遗传图谱、基因剪辑：看植物学家如何种葡萄
中科院植物所李绍华研究员在植物所葡萄园内查看新品种葡萄生长情况。新华社记者 全晓书 摄
新华社北京8月24日电（记者全晓书）8月，正是葡萄应季上市的时节。在中国科学院植物研究所内，一排排葡萄藤架上也果实累累，每排两端的牌子上写有品种名称，还未正式命名的就以数字编码代称。
这些葡萄，虽然味道“不同寻常”，却不会在市场上售卖。它们肩负着更为重要的使命，科学家们要用它们进行样本研究，从而培育出更多适合中国栽种的优质葡萄品种。
据中科院植物所研究员、葡萄科学与酿酒技术北京市重点实验室主任李绍华介绍，目前，植物所已选育出24个新品种，包括14个鲜食品种、7个酿酒品种和3个制汁品种，推广应用面积逾150万亩。
中国葡萄产业面临挑战
“六月食郁及薁”——中国最早关于葡萄的文字记载出现在《诗经》里，“薁”就是野葡萄。不过，今天我们所说的葡萄习惯上是指欧亚种葡萄，是汉朝时期经由西域传入中国的。
2015年，中国葡萄栽培面积达1198.5万亩，产量达1367.6万吨，分别居世界第二位和第一位。
不过，在李绍华看来，中国的葡萄产业虽然取得了巨大的发展，但仍然面临严峻的挑战。“现在中国广泛栽培的欧亚种葡萄起源于地中海气候地区，气候特点为夏季炎热干燥、冬季温和多雨。而中国主要为大陆性季风气候，夏季湿热多雨，病害较重，对葡萄果实发育不利；冬季又寒冷干燥，葡萄需要埋土防寒。”
李绍华指出，绝大多数外来品种对中国的气候条件适应性差，造成了种植成本高、葡萄品质低、树体寿命短等问题。
“特别是冬季埋土防寒，花费大量劳动力，同时由于不能采取固定树型，使葡萄种植不适宜机械化生产。在智利，机械化种植让每个农民平均可管理大约350亩葡萄园；而在中国，人均管理面积只有5到10亩。而且，欧亚种葡萄在埋土情况下，仍然频繁发生冻害。”李绍华说。
正是由于缺乏适宜于本国气候条件的优良品种，葡萄产业的附加值在中国还远远没有得到充分发掘。
中科院植物所科研人员在实验室里展示经液氮降温处理后的新品种葡萄的样品。 新华社记者 金立旺 摄
李绍华以酿酒葡萄为例，指出中国葡萄酒缺少特色，一个原因就是栽种的欧亚种品种较少，赤霞珠几乎占据了半壁江山，导致同质化现象严重。与此同时，中国人均葡萄酒消费量每年增长20%—30%，预计2020年人均消费将达2.5升。在此背景下，进口葡萄酒迅速占领北上广等一线城市，而国产葡萄酒的销量从2013年起大幅下滑。
“我们一直致力于培育出适合中国种植的本土品种，推动葡萄产业可持续发展。”李绍华说。
构建首张高密度遗传图谱
中科院植物所是国内开展葡萄科学研究最早的单位，从1954年就开始进行葡萄种质资源的收集与保存。
历经60余年，植物所目前建有占地面积2公顷的种质资源圃，保存了原产中国的具有较强抗寒旱性野生葡萄种13个、原产北美的野生种12个，共有葡萄品种（含杂交品种）450个。
“我们做了大量基础性研究。首现，我们运用自己创建或优化的方法，完成了对重要葡萄种质的果实糖、酸、色素、香气、白藜芦醇、单宁等品质特点以及抗寒、抗热等性状的系统评价，发掘了一批优异种质，提高了葡萄育种亲本选择的科学性；在此基础上，我们弄清了葡萄果实糖、酸、色素及香气等品质的主要遗传规律，构建了国际上首张葡萄高密度遗传图谱。”李绍华说。
在这一过程中，他带领的研究团队发现了很多有趣的现象，比如亲本果实的含糖量高低并不影响后代；而决定果皮颜色的花色苷则具有显著的遗传特性。
中科院植物所科研人员在实验室里处理新品种葡萄样品的粉末。葡萄样品经用液氮降温后磨成粉末放进离心机，可以开展葡萄的糖、酸、色素等成分分析、遗传规律揭示等一系列研究。 新华社记者 金立旺 摄
“再比如，葡萄的香气分为三大类：草莓香型、玫瑰香型和普通香型。如果要培育香气特别的品种，就要找到控制香气性质的基因在葡萄基因图谱中的位置。现在，我们已经找到了十几个控制香气的有效基因的位点，这将对未来育种产生重要作用。”李绍华说。
他的科研团队挖掘了大批控制葡萄果实品质和抗逆性的关键基因，包括部分调控抗寒旱及耐热性的关键基因，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与补充。
利用新技术，再加上多年实验，李绍华团队已经育成5个冬季无需埋土的防寒酿酒葡萄新品种。“我们也在培育抗寒的鲜食品种，但鲜食葡萄颗粒大一些更好，而鲜食品种和野生耐寒品种进行杂交，一代两代颗粒就会变得很小，可能需要三代四代甚至更长时间才能培育出来。”李绍华说。
中科院植物所李绍华研究员（左）和学生们观察酿酒新品种“北玫”的生长情况。 新华社记者 金立旺 摄
新品种推动农村经济发展
中科院植物所培育出的葡萄新品种中，酿酒系列以“北”字命名，鲜食系列以“京”字命名。
据介绍，酿酒新品种由原产中国长白山的高抗寒旱的野生山葡萄和欧亚种葡萄杂交选育而成，其中“北红”“北玫”已通过国家品种审定委员会审定。
“‘北’字号酿酒品种最北在新疆石河子和吉林临江不埋土栽培也能安全越冬，而且抗病能力强，可大幅减少农药化肥使用量。”李绍华说。
“京”字号鲜食葡萄品种则涵盖了不同颜色、不同香型的有核无核品种，可以满足消费者对葡萄多样化的需求。其中，“京亚”在全国的应用面积最大。据不完全统计，2016年，“京亚”在全国15个省市的栽培面积达102.7万亩，2014年到2016年三年间带来的经济效益达276亿元。
“河北省晋州市（县级市）1993年从中科院植物所引入100个‘京亚’，目前栽培面积达到5万多亩，亩收入超万元。其中，周头村人均年收入超过1.5万元，全村年总收入超过1亿元。”李绍华说，“新品种为农村经济和农民致富做出了贡献。”
他指出，植物所选育出新品种以后，会在宁夏、甘肃等地的实验基地进行试种，如果效果好，就会向周边地区进行推广。但是，受限于人力物力，加上中国对植物品种的知识产权保护还相对薄弱，推广工作并不充分，新品种在全国葡萄栽培面积中所占的比例还偏小。
“葡萄抗旱性好，有利于节水环保，葡萄酿酒产业也基本可实现无污染，具有很高的产业附加值。我希望，更多适合中国本土栽培的新品种能够走向市场，产生品牌效应，带动更多的农民脱贫致富。”李绍华说。
