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摘要:研究不同种类饲料、饲养密度对大麦虫体重、死亡率、化蛹率和蛹重的影响。结果表明:低龄幼虫期,采用饲料F(麦麸+大豆粉+玉米粉+鱼粉),当饲养密度为0.5~2.0头/cm2时,大麦虫幼虫生长发育好,其饲喂大麦虫幼虫的体重和死亡率与其他组差异显著;老熟幼虫期,采用饲料F(麦麸+大豆粉+玉米粉+鱼粉),当饲养密度为0.5~1.0头/cm2时,大麦虫生长发育效果最好,其饲喂大麦虫老熟幼虫的化蛹率和蛹重与其他组差异显著。
关键词:大麦虫;人工饲养;饲养密度;生长发育
大麦虫(ZophobasatratusFab)隶属节肢动物门(Arthrop-oda)昆虫纲(Insecta)鞘翅目(Coleoptera)拟步甲科(Tenebri-onidae)昆虫,原产于中南美洲,是近几年我国才从东南亚国家引进的一种新型资源昆虫[1]。大麦虫幼虫和蛹所含的营养成分较高,幼虫体内含水分57.9%、蛋白质19.7%、脂肪17.7%、无氮浸出液1.1%、中性洗漆纤维3.9%、酸性洗漆纤维2.7%,可代谢能量为10142kJ/kg,同时还富含各种矿物质、氨基酸、维生素和脂肪酸[2]。大麦虫是人工养殖最理想的饲料昆虫,幼虫蛋白含量较髙、营养丰富,被广泛用于爬虫类、鸟类及鱼类的饲养、食品开发、化妆品研制等[3-6],市场前景广阔。大麦虫饲养条件的相关研究报道较多[7-8],但对大麦虫养殖饲料的研究却鲜有报道,因此研制合理的饲料配方、提高繁殖效率、降低幼虫死亡率是当前亟待解决的问题。笔者研究了不同种类饲料和饲养密度对大麦虫幼虫体重、死亡率、化蛹率和蛹重的影响。
1材料与方法
1.1材料
1.1.1仪器与耗材。一次性纸杯、干湿温度计、电子天平(HAMGPIMGJA5003)、60目分样筛、空调(GREEKFR-50LW)、空气加湿器(YADUKJG100G)、订制木质培育盒(20cm×15.5cm×10cm)、毛笔、镊子。1.1.2试验材料。大麦虫幼虫由北京农业职业学院生物防治研究所繁育。试验用大麦虫为虫龄45日龄的幼虫。饲料及储藏条件:麦麸、大豆粉、玉米粉、鱼粉同一批次采购、含水量相同、在阳光下晒干后室温密封储藏,使用前于60℃下消毒灭菌处理。各饲料配方如下:饲料A为纯麦麸,饲料B为80%麦麸+20%大豆,饲料C为80%麦麸+20%玉米,饲料D为90%麦麸+8%大豆粉+2%鱼粉,饲料E为90%麦麸+8%玉米粉+2%鱼粉,饲料F为88%麦麸+5%大豆粉+5%玉米粉+2%鱼粉。添加青饲料补充水分。设置5个不同饲养密度梯度,分别为0.5、1.0、2.0、4.0和8.0头/cm2,即分别投入培育盒78、155、310、620和1240头幼虫。
20世纪50年代通过群众性的地方品种调查和评选,推广了三月黄大麦品种,该品种具有成熟早,产量稳定,对土壤选择不严格,籽粒饱满,色泽透明等优点,在天门、江陵县和松滋县有较大种植面积。20世纪60年代初,湖北省改良育成的南湖一号裸大麦,在天门、沔阳推广。随后,推广引进的优良地方品种东阳裸大麦、立夏黄、尺八大麦等,湖北省地方品种面积逐渐减小[2]。(1970至1988年)该阶段以引进国内改良品种代替了农家品种。随着生产水平的提高及多熟制得到发展,地方品种由于茎秆较高而细弱,容易倒伏,增产潜力不大,已不能适应生产需求。此时国内大麦育种取得进步,20世纪70年代初,推广了从浙江省引进的早熟、高产、千粒重高的早熟3号,该品种到80年代初已占全省面积的80.7%。之后,又引进沪麦4号、舟麦1号、舟麦2号、82-14、浙皮2号、沪麦6号、通麦5号等[2-3]。
