廣東煙草種質資源創新與利用研究進展

馬柱文，陳俊標，袁清華，黃振瑞

（廣東省煙草育種與綜合利用工程技術研究中心/廣東省農業科學院作物研究所/廣東省農作物遺傳改良重點實驗室，廣東 廣州 510640）

煙草種質資源是煙草新品種選育、原始創新及其生物技術產業化的物質基礎，是保障煙葉生產安全的戰略性資源，是極其寶貴的自然財富［1］。目前，我國煙草種質資源保存數量位居世界前列［2］。煙草原始創新、新品種選育及其生物技術產業化的成效，取決于所掌握種質資源數量和對其差異性狀表現及遺傳規律研究的深度，而突破性進展往往依賴于特殊種質資源的發現與利用。掌握的煙草種質資源范圍越大，性狀越豐富，實現創新目標的可能性越大。發達國家非常重視種質資源的收集、保存和研究工作，將種質資源作為重要的戰略物資加以保護和利用，目前種質資源已成為全球競爭的重要砝碼［3］。

廣東煙草種植有400余年歷史，各地生態環境千差萬別，經過長期的自然選擇和人工篩選，形成一大批珍貴的地方煙草種質資源。南雄、鶴山、五華、清遠與廉江等名優曬煙資源，經輕工部煙草工業研究所評吸，根據香型和用途可分為近烤煙型、近香料煙型、調味型、近白肋煙型和亞雪茄型等五大類型；而煙葉工業配方試驗發現，廣東曬煙香濃勁大，味道純凈，焦油煙堿比低，類型和風格豐富，多適于作烤煙型、混合型卷煙原料使用。隨著廣東特異種質資源不斷深入研究，發揮其特性，逐漸成為發展“中式卷煙”的優質特色原料。

煙草種質資源遺傳多樣性豐富，調制類型多樣，且具有公益性、基礎性和不可再生性等特征。長期以來，種質資源的工作重點一直停留在收集、保存與鑒定等方面，高產、優質、多抗、高效等關鍵功能基因的發掘與利用相對滯后，突破性新種質匱乏以及特有基因資源流失嚴重等問題凸顯，煙草種質資源相關的研究工作任重而道遠。為了解廣東煙草種質資源研究現狀，本文介紹了廣東煙草種質資源國內外收集、保存的基本情況，闡述了煙草種質資源的分類、鑒定評價及種質創制與利用等方面的研究進展，概述廣東生態環境下煙草地方種質資源的風格形成與發展現狀，在此基礎上，對目前種質資源繁種更新、精準鑒定、遺傳群體研究和種質創制等方面進行展望。

1 煙草種質資源概述

1.1 廣東煙草栽培簡史

煙草產地主要以亞洲為中心，地域范圍較廣，分布在45°N～30°W之間，遍及亞洲、南美洲、北美洲、非洲及歐洲等［4-5］。隨著分子生物學在煙草分類研究中不斷深入及廣泛應用，Knapp等［6］將煙屬劃分為76個種。而煙草在我國傳入與發展大致順序為晾曬煙、黃花煙、烤煙、香料煙、白肋煙［7-8］。廣東是我國栽培煙草較早的省份之一，煙草傳入廣東的時間眾說不一，據史書記載，在明萬歷年間（1573—1620年）已開始有煙草種植，煙草傳入廣東的路線有3條：一是由菲律賓直接傳入福建、廣東；二是由菲律賓傳入澳門，經臺灣傳入福建、廣東；三是由南洋或越南北部傳入廣東。在此數百年栽培過程中，在廣東形成了多種調制類型、香吃味風格特征不同的大小名煙。2003年在國家煙草專賣局公布的《名晾曬煙名錄》中，南雄、始興、封開、連州的曬黃煙和廉江、高州、化州的曬紅煙仍榜上有名［9］。

