣慰的是,育出的“山农酥”梨既继承了母本脆甜多汁、耐储运、无石细胞的优良“品质”,又继承了父本个头大、成熟期晚、抗病能力强的优良“体质”。
  “俗话说,桃三杏四梨五年,也就是说一般梨树苗种上五年后才能结果。好梨要让果农早受益,整形修剪是果树早结果的关键技术之一。我们在苹果树种植中用‘三芽二度一单轴’修剪方法后,结果子的时间均比传统办法提前 2年。”为此,陈学森又把这个好技术拿到“山农酥”梨中使用,看能否早结果。
  这个修剪方法中的“三芽”就是定芽、抹芽和刻芽环节;“二度”则通过调整主枝的角度来控制主枝的粗度,以达到合理的枝干比;“一单轴”指及时清理、剪除各主枝上的分枝,确保各主枝仅保留结果短枝、单轴延伸。
  “良种配良法,种上第二年就吃上‘山农酥’梨了。”对此,山东一禾农业开发有限公司总经理魏娟连连称赞。
  看到自己的研究成果受到认可,陈学森打心眼里觉得高兴:“能为行业发展和果农致富做点事,我觉得自己几十年的努力值了。”