从遗传背景上看,这些品种多数与早熟三号有亲缘关系,该阶段品种产量达到3000~4500kg/hm2,但与小麦相比,产量差距拉大,大麦面积下滑。(1989至1996年)该阶段主要特点是在引进品种推广的同时,本省品种选育取得突破。随着国民经济的发展,促使农作物种植结构的调整,而且啤酒工业、饲料工业的兴起,使得大麦日趋商品化,在要求产量的同时,对品质开始重视。本阶段,湖北省审定品种6个,品种表现为,产量平均约4894.5kg/hm2,早熟,植株偏高(见表1),品质符合国标啤酒大麦和饲料大麦标准,促进了湖北大麦生产的发展。生产上则是鄂啤系列品种逐步取代早熟3号,其中鄂啤2号是这阶段的啤酒大麦当家品种。鄂啤2号属半冬性二棱皮麦,株高95cm左右,茎秆粗壮,耐肥,抗倒伏能力强,千粒重40g左右,蛋白质含量适中,11.6%,籽粒饱满,呈淡黄色,达到GB/T7416-1987啤酒大麦标准,但实际浸出率75%左右,糖化力低,制啤品质并不理想(表3)。产量可达4500~6000kg/hm2。该品种累计推广面积35万hm2左右[6]。
饲料大麦则以西引2号为主,该品种属六棱半冬性皮大麦,株高90cm左右,株型好,高抗倒伏,适应性强。千粒30g左右,籽粒含粗蛋白13.5%~15%。一般产量可达4500~6000kg/hm2;高肥水条件下,可达7500kg/hm2。该品种年推广面积曾高达3.33万hm2。1.4第四阶段(1997至2007年)该阶段特点是推广品种产量高、品质较优。需求上看,主要是啤酒酿造工业迅速发展,对原料啤酒大麦要求具有较好的酿造品质。育种进展看,本阶段选育审定品种9个(见表2),品种产量平均约5834.3kg/hm2,比上一阶段增产约20%,产量有很大的跃升。具体表现为,产量三要素中有效穗、穗粒数增加,千粒重显著提高;株高降低,保持早熟性。品质育种初见成效,有几个品种表现突出。啤酒大麦方面,湖北省农科院选育的鄂大麦6号,产量高,品质优,迅速取代鄂啤2号成为主栽品种。该品种半冬性二棱皮麦,株高80~85cm;千粒重45.0~50.3g;产量高,最高可达8895kg/hm2,创造了当时湖北大麦产量的历史记录[7]。其啤麦和麦芽品质当时达国标一级,并得到麦芽企业的认可。即使按照新的GB/T7416-2008啤酒大麦和GB/T1686-2008啤酒麦芽标准,该品种也有不错的表现(表3)。扬农啤2号因高抗黄花叶病,在江汉平原也有较大面积推广。该品种半冬性二棱皮麦,株高在75~80cm,耐肥抗倒(号称铁秆麦),株型紧凑,千粒重高,啤酒品质优良[5]。此外,华大麦2号、鄂大麦8号也有一定面积。饲料大麦方面,新品种产量、抗病逆性均有较大提高。先是鄂大麦7号代替西引2号成为主栽品种。该品种属春性四棱皮麦,株高90cm,千粒重30g,综合抗病性较好。蛋白质含量11.7%,17种氨基酸含量均高于玉米,是优良的饲料大麦。
湖北省区域试验产量6673.5kg/hm2,生产上最高产量可达9981kg/hm2[8]。2002年华大麦3号通过审定,在一定区域内也得到迅速推广。该品种为春性六棱皮麦,株高90cm,耐肥抗倒,千粒重33g左右,籽粒蛋白质含量12.0%。区域试验产量达到6964.5kg/hm2[9]。(2008至2012年)该阶段特点是大麦品种多,品质专用化程度更高。鄂大麦6号、鄂大麦7号由于种植时间长,原种生产跟不上,退化较快,尤其是鄂大麦7号条纹病、黑穗病极其严重。农业生产发生重大变革,对品种提出新的要求。湖北大麦又一轮品种更新开始。育种进展看,本阶段审定新品种13个(见表2)。品种产量与上一阶段相比增加不大,超高产的品种缺乏。但品种表现为有效穗增加,穗粒数下降,千粒重继续提高,株高降低,株型变紧凑,稳产性增加;生育期延迟2d,但仍保持良好的早熟性(见表1)。