1.2 煙草種質資源的收集、保存

國內外煙草育種家對煙草種質資源的收集與保存十分重視。美國曾先后多次派考察隊到煙草起源中心搜集古老類型的煙草種質和野生種，利用收集的煙草種質資源選育高抗青枯病的TI448A和高抗線蟲病的TI706。值得一提的是，日本現收集的煙草野生種-川上煙草就是1960—1970年到南美洲考察時發現的［10-11］。我國煙草育種家也一直非常重視作物種質資源的收集工作。20世紀50年代初，進行了第1次煙草種質收集，共收集煙草資源3 000余份。其后，在云南、湖北、四川、海南、廣東等地進行了煙草種質資源的補充收集，并每年陸續從國外引進一些使用價值較高的優良種質［12］。

廣東省農業科學院作物研究所于20世紀50年代初期開展煙草種質資源收集工作，經過幾代人的不懈努力，廣泛搜集、整理、鑒定國內外煙草品種資源，至今收集了煙草種質資源1 000多份，特有資源300多份，是我國煙草資源的主要保存單位。目前是國家煙草專賣局重大專項“中國煙草種質資源平臺建設”項目的成員單位之一［13-14］。

2 煙草種質資源研究進展

2.1 煙草種質資源分類

目前，我國保存煙草種質資源數量達5 767份，居世界第1位，群體遺傳多樣性豐富［15］。普通煙草（Nicotiana tabacumL.）和黃花煙草（Nicotiana rusticaL.）可直接應用于栽培種植。煙草種質資源以調制方式及植物學特性可分為烤煙、曬晾煙、白肋煙、香料煙、雪茄煙、黃花煙和野生煙等類型［16］。

2.2 煙草種質資源評價與鑒定

自2007年正式實施“中國煙草種質資源平臺建設”重大專項以來，我國煙草種質資源評價與鑒定研究得到較快發展，現階段已完成大部分煙草種質農藝性狀和植物學性狀的評價與鑒定；部分煙草種質的外觀質量評價、化學成分分析以及原煙的香吃味評價；而在抗性鑒定方面，篩選出NC82、巖煙97、G-168等400多份抗煙草黑脛病、青枯病、根結線蟲病等病害的重要抗源［17］。而在鑒定方法上，表型鑒定和分子鑒定相結合可以更加準確地鑒別新收集到的種質，SSR標記數量豐富、多態性高且價格較為低廉，與SNP 標記相比在進行種質資源遺傳多樣性分析和資源鑒定時結果基本相符［18-20］。

2.3 煙草種質資源創新與利用研究

2.3.1在品質育種中的利用 Orinoco是一個香味和吃味較好的美國品種，美國育成的一系列優質烤煙品種如NC95、NC567、Golden131、SC72、Va116、K326、ClemsonPD9、PD88、McNair944、Reams158、K394、NC60、Va102、McNair373、Coker298、NC85、Coker176、G80等都或多或少與其有血緣關系［21］。

我國利用400、Yellow Mammoth、NC82、G28、K326等育成了永定一號、龍巖C4、廣黃10號、閩煙4號、紅花大金元、云煙2號、中煙9023、中煙101、吉煙1號、遼煙11、CV87、廣遵四號、中煙100、單育3號、中煙86、遼煙15、廣遵2號、云煙87、云煙317、貴煙4號等一大批品種［22］。1988年，廣東省農業科學院作物研究所利用雄性不育系MsG28為母本、K326為父本育成了雄性不育雜交一代品種廣遵2號，成為我國審定的第一批烤煙雄性不育雜交品種［9］。我國地方烤煙品種金星6007不僅在生產上發揮了巨大作用，以其為親本，還育成了中煙14、春雷三號、中煙90、中煙15、廣黃55號、龍煙一號等一批品種［23］。

