中國農業科學院有關人士細說“黃瓜項目”——

一根黃瓜為何獲得兩項大獎

經濟日報·中國經濟網記者 常 理

如何培育出好吃又高產的黃瓜，不僅老百姓關心，我國蔬菜科研工作者更關心。在不久前剛結束的國家科學技術獎勵大會上，中國農業科學院“黃瓜基因組和重要農藝性狀基因研究”，以及“黃瓜優質多抗種質資源創制與新品種選育”兩個項目，分別獲得國家自然科學二等獎和國家科技進步二等獎——一根黃瓜一鳴驚人，一舉獲得兩項國家獎

黃瓜是我國第一大設施蔬菜，年播種面積約1500萬畝，約占世界播種面積的50%。規模雖大，產量雖高，但消費者也常抱怨：“黃瓜越來越沒有黃瓜味兒啦”“沒有小時候的口感了”……

那么，中國農業科學院的“黃瓜項目”為何能一次榮獲兩項國家獎？這背后有怎樣的故事？經濟日報記者日前采訪了兩個項目的負責人——黃三文和顧興芳。

揭示黃瓜“身世”

黃瓜在2000多年前來到中國，2009年，研究團隊破譯了黃瓜的基因組遺傳密碼——黃瓜由此成為全球首個被破解基因密碼的蔬菜作物

黃瓜屬葫蘆科，原產于印度。最早的黃瓜呈圓形，外表長有黑刺，巨苦，無法食用。經過長達3000多年的馴化，黃瓜最終變身成為人們喜愛的蔬菜。黃瓜來到中國是在2000多年前，據《本草綱目》記載，張騫出使西域并帶回了一種名為“胡瓜”的蔬菜，這就是我們今天的黃瓜。

中國農業科學院蔬菜花卉研究所研究員黃三文及團隊的研究成果，為這一歷史事件提供了有力的科學依據。2009年，團隊利用新一代基因組測序技術，破譯了黃瓜的基因組遺傳密碼，打開了探究瓜類作物多樣性和功能基因的大門，黃瓜也由此成為全球第一個被破解基因密碼的蔬菜作物。

研究人員發現，黃瓜共計有2.3萬多個基因，是目前已知開花植物中基因數目最少的。在數千年的馴化過程中，黃瓜種質主要演變成4個類群：印度、西雙版納、歐亞和東亞類群。其中，印度類群包含野生變種和原始栽培群體，其他3個類群為栽培群體，是在印度經過初步馴化后分別傳播到不同地區產生的。

“在仔細研究黃瓜基因組之后，我們發現，東亞類群與印度野生類群的分離時間約為2000年，這與《本草綱目》中記載的史實驚人地相符。”黃三文說。

在農業生產中，通過遺傳育種學來改良作物，提升其產量、品質，是最為重要的科學手段之一。過去很長一段時期，國內外黃瓜遺傳育種研究一直落后于番茄、白菜等主要蔬菜作物。“黃瓜一直沒有完整的分子標記遺傳圖譜，最好的遺傳圖譜只有200多個分子標記(大部分是不可移植的標記)，這嚴重限制了黃瓜遺傳育種研究。”黃三文介紹，黃瓜是甜瓜屬的66個物種中唯一單倍體染色體數目為7的物種(其他均為12)，基本上無法通過有性雜交來與同屬的其他物種開展遺傳物質交流——通過常規技術手段開發黃瓜標記非常困難。

“因此，只有通過基因組學這一工具，才能系統研究種質資源的遺傳變異，并建立重要農藝性狀基因高效鑒定的體系，由此，黃瓜生物學研究才有可能深入，分子設計育種才有可能實現。”黃三文說。

多年來，研究團隊在黃瓜基因組和染色體演化、種群遺傳變異規律以及重要農藝性狀形成的分子機制等方面開展了系統研究。他們的成果不僅給黃瓜等葫蘆科作物基礎生物學以及分子育種研究提供了全新知識框架和工具平臺，還推動了我國蔬菜基礎生物學，以及植物代謝調控研究進入國際先進水平，實現了我國蔬菜基因組學研究從跟跑到領跑的跨越。

關上苦味“開關”

科研團隊研究發現了控制黃瓜苦味物質合成的兩個“開關”——一個控制果實，一個控制葉片，由此揭示了植物次生代謝精確調控的新機制

如今，我們所吃的黃瓜香脆可口，略帶甘甜。而實際上，過去的黃瓜并不都是如此美味的。上世紀90年代以前，尤其在南方地區，人們經常能吃到很苦的黃瓜。以前大家普遍認為，味道苦是因為缺水。這個說法合理嗎？