品质上,有5个达到啤酒大麦标准,8个饲料大麦(其中1个饲食兼用,1个特殊黑大麦),可满足市场上不同需求。生产上推广的啤酒大麦有鄂大麦32122、苏啤3号、华大麦6号、华大麦7号、苏啤4号,其中鄂大麦32122、苏啤3号的应用面积较大。鄂大麦32122为半冬性二棱皮麦,株高85cm左右,千粒重42g左右,抗倒性较强,早熟,熟相好。产量达6000~7500kg/hm2,麦芽品质优良,浸出率高,达国家优级啤酒原料标准(见表3),受到麦芽啤酒酿造企业的欢迎。江苏盐城农科所选育的苏啤3号,为半冬性二棱皮麦,株高80cm左右,株型紧凑,抗倒伏、抗病性强,稳产性很好,麦芽品质优良[5]。在湖北省也有较大面积。饲料大麦鄂大麦507、华大麦8号、扬饲麦3号、华大麦9号等都在生产上占有一定面积。其中鄂大麦507、华大麦8号、华大麦9号蛋白质含量都超过15%。
湖北大麦未来发展。立足国情,优化布局大麦产业要发展,关键在于能否给农民带来效益。目前我国在西北、东北、长江中下游、西南建成四大啤酒大麦原料基地。国产啤酒大麦产量足够,品质欠优。因此为避免啤酒大麦价格剧烈波动,伤害农民利益,湖北啤酒大麦面积不能盲目扩大,保持现状即可。而作为畜牧、水产养殖大省,湖北省对饲料原料需求旺盛,每年都要大量外调玉米。近年来由于国际粮价上涨,玉米价格尤其坚挺,饲料企业的玉米消化能力降低,饲料大麦作为代替,价格优势明显,可大力开发冬闲田以及棉花、玉米、芝麻、杂粮套种预留行,扩大面积,为饲料业提供优质的原料。而随着国人对健康保健的重视程度日益增加,大麦因富含功能性成分β-葡聚糖、麦绿素、膳食纤维、黄酮类化合物等而受到青睐,加快开展相应的育种研究,提高大麦附加值,促进大麦保健行业的发展,同时也提高农民的收益。
育种目标,高产在我国“人多地少”的国情下,高产在任何时候都是首位目标。但这里的高产品种不是指理想栽培条件下的“高产品种”,而是适宜现有生产水平的(特别是适应中低肥力水平),水肥及光热资源利用高效的品种,产量比当前品种增产10%左右,目标是实现大面积均衡增产。湖北高产大麦的产量指标大致可分为,高产区域多年多点均值6750~7500kg/hm2,中产区多年多点均值5250~6000kg/hm2。要实现上述产量指标,品种必须在形态结构、生理机制上有突破,应该具有如下群体特征:株型紧凑,内部竞争小;通风透光,适于间作套种;产量三要素均衡;较高的光能利用率和经济系数;高效的水肥利用效率。
近年来,啤酒产业、畜牧渔业、饲料加工业迅猛发展,现有的大麦生产状况已不能满足这种日益增长的需求。湖北大麦育种进展及生产品种的演变湖北大麦品种的演变过程,从解放初算起至2012年,大体分为五个阶段。
第一阶段(1949至1969年)该阶段生产上以地方品种占主导地位。地方品种名目繁多,如蜈蚣刁、三月黄、六轮子、二芒大麦等。它们对湖北潮湿多雨、赤霉病重的生态条件具有良好的适应性。20世纪50年代通过群众性的地方品种调查和评选,推广了三月黄大麦品种,该品种具有成熟早,产量稳定,对土壤选择不严格,籽粒饱满,色泽透明等优点,在天门、江陵县和松滋县有较大种植面积。20世纪60年代初,湖北省改良育成的南湖一号裸大麦,在天门、沔阳推广随后,推广引进的优良地方品种东阳裸大麦、立夏黄、尺八大麦等,湖北省地方品种面积逐渐减小[2]。
第二阶段(1970至1988年)该阶段以引进国内改良品种代替了农家品种。随着生产水平的提高及多熟制得到发展,地方品种由于茎秆较高而细弱,容易倒伏,增产潜力不大,已不能适应生产需求。此时国内大麦育种取得进步,20世纪70年代初,推广了从浙江省引进的早熟、高产、千粒重高的早熟3号,该品种到80年代初已占全省面积的80.7%。之后,又引进沪麦4号、舟麦1号、舟麦2号、82-14、浙皮2号、沪麦6号、通麦5号等[2-3]。从遗传背景上看,这些品种多数与早熟三号有亲缘关系,该阶段品种产量达到3000~4500kg/hm2,但与小麦相比,产量差距拉大,大麦面积下滑。