戴冕等［24］從清遠地方品種系選育成的曬紅煙品種“金英”，在廣東曬紅煙名產區鶴山推廣使用，產量增加15%以上，1、2級煙葉增加10%以上，每667 m2純收入增加101%，成為當時粵中曬紅煙產區的當家品種，長達30年之久。利用“塘蓬”和廣東南雄地方品種“大葉青梗”（近烤煙香型），育成的曬黃煙品種“81-26”，適應性廣，抗白粉病、青枯病能力強，曬制后葉色黃亮，光澤鮮明，油潤豐滿，青煙率低，具有獨特的香氣。在南雄、連縣、封開的區試中，平均每667 m2產量121.3 kg，比對照種“青梗”增產41%，均價提高8.6%。利用“塘蓬”和“400-7”育成的高產、優質、抗白粉病曬紅煙新品種“廣紅5624”（屬于亞雪茄香型），其單產比對照種金英增加10.6%，品質提高11.1%［9］。

2.3.2在抗病育種中的利用 煙草黑脛病：目前發現的煙草黑脛病抗源主要有4個，分別是雪茄煙品種 Florida301和 Beinhart1000-1、野生種藍茉莉葉煙草（N.plumbaginifolia）和長花煙草（N.longif lora）。國外育成的Coker139、Coker319和G28，國內育成的革新四號、春雷三號、中煙14、中煙15、云煙2號等抗黑脛病品種的抗性主要來自Florida301。NC2326及其衍生品種的黑莖病抗性來自藍茉莉葉煙草，L8的抗性來自長花煙草［21］。

煙草青枯病：美國學者從外引品種中篩選出高抗青枯病品種TI448A，中抗品種TI79A、Xanthi、79-X和Sumatra R，由于TI448A具有最高抗性，且品質較好，故成為選育抗青枯病煙草品種的主要抗源，1945年育成第一個抗青枯病烤煙品種Oxford26，進而育成Coker139、NC95、G28、Coker319、Coker258、Coker347、NC60、NC50、Oxford940、K326等多個抗青枯病品種［21］。日本從地方品種中篩選出抗青枯病品種Sumatra C、Awa、Hatano、Kokubu、Odaruma、Kirigasaku和Suifu。Awa、Hatano、Kokubu與Odaruma等品種的抗性受主效基因Rps控制；高抗品種Enshu和Hatanodaruma的抗性不僅受Rps基因控制，還受多基因影響；中抗品種Kirigasaku、Suifu的抗性由微效多基因控制。日本以Hatano為親本選育出HatanoW、BHA21-3、W6等抗青枯病品種［9］。大葉密合是在廣東封開縣主栽曬煙品種，為名優晾曬煙品種之一，對青枯病具有較強且穩定的抗性［25］。SSR遺傳圖譜分析顯示大葉密合的6個QTL不同于已發現的抗源［26］。

煙草普通花葉病毒病（TMV）：煙草普通花葉病毒病（TMV）抗源研究主要集中在普通煙草品種Ambalema和野生種N.glutinosa兩個資源上，前者的抗性由2對隱性基因（rm1、rm2）控制，后者的抗性由顯性單基因控制。N.glutinosa的抗性成功轉移到普通煙草后育成Vamorr 48、Vamorr 50、Kentucky 56、Burley1、Burley 21、Ky 151、NC567、Reams158等煙草普通花葉病毒病（TMV）抗性品種［21］。

煙草黃瓜花葉病毒病（CMV）：美國學者把來源不同的7個抗花葉病基因結合在一起，即N.glutinosa的N基因，Ambalema的rm1、rm2基因，TI245的t1、t2基因以及印度煙草品種Henika的G1、G2基因，選育出抗花葉病品系GAT。臺灣學者以GAT為抗源選育出TT6、TT7等抗CMV烤煙品種［27-28］。廣東省農業科學院作物研究所先后用KY56、金英、塘蓬、6208、廣黃21、TI245、75-81等煙草種質資源進行多交，經過多代加壓選擇，育成3個高耐CMV品種C151、C152和C212，溫室接種鑒定和田間接毒試驗證明，其耐性均優于TT6、TT7，且發現C151接種TMV病毒后呈過敏枯斑反應而無系統感染，是一個兼抗TMV和CMV的品系［9］。

