[00137267]油莎豆种质资源创新与遗传多样性

课题来源： （1）国家公益性科研院所专项资金课题“新型能源油料植物优异资源收集、评价与新品种选育”, 项目编号：2006001。研究起止年限：2006 年01月至 2008年12月。 （2）国家自然科学基金“油莎豆含油量相关基因的关联分析与有效分子标记研究”,项目编号：31000727。研究起止年限：2011年1月-2013年12月。 （3）农业部油料作物生物学重点实验室课题“高价值油料作物油莎豆的优异资源挖掘与遗传多样性评估”,项目编号：2011003。研究起止年限：2011年1月-2012年12月。 背景： 油料作物具有极高的社会价值和经济价值,在世界作物生产中居于重要地位。目前全世界每年植物油的产量约1亿吨,其中,大豆油、棕榈油、菜籽油和花生油是最重要的几种油料作物,分别占整个植物油消费的38%,22%、20%和10%。我国每年从国外大量进口植物油及其原料,据统计,2014年中国从海外进口了650万吨食用植物油,其中棕榈油和豆油占到总量的88%;在原料方面,2008年我国大豆进口量达到7140万吨,进口依存度高达85%;油菜籽的进口量也达508万吨,同比增长38.7%。可见,随着国民经济的发展,人们对植物油的需求量、品种类型及质量要求等日益提高,在我国耕地面积有限（且有减小趋势）、作物单产徘徊不前的现实情况下,扩大油料作物种质资源、发展适应性广、产油量高的植物具有重要意义。 油莎豆（Cyperus esculentus L.）为莎草科一年生草本油料植物,原产于非洲地中海地区,我国于1952 年从前苏联引进油莎豆, 作为一年生作物栽培, 现已在20多个省区种植。油莎豆因具有以下特点而使其成为极具开发潜力的油料作物之一：（1）具有较好的植物学性状。油莎豆播期长、生育期短,可与其它油料植物间套种,抗逆性强、适应性广,不会与大豆、花生、油菜等草本油料作物及水稻、玉米等主要粮油作物争地;（2）具有较高的经济价值。其含油量变异较大,介于15%～35%,亩产量很高,一般为800 kg/667m2,最高可达1200kg/667m2,产油量约200 kg/667m2,是目前油料作物中最高的, 被称为“油料作物之王”;（3）可制备生物柴油。油莎豆油的不饱和脂肪酸含量达80%以上,其中主要是油酸和亚油酸,是进行生物柴油生产的理想原料。因此, 油莎豆具有作为主要油料植物开发的巨大潜力,在分析油莎豆主要性状（含油量、产量等）遗传变化的基础上,研究油莎豆的分子种质特征,对种植材料进行多样性评估,获得具有优异性状的种质材料和优异基因源,是当前油莎豆品种改良应开展的重要工作。迄今为止,对油莎豆在分子水平的种质特征研究及利用关联分析开展油莎豆种质资源的研究还未见报道。 油莎豆含油量变幅很大,一般为16%～28%,国外报道其含量最高可达50%以上。提高含油量,可以在不扩大种植面积的情况下提高产油量,进而显著提高其经济利用价值。因此,筛选高含油量种质资源,培育高含油量品种,已成为近10年来油料作物育种的研究热点。课题组收集到不同地理来源的油莎豆40余份,对其进行表型组数据采集、品质成分检测、田间调查等,挖掘出具有优异性状的资源材料,研究油莎豆高产栽培技术;通过建立油莎豆SRAP标记技术体系,开展油莎豆分子标记分析,建立油莎豆分子标记的技术平台;结合表型组数据、品质分析数据和抗病鉴定和分子标记分析数据,进行油莎豆资源的遗传多样性评估,研究油莎豆资源的遗传背景。通过在分子水平对这些种质资源进行评价,明确其种质特征,挖掘油莎豆高含油量优异种质基因源,对发展这种最具潜力的油料植物具有重要意义。 技术原理： （1）研究油莎豆干物质分配、积累及转化规律,通过多年多点田间种植试验,筛选优异种质;建立油莎豆高产栽培技术规程。 （2）针对我国油莎豆资源遗传基础未知问题,首次建立SRAP分子标记方法,在分子水平进行遗传多样性分析。 （3）建立的油莎豆分子标记平台,将为优异基因资源挖掘奠定技术和材料基础。 性能指标： 通过项目实施,多年重复种植与调查,建立油莎豆高产栽培技术,发掘油莎豆优异种质;改良了油莎豆DNA提取的快速方法,优化了SRAP分子标记体系;对核心油莎豆品系进行了指纹图谱和遗传基础分析,为油莎豆品系鉴定、优异基因源挖掘等奠定技术和材料基础。 （1）通过系统研究,首次明确了油莎豆干物质分配、积累及转化规律;筛选出优异种质材料,并通过多年多点田间试验,研究建立了油莎豆高产栽培技术规程。 （2）油莎豆分子标记技术平台。首次研究建立并优化SRAP分子标记体系,建立油莎豆分子标记技术平台,对参试材料进行全基因组扫描,明确其分子种质特征与遗传多样性程度。 （3）油莎豆种质资源遗传多样性评估。首次利用建立的油莎豆分子标记平台,对核心材料进行指纹图谱分析,建立油莎豆DNA指纹数据库。此技术可以对油莎豆品系的纯度和真实性进行快速、准确的鉴定,为挖掘优异资源提供技术保障。 本项目产生的高产栽培技术、分子标记遗传基础研究技术及纯度等快速鉴定技术较为成熟,与创建的优异油莎豆种质配套实施,通过分子水平的遗传基础研究,可以快速、准确地进行油莎豆品系鉴定,为优异品种的选择提供了技术支持。本项目成果产业化的条件充分,技术风险较小,有利于成果的转化。 应用情况： 应用本项目创新的油莎豆优异资源、高产栽培技术及种质纯度鉴定的分子技术,创造了显著的经济效益,其中,湖北欧博美生态食品股份有限公司和随州市寨湾畜牧养殖有限公司应用我们提供的油莎豆原种及配套高产栽培技术,累计推广油莎豆良种种植面积2.26万亩,块茎产量超过1200万公斤,公司产值实现大幅度增加,新增利润超过2500万元。 存在的问题： 作为一种新型油料作物,油莎豆的种质资源较少,收集较为困难,本项目在前期收集到油莎豆30 余份,在后续的研究中又陆续收集到20 份材料,共计52份,这些材料覆盖了全国各地区的典型材料,但分析的群体材料还应该继续扩大。因此,后续研究中应通过诱变育种、辐射育种等方式创造新的油莎豆种质材料进行后续研究。