第三阶段(1989至1996年)该阶段主要特点是在引进品种推广的同时,本省品种选育取得突破。随着国民经济的发展,促使农作物种植结构的调整,而且啤酒工业、饲料工业的兴起,使得大麦日趋商品化,在要求产量的同时,对品质开始重视。本阶段,湖北省审定品种6个(见表2),品种表现为,产量平均约4894.5kg/hm2,早熟,植株偏高(见表1),品质符合国标啤酒大麦和饲料大麦标准,促进了湖北大麦生产的发展。生产上则是鄂啤系列品种逐步取代早熟3号,其中鄂啤2号是这阶段的啤酒大麦当家品种。鄂啤2号属半冬性二棱皮麦,株高95cm左右,茎秆粗壮,耐肥,抗倒伏能力强,千粒重40g左右,蛋白质含量适中,11.6%,籽粒饱满,呈淡黄色,达到GB/T7416-1987啤酒大麦标准,但实际浸出率75%左右,糖化力低,制啤品质并不理想(表3)。产量可达4500~6000kg/hm2。该品种累计推广面积35万hm2左右[6]。饲料大麦则以西引2号为主,该品种属六棱半冬性皮大麦,株高90cm左右,株型好,高抗倒伏,适应性强。千粒30g左右,籽粒含粗蛋白13.5%~15%。一般产量可达4500~6000kg/hm2;高肥水条件下,可达7500kg/hm2。该品种年推广面积曾高达3.33万hm2。
第四阶段(1997至2007年)该阶段特点是推广品种产量高、品质较优。需求上看,主要是啤酒酿造工业迅速发展,对原料啤酒大麦要求具有较好的酿造品质。育种进展看,本阶段选育审定品种9个(见表2),品种产量平均约5834.3kg/hm2,比上一阶段增产约20%,产量有很大的跃升。具体表现为,产量三要素中有效穗、穗粒数增加,千粒重显著提高;株高降低,保持早熟性。品质育种初见成效,有几个品种表现突出。啤酒大麦方面,湖北省农科院选育的鄂大麦6号,产量高,品质优,迅速取代鄂啤2号成为主栽品种。该品种半冬性二棱皮麦,株高80~85cm;千粒重45.0~50.3g;产量高,最高可达8895kg/hm2,创造了当时湖北大麦产量的历史记录[7]。其啤麦和麦芽品质当时达国标一级,并得到麦芽企业的认可。即使按照新的GB/T7416-2008啤酒大麦和GB/T1686-2008啤酒麦芽标准,该品种也有不错的表现(表3)。扬农啤2号因高抗黄花叶病,在江汉平原也有较大面积推广。该品种半冬性二棱皮麦,株高在75~80cm,耐肥抗倒(号称铁秆麦),株型紧凑,千粒重高,啤酒品质优良[5]。此外,华大麦2号、鄂大麦8号也有一定面积。饲料大麦方面,新品种产量、抗病逆性均有较大提高。先是鄂大麦7号代替西引2号成为主栽品种。该品种属春性四棱皮麦,株高90cm,千粒重30g,综合抗病性较好。蛋白质含量11.7%,17种氨基酸含量均高于玉米,是优良的饲料大麦。湖北省区域试验产量6673.5kg/hm2,生产上最高产量可达9981kg/hm2[8]。2002年华大麦3号通过审定,在一定区域内也得到迅速推广。该品种为春性六棱皮麦,株高90cm,耐肥抗倒,千粒重33g左右,籽粒蛋白质含量12.0%。区域试验产量达到6964.5kg/hm2[9]。