煙草白粉病：Kokbu是中抗白粉病的日本曬煙種質資源，其抗性基因屬于重復隱性基因，利用其抗性育成Kutsaga51E、KutsagaE1、Kutsaga110、TL33等烤煙品種和Banker102等白肋煙品種［29-30］。廣東省農業科學院作物研究所從廣東廉江地方農家品種中系統選育出曬紅煙品種塘蓬，該品種對煙草白粉病免疫，其抗性由隱性單基因控制。隨后以塘蓬為親本育成廣紅5624、81-26、廣黃54等高抗、優質品種［9］。

2.3.3綜合利用研究 （1）煙葉廢棄物提取綜合利用：我國在煙葉廢棄物的研究應用上處于領先地位，經研究發現煙葉中含有多種化合物，包括生物堿、茄尼醇、蛋白質、有機酸等物質。其中，煙堿、茄尼醇、植物蛋白是煙葉廢棄物提取綜合利用的主要物質。國內近幾年對煙堿提取也相當重視，特別是煙堿的經濟價值得到市場肯定后，在提純分離方面開展了不少工作，也取得了一定進展［31-33］。茄尼醇是一種重要的醫藥中間體，是泛醌類藥物中間體不可替代的成分，是合成維生素K的側鏈和輔酶Q10以及合成抗潰瘍藥物、抗癌藥物不可替代的天然原料，在醫學上用途廣泛。所以從廢次煙草中提取茄尼醇，不僅能獲得一種重要的醫藥原料，還可以提高煙草工業附加值［34-36］。早在20世紀70年代，美國科學家就開始利用新鮮煙葉提取植物蛋白的研究，發現煙草的蛋白質含量達10.68%，與玉米、甘蔗等作物的蛋白質含量相當，按當時美國大豆種植產量水平測算，每667 m2密植煙草獲取的植物蛋白約為大豆的4倍［37-39］。

（2）廢棄煙桿制備多孔碳材料：近年來，生物質碳在農業、環境、能源等領域受到廣泛關注。生物質材料在無氧環境下經過高溫焙燒工藝即可得到生物質碳。煙桿作為煙草生產過程中的一種廢棄物，成本低廉，如能作為生物質多孔碳材料制備鋰離子電池負極材料，不僅能解決其廢料處置的難題，還能為新能源材料提供新思路，變廢為寶，實現資源的最大化利用，減緩我國資源缺乏問題。袁清華等［40］利用廣東曬煙品種81-26煙株莖桿制備多孔碳材料，比表面積及電化學性能表現極佳。

3 廣東地方煙草種質資源的風格形成與發展

3.1 種質資源類型主要分布及特點

廣東地方種質資源的形成是廣東煙草生產栽培不斷發展、變遷的結果［41］，在明萬歷年間（1573—1620年）即開始有煙草種植，是我國栽培煙草最早的省份之一。在此數百年間，經過長期的自然選擇和人工篩選，在廣東生態環境下形成了多種調制類型、香吃味風格特征不同的大小名煙。廣東歷史上的名優晾曬煙有：南雄的“黃坑”、“烏逕”、“楊梅坑”、“谷樹塘”、“黃泥塘”、“珠黃塘”、“清水塘”曬黃煙及始興的“馬市煙”，以煙葉色澤金黃，香醇馥郁，余味舒適，燃燒性強，煙灰潔白，尼古丁含量適中等優點而享譽國內外。封開的“漁撈煙”，煙葉具有吃味勁頭大，香氣特殊、量足、質好，燃燒性強，煙灰潔白、凝聚力強，葉片厚，彈性強，中上部煙葉呈深黃色和紅褐色相間虎皮斑等特點。連縣的“星子煙”、“孔塘煙”和連山的“大旭煙”、“福堂煙”，因煙葉顏色深黃，光澤鮮明，具有“濃、香、醇”的特點和勁頭較大、香味濃郁獨特、吃味醇和飽滿的風格而享譽中外。廉江的“長山煙”、“塘蓬煙”，屬亞雪茄型曬煙，煙葉具有顏色紅褐、光澤鮮明、組織細致、香氣足、勁頭較大、燃燒性強、煙灰白的特點。鶴山的“云蓼”、“雅窯”曬紅煙以煙葉色澤鮮明紅亮，油分充足，醇香濃烈，久儲不變而著稱于世。著名的晾曬煙還有高州“根子煙”，清遠“源潭煙”，新會“杜阮煙”，從化“龍潭煙”，電白“羊角煙”，增城“派潭煙”、普寧“流沙煙”、仁化“長江煙”、“丹霞煙”，云浮“白石煙”，羅定“連碑煙”，五華“安流生切煙”、“周江煙”，豐順“潘田煙”，平遠“仁居煙”，懷集“谷嘴煙”，新興“天堂煙”，陽春“春灣煙”，陽江“儒洞煙”，乳源“桂頭煙”等。2003年在國家煙草專賣局公布的《名晾曬煙名錄》中，南雄、始興、封開、連州的曬黃煙和廉江、高州、化州的曬紅煙仍然榜上有名（表1）。

