分子育种让一“带”更比一“带”强
科技日报,2013-05-16,作者：陈萌
近日，农业部公告公布了经全国水产原种和良种审定委员会审定通过的7个水产新品种。中国海洋大学与福建省霞浦三沙鑫晟海带良种有限公司、福建省三沙渔业有限公司、荣成海兴水产有限公司联合培育的“三海”海带获得国家水产新品种证书。该品种具有耐高温、高产和广适性等优点，已在我国渤海、黄海、东海和南海沿海进行了大规模养殖推广，主产区平均亩增产达30%以上。
优势王牌
目前藻类栽培范围纬度跨度最大的海带 5月的浙江温州苍南霞关海区一片繁忙景象，海带养殖户们正忙着将种植的“三海”海带收割。“我们是去年底把‘三海’海带分苗下海的，经过4个多月的养殖，条绳产量达到40多公斤。”海带养殖户王福军说，新收的“三海”海带口感鲜、嫩、脆，倍受市场青睐，年初就有客户前来收购。
口感鲜、嫩、脆还并不是“三海”海带最突出的优势，良好的环境广适性才是“三海”的王牌。
据“三海”海带培育者之一、中国海洋大学海洋生命学院副教授刘涛介绍，海带生长主要受到海水温度、透明度、盐度、光照时数、氮磷营养物质、水流速度等多方面环境因素的影响。其受环境影响的情况类似于粮食作物和蔬菜。但与陆地种植业不同的是，在近海养殖过程中，海带容易受到近海水文条件多变的影响，甚至仅间隔几十米的距离，环境条件都有可能发生较大变化。另外，我国部分海域容易受到台风、风暴潮等影响，这些也是海带养殖面临的主要灾害。
然而经过连续多年的多点测试，“三海”海带稳定表现出栽培环境适应能力强、耐高温和高产性状突出等综合特点，使其可栽培养殖范围北起辽宁大连，南至海南临高，是目前为止国际藻类栽培范围纬度跨度最大的养殖品种。目前已累计推广面积达19余万亩，创社会经济效益近20亿元。在福建、山东等海带主产区养殖增产效果达到30%以上，可作为我国海带养殖业品种更替的当家品种。
此外，“三海”海带生物固碳效应对比提高10%以上，作为海参饲料的总蛋白含量提高30%以上，并已在山东省的青岛崂山、荣成俚岛，以及浙江宁波象山、福建莆田平海、广东汕头南澳等海区进行了综合示范应用，取得了良好的生态渔业综合效应，深受渔业用户及海洋与渔业管理部门的好评。
诞生原因 - “荣福”不适南方海区促使新种培育
就像每一个成功的男人背后都有一个女人一样，每一个新品种海带的背后也有另外一种海带。说起“三海”海带的培育初衷就不得不说到另外一种海带——“荣福”。因为“三海”是在“荣福”耐高温、高产性状的基础上，进一步通过杂交、分子辅助选择培育出来的。
2004年6月，中国海洋大学、荣成海兴水产有限公司与福建省三沙渔业有限公司、广东汕头市水产研究所等单位联合将“荣福”海带引进到福建、广东等海域进行驯化、繁育和养殖推广。“荣福”海带具有耐高温、叶片生长速率较快、叶长、干鲜比（干燥后的海产品与鲜活状态时的重量比例）优势明显等特点，其平均产量（干品）可较一般海带增产10%，对于进一步促进和发展南方海带养殖业良种化、高效化发展发挥了积极作用。
然而在南方海域的推广养殖过程中刘涛等人发现，由于南方海区栽培周期短（约为100—180天），栽培海区透明度低，且南方地区4月中下旬开始普遍降水偏多，使得“荣福”无法充分发挥其叶片生长速率、叶片长度、干鲜比等方面的优势。因此，他们决定进一步对 “荣福”进行育种改良，培育一种既能像“荣福”那样耐高温、高产、干鲜比高，又比“荣福”叶片宽度大、产量高，并且快速生长性能以及在浑浊海区生长性能进一步提高的海带品种。
育种方法 - 线粒体基因分析、TRAP标记技术加速品种纯化
有了培育的目标方向，下一步就是选择培育的方法了。以前研究人员做育种一做就是十几年甚至几十年,但是现在利用已有的种质资源进行杂交组配，依靠前期大量的杂交育种和选择育种数据进行育种预测，则可以大大提高育种成功率，实现高效率育种。
刘涛说，“荣福”海带具有耐高温、高产和干鲜比高的性状，而其母本福建种群海带则具有藻体宽、成熟晚的特性，因此，他们将“荣福”海带与其母本福建种群海带进行杂交，因“荣福”海带的亲本之一就是福建种群海带，因此两个近缘种群杂交，可避免常规杂交育种的变异范围大、不容易控制等问题，在保持“荣福”海带现有性状的基础上，进一步改良其他目标性状。
杂交育种和选择育种相结合，子二代将会出现性状分离的现象。所谓性状分离是指具有一对相对性状的亲本杂交，子一代全部个体都表现显性性状，子一代自交，子二代个体大部分表现显性性状，小部分表现隐性性状的现象。例如，将纯种开红花的豌豆与开白花的豌豆杂交，杂种一代的全部植株都是开红花。让杂种一代植株进行自花传粉，得到杂种二代个体，其中会有一部分豌豆开红花，一部分开白花。这种在杂种后代中显出不同性状（如开红花和开白花）的现象，就叫做性状分离。