黃三文表示，這個結論是對的，但缺水只是表面現象。更深層次的原因在于：黃瓜中能夠合成一種叫做“葫蘆素C”的物質，它是導致果實變苦的“元兇”。而這種物質只有在黃瓜遇到不利的生存環境下才會分泌，比如干旱、高溫、土壤鹽堿化，等等。

研究人員還發現，葫蘆素C是一把“雙刃劍”。雖然它使得果實變苦，但同時也讓黃瓜的葉片變苦，從而有效防止害蟲的侵襲。“以前一些發達國家的做法是，將控制黃瓜分泌葫蘆素C的總開關關上。這樣的好處是黃瓜沒有了苦味，但壞處是無法抵御蟲害了。”黃三文說。

“而我們通過研究黃瓜的基因組，發現控制黃瓜苦味物質合成實際上存在兩個‘開關’——一個控制果實，一個控制葉片。如果只將控制果實的開關關上，將控制葉片的打開，不就可以實現黃瓜不苦而且葉片抗蟲了嗎？”黃三文及團隊提出了這樣的設想。

事實證明，這個推理是正確的。這一發現不僅揭示了植物次生代謝精確調控的新機制，也為培育高產優質抗蟲黃瓜新品種提供了分子育種方案。

據了解，該項目成員陳惠明研究員基于上述成果，開發了不苦基因和強雌基因分子標記，通過分子育種培育了“蔬研2號”“蔬研5號”“蔬研12號”等黃瓜系列品種，成功解決了華南黃瓜品種變苦而喪失商品價值的生產難題。

實現“優質多抗豐產”

為將黃瓜科研成果落地、造福百姓，中國農業科學院先后育成了8個不同生態型的新一代優質多抗黃瓜新品種，新增社會經濟效益近百億元

什么樣的黃瓜品種才是好品種？

“優質、多抗、豐產。”中國農業科學院蔬菜花卉研究所研究員顧興芳用簡短的幾個字概括了好黃瓜品種的特點。

自上世紀90年代起，顧興芳就帶領團隊把注意力放在黃瓜科研成果落地、造福百姓上。他們先后育成了8個不同生態型的新一代無苦味、有光澤、抗病毒病、黑星病等優質多抗黃瓜新品種，引領了密刺型黃瓜的高品質育種方向，成為我國黃瓜品質育種的標桿。他們通過對黃瓜進行抗病、抗逆、質量性狀遺傳及其機理的探索和解析，進行了大量相關技術開發和試驗，為遺傳育種研究奠定了堅實的基礎。

與十字花科、茄科等蔬菜作物相比較，葫蘆科蔬菜的生育周期短。以黃瓜為例，一年之中，黃瓜的播種茬口最多可以達到6次，遠遠高于部分蔬菜的2次到3次。尤其在夏季，溫室大棚內的溫度要比外面平均高8℃至10℃，酷熱難耐。

而顧興芳團隊的工作人員需要為試驗田內十幾畝地的黃瓜逐一人工授粉、選種，觀察并記錄生長情況。蔬菜花卉所在北京有4處試驗田，團隊成員每周穿梭于各農場，從早忙到晚。

“每年從4月份一直到11月份，經常是早上六七點上班，晚上六七點下班。尤其每年‘五一’‘十一’假期，正是授粉旺季，大家總是積極主動加班，頂烈日、冒酷暑，盡職盡責完成科研任務。”項目組成員張圣平如是說。

在團隊數十年如一日的共同努力下，育成的8個黃瓜新品種商品性突出，符合百姓對高品質黃瓜的需求，受到了消費者青睞。而且，新品種不僅比原主栽品種平均增產10%以上，還在生產中減少農藥使用量約20%。其中，“中農16號”是北京、遼寧、黑龍江、天津、河北等省市的主栽品種，占北京市春秋大棚和露地黃瓜總種植面積的65%和55%；“中農26號”則為遼寧省日光溫室種植面積最大的黃瓜品種，占瓦房店及錦州兩地日光溫室黃瓜種植面積的80%以上。

據顧興芳介紹，目前，團隊培育的新品種在27個省區市累計推廣1187.9萬畝，新增社會經濟效益91.61億元。

常 理

[責任編輯：楊凡、穆楠]

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