表1 廣東近60年各類型煙區及主栽品種Table 1 Various types of tobacco areas and main varieties in Guangdong Province in recent 60 years

3.2 廣東育成主要煙草新品種（系）

廣東煙葉生產隨著烤煙主導地位的確立，烤煙面積不斷擴大，曬煙面積和產量隨之逐漸減少，但在廣東部分地區至今仍有曬煙種植，如南雄、連州、封開等地的曬黃煙和廉江的曬紅煙。其中，廉江的曬紅煙主要出口海外。廣東近60年先后育成煙草新品種（系）有25個（表2）。

4 展望

煙草種質資源是煙草新品種選育和煙葉生產的物質基礎，我國在煙草種質資源收集與保存、鑒定評價、種質創新等方面都取得了較快發展［41-42］。展望未來，煙草種質資源研究將圍繞探索種質資源遺傳多樣性和提高資源利用效率兩個方面進行。

4.1 設立專項內容保證煙草種質資源繁種更新年度任務穩定有序開展

煙草種質資源具有公益性、基礎性和不可再生性等特征，現階段種質資源保存方式主要以種子形態在特定環境中進行保存。種子發芽率隨著保存時間增加而逐漸下降，需要及時進行繁種更新，保證種子活力。為了有效地保護所收集種質資源，應設立專項內容按照計劃分年度進行繁種更新，特別是珍稀、瀕危、特有資源與特色地方品種，以保證煙草種質的長期保存。

4.2 加強種質資源精準鑒定與深度挖掘將助力資源向育種利用的快速轉化

煙草種質資源研究工作主要集中在調查與收集、保存與評價、整合與共享三方面。對具有優異性狀的種質資源進行重要性狀表型和基因型精準鑒定及綜合評價，構建表型與基因型數據庫關鍵平臺，破除數據孤島現象，實現數據關聯共享，挖掘高產、優質、廣適、多抗、養分高效利用、適宜機械化等重要性狀突出的育種材料，可有效解決我國煙草種質資源豐富但育種親本相對貧乏、育種遺傳基礎狹窄、種質資源利用效率低等問題。

4.3 提高種質創制效率

目前，煙草種質資源遺傳基礎研究較薄弱。煙草育種工作主要靠多親本多組合大海撈針的方式進行，攤子鋪得大，成效取得少［24］。基于CRISPR-Cas9的煙草基因編輯技術日趨成熟，基因組定點編輯（site-specific genome editing）技術可以在基因組水平上對DNA序列進行定點改造的遺傳操作技術［44］。利用基因編輯技術定向創制優異種質資源，將是煙草種質資源研究的重要研究方向。

表2 廣東近60年先后育成的煙草新品種（系）Table 2 New tobacco varieties （lines） in Guangdong Province in recent 60 years