第五阶段(2008至2012年)该阶段特点是大麦品种多,品质专用化程度更高。鄂大麦6号、鄂大麦7号由于种植时间长,原种生产跟不上,退化较快,尤其是鄂大麦7号条纹病、黑穗病极其严重。二是农业生产发生重大变革,对品种提出新的要求。湖北大麦又一轮品种更新开始。育种进展看,本阶段审定新品种13个(见表2)。品种产量与上一阶段相比增加不大,超高产的品种缺乏。但品种表现为有效穗增加,穗粒数下降,千粒重继续提高,株高降低,株型变紧凑,稳产性增加;生育期延迟2d,但仍保持良好的早熟性(见表1)。品质上,有5个达到啤酒大麦标准,8个饲料大麦(其中1个饲食兼用,1个特殊黑大麦),可满足市场上不同需求。生产上推广的啤酒大麦有鄂大麦32122、苏啤3号、华大麦6号、华大麦7号、苏啤4号,其中鄂大麦32122、苏啤3号的应用面积较大。鄂大麦32122为半冬性二棱皮麦,株高85cm左右,千粒重42g左右,抗倒性较强,早熟,熟相好。产量达6000~7500kg/hm2,麦芽品质优良,浸出率高,达国家优级啤酒原料标准(见表3),受到麦芽啤酒酿造企业的欢迎。江苏盐城农科所选育的苏啤3号,为半冬性二棱皮麦,株高80cm左右,株型紧凑,抗倒伏、抗病性强,稳产性很好,麦芽品质优良[5]。在湖北省也有较大面积。饲料大麦鄂大麦507、华大麦8号、扬饲麦3号、华大麦9号等都在生产上占有一定面积。其中鄂大麦507、华大麦8号、华大麦9号蛋白质含量都超过15%[10-11]。
我国大麦产业发展现状大麦在全世界各地广泛栽培。随着全球经济的发展与农业生产结构的调整,大麦需求量不断增长。
1我国是世界大麦的主要起源地之一,大麦遗传资源丰富,种质类型多样,蕴藏着丰富的基因资源,但我国目前大麦产业发展与国际相比,还有很大差距。1.1大麦种植持续下降1945年以来,全球大麦种植面积增加了近一倍,总产增加了3倍多,种植面积和总产的相对增长比例均居禾谷类作物的首位。欧盟各国、俄罗斯、加拿大、乌克兰、澳大利亚和美国是世界主要大麦生产和出口国。与20世纪90年代相比,2000年以后世界大麦种植面积由原来的6000万hm2减少为5500万hm2,但总产量仍维持在1.4亿t左右。多年来世界各地产量比例基本保持稳定,欧洲占50%以上,亚洲、美州、非洲、大洋州依次分别占20%~25%,10%~15%、6%、5%左右[7,8]。我国种植大麦的历史悠久,早在新石器时代中期,古羌族就已在黄河上游开始栽培,距今已有5000年的历史。20世纪初,我国大麦总种植面积曾达到800多万hm2,约占世界总种植面积的1/4左右,直到40年代总种植面积和总产量还分别为654万hm2和626万t,分别占世界总量的13.4%和12.6%,居世界各国之首[9]。随后,大麦总体生产持续下滑,从80年代初的333万hm2降到90年代初的200万hm2,再下降为目前的100万hm2左右,年均种植面积减少10%以上,造成了国产专用大麦原料供应的严重不足。1.2大麦需求不断增加回顾近代全球大麦生产的历史,有两点值得注意:一是随着啤酒和畜牧饲养业的发展,对原料大麦的需求的不断增加,刺激了大麦生产,二战后全球大麦种植面积由4533万hm2发展到70年代末的8733万hm2,总产由5000万t增加到17200万t;二是除耕地严重缺乏需依赖进口的日本之外,生活水平较高的发达国家在啤酒和饲料工业快速发展时期都大力发展大麦生产[9],重视大麦育种等基础研究,作为产业发展的支撑。尽管20世纪80年代以后,发达国家的大麦发展高峰已过,但发展中国家啤酒和饲料工业的发展速度,仍是对大麦需求能否增加的决定因素。随着我国国民经济的持续发展和人们生活水平的不断提高,我国啤酒工业发展迅速,年产量已从1980年不足10万t猛增到2009年的3824.23万t,连续6年净增量居全球首位,已成为世界第一啤酒消费大国。即使如此,我国人均消费量仍然不及世界平均人均消费量的一半,发展空间巨大。