而对于“荣福”海带与其母本福建种群海带进行再次杂交，则因其性状差异度小，无法依靠外观的表型性状进行子代的鉴别。也就是说没有像豌豆开红花和开白花那样明显的外观区别。“因此我们开发了线粒体基因分析技术和TRAP（靶位区域扩增多态性）标记技术，开展海带分子辅助选择工作，有效地选择出了目标群体，加快品种纯化速度，最终为培育‘三海’海带打下了坚实的基础。”
刘涛进一步解释说，线粒体是生物细胞内细胞器，其含有独立的遗传体系（DNA），通常情况下是母系遗传（子代的基因与母本相同）。对其进行基因测序和序列比对，能够准确地对其母本进行鉴别；同时，还可以考察子代与亲本的变异情况。在“三海”海带线粒体DNA上有一段序列是与母本福建种群海带完全相同，但与其他所有海带品种都不同的特征序列。通过对这段线粒体基因分析，可以准确地鉴别其他海带品种。
TRAP标记技术是DNA分子标记技术的一种，可以对功能基因进行选择和鉴定，具有较高分
辨能力，能够对具有密切亲缘关系的群体进行准确地鉴别；同时，由于其鉴别DNA序列是具有功能的基因，因此以TRAP技术在杂交群体中进行目标群体的选择，一方面可以对不同群体的遗传类型进行快速、准确的区分，同时还可以对具有相同基因序列特征（功能基因）的群体进行鉴别。
育种变迁 - 群体选育到分子育种从宏观到微观
“‘三海’海带品种的培育标志着海带遗传改良技术已从群体选育、细胞工程育种正式迈入分子育种新时期。”刘涛说，育种技术发展始终伴随着生物技术不断发展而不断实现新的突破。我国是世界上最早开展海水养殖生物遗传育种研究的国家，并一直以来维持着海带育种强国的优势地位。群体选育、细胞工程育种和分子育种实际上是针对不同生物层次开展的，具有从宏观到微观发展的历程。
他指出，群体选育是针对个体性状差异选择其中优良的个体作为亲本，繁育其子代以获得更为突出的性状优势；细胞工程育种主要是植物组织细胞离体培养，在体外培养的植物细胞在初分化后有两个可能，一种是形成完整植株，另一种是形成具有植物胚特征的个体，后一种加上人造种皮等后续工序处理后就成为人造种子；而分子育种则是将基因工程用于育种工作。育种技术从宏观到微观的发展，实际上是在对生物机制和遗传背景深入了解和掌握的情况下，提高研究精细程度和效率的具体表现。
我国50年代末期至70年代中期，以群体选育（选择育种）为主要技术手段，但主要的问题在于无法扩大原有亲本群体的性状变异范围；而70年代末期至21世纪初期则主要是以细胞工程育种，以及细胞工程育种结合选择育种进行新品种的培育，这样可以实现不同物种、不同群体和不同个体之间的遗传交流，扩大可选择利用的性状范围；而“三海”海带品种的培育，则是首次将分子技术应用于亲本选择鉴定，可在大量的子代个体中，准确高效地选择出目标个体，应用于进一步的性状改良，这是一次重要的应用技术突破。
“将来海带育种则会直接对性状决定基因进行选择，甚至可以对育种性状表现情况进行早期预测，这将大幅度提高育种效率，甚至可以像现代生活中的商品定制一样，根据不同养殖户的需求定制生产特殊的海带品种。”刘涛这样描述海带育种的未来。
“带带”相传 - 品种始终围绕海带消费品需求不断发展
在常人看来海带是一种普及范围较广、价格低廉的海水养殖种类，然而在中国海洋大学却有一批人把它当成孜孜以求、探索不已的“宝贝”，从“海青一号”到“海青三号”，从“单海一号”到“远杂十号”，从“荣福”到“爱伦湾”，海大人长年累月、代代相传地从事着海带遗传育种工作，到“三海”海带已是中国海洋大学培育的第十个海带新品种了。
为什么海大人要不断地培育新的海带品种呢？
“在可养殖面积有限，养殖技术、养殖方式长期稳定的情况下，持续进行品种改良，提高其产量和品质，是农业增产增收、转变农业生产方式的主要途径。根据估算，品种改良对农业增产贡献率超过了70%。”刘涛说，“我国海带育种工作始终围绕着海带消费品需求变化而不断发展。”
20世纪50年代，我国在世界上最早实现了海带全人工养殖生产，50年代至80年代末期，碘缺乏症——“甲状腺肿”在我国比较普遍，因此那时的海带育种重点解决的是稳产和高碘性状的改良，服务于解决碘生产原料问题；而90年代至21世纪早期，海带品种改良的重点则是针对高产和高褐藻胶性状的改良，以满足我国褐藻胶、甘露醇工业发展的原料需求；2005年以来，随着我国鲍、海参等海洋动物养殖业的快速发展对饵料需求的激增，以及国内海带食品市场规模的不断扩大，以高产、抗逆性状（植物具有抵抗不利环境的某些性状）改良为目标的品种改良工作则成为当前工作的重点。
刘涛指出，正是由于海带品种改良工作的持续进步，使我国始终维持着全世界最高的海带养殖产量（占全球总产量的70%以上）；同时，满足了我国不同时期海带养殖、加工产业的需求，使我国拥有全球最大的海带加工产业集群，在海带化工、海带食品方面位居世界首位，并且是全球海带各类加工品的第一出口大国。