同时,我国的畜牧业也表现持续发展,随着人们生活质量的不断提高,膳食结构的改善,肉、蛋、啤酒等副食产品的需求量不断增加,以玉米和大豆(豆粕)为主体的饲料原料已不能满足畜牧业发展的要求,市场饲料大麦的需求也在持续增加[8,11]。据专家分析,至少需要种植350万hm2的大麦才能保证我国对专用型啤酒和饲料大麦原料每年超过1000万t的巨大需求。目前我国啤酒大麦原料60%以上依靠进口,2009年进口量已猛增到173.8万t,超过全球啤酒大麦净贸易量的二分之一,年耗费外汇4亿美元以上[12,13]。假如大麦这种需求与生产背向而驰的状况持续发展,那么我国整个啤酒工业则将更加严重地依赖并受制于国外进口。1.3造成大麦生产下滑的因素造成大麦生产总体下滑的因素很多,如市场和政策导向层面的影响,准入后进口价格的冲击,我国一家一户小规模生产和收购方式难以保证原料质量要求以及金融危机对世界经济的影响等[10]。然而目前国内大麦无论是遗传研究还是实际育种成果均不能为大麦生产发展提供有力的技术支撑,不能提供能与国外优良大麦品种一争高下的国产优质品种,难以在推动生产中担当科技引领的重任也是不容忽视的重要原因。
2大麦遗传育种基础研究状况大麦作为一种集粮食、饲料和工业原料三位一体的重要禾本科作物,世界各国一向对其基础研究给以高度重视。大麦栽培、育种、抗病、抗逆遗传、起源、区域分布等方面的研究已有悠久历史。同时大麦作为一个完全自交的简单二倍体物种,还有染色体数目少且形态大、遗传多样性丰富、种质资源收集全面和遗传图构建完备等特点,是植物遗传和生理研究的理想模式物种[1,14,15]。
2.1国际大麦研发趋势2.1.1遗传育种理论创新与遗传资源发掘以大麦细胞遗传学为核心,世界各国大麦研究工作者从生理性状分析、染色体工程、连锁群建立、资源调查、远缘亲本杂种优势利用、花药及小孢子培养等一系列研究出发,广泛应用化学和辐射诱变等方法,不断为大麦遗传改良研究增添新的技术手段,在一定程度上拓展了大麦改良的途径和方法[16~18]。种质资源创新及新型育种理论与体系的构建是长期以来全球大麦研究的重点。经典遗传图和大量分子标记遗传图谱的成功构建,推动了大麦单基因和复杂基因的遗传定位研究和分子标记辅助筛选的利用[1,19~21]。大麦种质资源鉴定与评价及有益基因的发掘与利用一直备受重视。以日本生物资源所为主的一些研究者通过多年研究,从我国西藏野生大麦中鉴定到籽粒化学组成和相关酶活性特异的材料,为品质改良提供了良好的遗传资源[22];Roy等[23]在318份来自于中东、北非、中亚及高加索地区的野生大麦材料中,筛选到302份斑枯病抗性材料,并利用群体关联作图(associationmapping,AM)分析技术在大麦七条染色体上找到23个斑枯病抗性基因位点,为解决目前商业大麦品种斑枯病易感问题提供了更多的可用基因。美国学者通过转基因技术,培育出了一系列具有抗虫、抗病、耐逆、高β-葡聚酶活性的大麦品系,为大麦增产增收、品质改良创造了新的种质[24,25]。Murray等[25]通过在大麦中过量表达转录因子HvGAMYB,提高了糊粉细胞中水解酶的含量,从而可以增加啤酒大麦麦芽得率。研究人员通过对啤酒大麦麦芽品质的研究发现决定麦芽品质高低的因素有20多种,并对包括总蛋白含量、籽粒饱满度、糖化力、麦芽浸出率和多种淀粉酶和蛋白酶活力等开展了广泛研究,与19个麦芽品质决定要素相关的至少168个QTL被定位[26],为分子标记辅助育种和多基因聚合育种奠定了基础。此外,大麦还被用作生物反应器,表达乳铁传递蛋白及用于防治仔猪ETEC腹泻的FaeG蛋白等[25]。2.1.2基因组研究目前,全球大麦研究已进入基因组学时代[27]。过去十几年间已建立完整大麦EST数据库,可作为基因发掘和功能研究的重要基础。美国、芬兰、德国、日本和苏格兰的五大研究组及其他多国的大麦科学家从近百个包括不同组织器官、不同发育时期、受不同逆境处理的独立cDNA文库获得了超过50万条EST数据,TimClose及他的同事们在现有的EST序列中,发现了约22000个SNP,构建了大麦基因组的SNP图谱[28],而stergaard研究组和Bak-Jensen研究组,用2D电泳分别分离了pI区间为4~7和6~11的103和37个活性蛋白[29~31]。包括生物信息学分析平台、对公众开放的网上数据库、进行基因表达谱分析的商品化大麦DNA芯片、用于基因功能分析和大麦转基因研究的转基因操作体系、能快速获取并鉴定突变体的方法等技术和手段的发展,使大麦基因组学研究的技术平台已逐渐形成,目前已经获得了近千份有精确表型变异描述的T-DNA插入突变体以及大量还没有鉴定检测的突变群体[24];通过图位克隆的方法,已经进行了包括抗白粉病、锈病等真菌病害及多个大麦重要农艺性状控制基因的克隆研究[20,32~34]。
2.2我国大麦研究状况我国大麦科学家从20世纪30年代就开始了对大麦遗传育种的研究,“七五”至“九五”期间,我国大麦遗传育种研究在野生种质资源调查、大麦中国起源中心的推定、大麦品种的引进改良、重要农艺性状的遗传分析、杂种优势的开发利用、细胞工程育种方法的创建与应用等方面做出了出色的工作,使同期我国大麦总体研究水平与国外先进水平逐渐靠拢。由细胞工程育种获得的大麦花培品种在大麦生产中成功推广应用,体现了以生物技术为基础的新型育种方法的技术优势和应用潜力[9]。但“十五”以来,我国大麦研究的地位和水平明显下降,从事大麦研究的单位和人员急剧减少,而且大部分集中在大麦常规育种。由于缺乏遗传育种研究上的源头创新,尽管分布于我国几个大麦主产区的大麦育种研究人员仍然在继续育种实践,但由于育种手段单一,种质资源狭窄陈旧,各地近年来育成的大麦品种推广范围不大,优势特色不明显,没有真正能与国外优良大麦品种很小比例。然而研究证明,作为一种药食同源性植物,大麦不含胆固醇,脂肪含量低,含有可溶性纤维、抗氧化剂及各种维生素和矿物质,食用大麦可降低血压、血中总胆固醇和低密度脂蛋白胆固醇水平。随着各种大麦保健食品的不断推出,用于食用的大麦比例可能有所增加[4~6]。
由此可见,大麦产业具有广阔的发展前景。加强大麦遗传育种研究,培育产量高、性状优的品种是保证供需平衡、促进大麦产业可持续发展的科学基础。本文围绕我国大麦的生产和育种技术研究现状,一争高下的有影响力的国产优质品种,很难为国产大麦生产提供强有力的技术支撑。我国饲料与啤酒工业发展迅速,对饲用及啤用大麦的需求快速增加,但相应的大麦品种研发落后,尤其是在啤用大麦品质方面,直至20世纪末尚缺少相关研究,从而影响了啤用大麦的遗传改良、优质栽培和加工生产,导致国产啤用大麦品质不佳、缺乏市场竞争力。鉴于此,自1999年起,国家自然科学基金委员会农学学科逐步加大对大麦基础研究的支持,1999-2010年共资助大麦相关研究课题56项(其中重点1项),资助领域以遗传育种(包括资源评价和创新)和作物生理及栽培为主,计34项,植物保护领域15项,其他领域7项。这些项目的实施与完成,显著提升了我国大麦基础研究水平,缩短了与发达国家的研究水平差距,促进了大麦的遗传改良和优质生产。现已鉴定与创制了一批株型、麦芽品质和逆境胁迫耐性特异的种质资源,获得了矮杆、耐酸、耐盐、耐旱、耐湿以及麦芽品质性状特异的珍贵种质材料,明确了多个株型、产量、品质及耐逆相关特异基因的位点和遗传多样性,促进了我国大麦种植资源的发掘和利用。目前我国科学家在野生大麦资源收集和利用、大麦品质性状遗传定位、大麦组培和遗传转化体系、大麦耐盐代谢组学研究和大麦条纹花叶病毒抗病机理等方面取得了较好的研究进展,并得到国际同行的高度认可。2012年4月,我国成功举办了第11届国际大麦遗传学大会,进一步推动了各国大麦研究者之间的交流和合作,有利于进一步提升我国大麦科学的研究水平和人才培养。
中国农业科学院、国家自然科学基金委、浙江省科技厅、浙江省农业厅、浙江省农业科学院和浙江大学等单位的相关领导出席了开幕式,中国农业科学院副院长刘旭院士、浙江省科技厅副厅长蔡秀军教授、浙江大学副校长吴平教授和IBGS执行主席WolfgangFriedt教授发表热情洋溢的讲话,大会由11th-IBGS秘书长、浙江大学农业生命环境学部主任张国平教授主持。
浙江大学杨卫校长出席招待晚宴并致欢迎词。大会组委会邀请了来自澳大利亚、美国、英国、荷兰、以色列和西班牙等国家的11位著名科学家在各个专题分别发表了主题报告。此外,47位专家和学者在大会上发表了精彩的报告,会议期间会场还展出了67张学术墙报。大会报告和学术墙报比较全面地报道了当前大麦科学研究最前沿的动态和重要进展。为鼓励在大麦科学领域崭露头角的青年科学家和在校研究生,大会委托国际组委会评审出优秀学术报告奖和优秀学术墙报奖,来自英国JamesHutton研究所、拉脱维亚大学、中国农业大学和浙江大学的4位报告人荣获“青年优秀学术报告奖”,6张墙报荣获“优秀学术墙报奖”。
该奖项评委会主任、美国明尼苏达大学教授KevinSmith为获奖者颁发了证书和奖金。本次会议共收到140篇摘要和36篇全文,结集出版了《第11届国际大麦遗传学学术研讨会摘要》和AdvanceinBarleyScience两本会议刊物。
(1)大麦发展和经济专题。澳大利亚阿德莱德大学PeterLangridge教授首先发表主题报告,他以“WhyWeUseBarleyforResearch”为主题,阐述了大麦科学研究、生产及利用对世界粮食和经济的影响。来自巴西和德国的研究者分别发表了大麦在巴西和欧洲的种植历史、生产及贸易的报告。大麦作为全球第四大粮食作物,在食品、饲料和啤酒工业中发挥着举足轻重的作用,这一议题受到与会代表的热烈探讨。
(2)大麦种质资源收集和利用专题。以色列海法大学EviatarNevo教授以“AdaptiveEvolutionofWildBarley,HordeumSpontaneum,andCropImprovement”为主题,总结了他几十年来有关野生大麦进化及遗传改良的研究成果。来自英国、意大利和日本等国的研究者分别报告了他们在野生大麦收集、遗传多态性以及重要基因利用方面取得的成果。华中农业大学、四川农业大学和成都大学的研究者报告了我国研究者在西藏野生大麦种质鉴定、遗传分析和利用方面取得的进展。野生资源具有丰富的变异类型和遗传多态性,加强野生资源的收集和鉴定,可以丰富和拓宽栽培品种的遗传背景,通过杂交解决栽培品种缺乏优异基因的瓶颈。西藏野生大麦是我国独有的珍贵的植物资源,已成为国际大麦研究者关注和合作研究的热点。
(3)大麦利用与产品专题。澳大利亚阿德莱德大学GeoffFincher教授以“GeneticsofCellWallsinBarley:ApplicationsinHumanHealth,MaltingandBiofuelProduction”为主题,发表了细胞壁和大麦品质的分子遗传机制及大麦成分在人类健康、啤酒工业和生物质能源中应用的报告。澳大利亚研究者汇报了他们有关大麦淀粉酶等位基因变异鉴定的成果。我国西藏农牧科学院的代表和与会者分享了西藏地区青稞大麦的利用和大麦食品。大麦不仅是啤酒工业的原料,大麦籽粒含有丰富的益于人类健康的成份(如葡聚糖),对心脏病和高血压等疾病的患者有保健作用。大麦籽粒品质性状和利用,已成为农学、食品和医学等领域广泛研究的课题。