陈菁菁 许 勇 张建农 陈年来*
(1甘肃农业大学园艺学院,甘肃兰州 730070;2国家蔬菜工程技术研究中心,北京 100097)
我国籽用西瓜生产与研究进展
陈菁菁1许 勇2张建农1陈年来1*
(1甘肃农业大学园艺学院,甘肃兰州 730070;2国家蔬菜工程技术研究中心,北京 100097)
在回顾自20世纪80年代起我国籽用西瓜生产阶段性特点和科研工作的主要成就的基础上,指出当前我国籽瓜生产中存在的品种更新缓慢、病害控制困难、综合利用不足等问题,并从产品综合利用、技术简约化、品种多样化、病虫害控制、科技协同创新等方面对籽瓜产业未来的发展提出了看法和建议。
籽用西瓜;生产状况;科学研究;综述
籽用西瓜简称籽瓜,是指以种子为主要产品器官或生产目的的西瓜属植物,是西瓜种普通西瓜亚种的一个变种(Citrullus lanatus ssp. vulgaris var.megalospermus Lin et Chao),按种皮颜色分为两大品种群:主要产品为黑瓜籽的叫黑籽瓜,主要产品为红瓜籽者称红籽瓜(甘肃省园艺学会瓜类专业委员会,1999)。
黑籽瓜又名“打瓜”,种子较大,千粒重一般在300g左右,黑边白心,也叫“牛眼瓜子”或“凤眼瓜子”。黑籽瓜次生起源于我国西北部(赵多勇 等,2008),传统产区在兰州周边的旱砂田地区,也广泛分布于我国北方地区,集中产区在西北,如新疆、甘肃、内蒙古等地区。据记载,240年前(1774年)在甘肃省皋兰县已有种植,国内许多地方的黑籽瓜均系先后从甘肃中部传入。国外黑籽瓜主要生产地为泰国,所种植的籽瓜也是1950年前后从甘肃引入的。著名地方品种有甘肃兰州大片黑籽瓜、靖远大片黑籽瓜、内蒙古五原黑籽瓜、吉林小黑 籽等。
红籽瓜又名“喜籽瓜”,种子较小,千粒重多在200g以下,我国南北方都有种植,但面积小于黑籽瓜。红粉瓜不同于黑籽瓜,在我国南方有一定的生产面积,以江西省信丰县的栽培记载最早(1664年),距今已有350年的历史。著名地方品种有江西信丰红籽瓜、广西信都红籽瓜(赵金卫,2008)、宁夏平罗红籽瓜(王景义和张纪增,1984)等。
我国是世界上籽瓜生产面积和瓜籽产量最大的国家,主要种植区域为新疆、甘肃、内蒙古、宁夏、江西、广西、湖南等省(区),大致呈现北“黑”南“红”的生产格局(张棵 等,2013)。
籽瓜籽富含蛋白质、氨基酸和不饱和脂肪酸(张玉秀和赵文明,1992;程瑛琨 等,2006;郭华 等,2009),可加工成五香、奶油、咸淡、甜味、多味等各种类型的炒货,是制作糕点的理想辅料,产品畅销全国各地及东南亚、中东地区,既是大众休闲食品,又是待客馈赠佳品,还是优质植物油资源(柳唐镜和汪李平,2007)。籽瓜瓤汁含糖量低,富含多种氨基酸、维生素及多种微量元素(梁琪 等,1999;程瑛琨 等,2006;吴霞明和赵金莲,2007),具有利尿、润肺、健脾的功效,具备低脂、低糖、低热量的特性,对糖尿病、肥胖症有辅助医疗作用(王翠平,2011)。“籽瓜性味甘”(《本草纲目》),“肉汁可润肺,解心脾胃热,止消渴,消除溃肿”(《本草求真》)。籽瓜皮和瓤还有一定抗氧化和抗肿瘤活性(王翠平,2011),可作为功能性食品以及化妆品的组分来开展深加工。
籽瓜是我国北方旱区的主要经济作物,年播种面积约32万hm2,种植业产值近55亿元,果实和瓜籽具有多种功能和用途,十分有利于产业链延伸。近10年来,我国籽瓜产业蓬勃发展,但也显现出了一些技术瓶颈问题,给籽瓜科研工作带来前所未有的机遇和挑战。
1980年之前,我国籽瓜种植面积较小,主要集中在甘肃兰州附近的皋兰、靖远、景泰、会宁等县,种植面积约4000 hm2(李金玉 等,1989),旱地平作,宽窄行种植,每667m2种植密度约1500株,产籽量60kg左右。
20世纪80年代,我国籽瓜生产形势发生了革命性的变化。主产区由甘肃中部的旱作农业区逐渐扩大到了甘肃河西、新疆垦区和内蒙古河套的灌溉农业区,栽培方式从以旱地平作为主发展为以地膜覆盖的水旱塘种植为主,每667m2种植密度从1500株左右增加到了2500株以上,有些地区(如内蒙古巴盟地区)采用平作宽窄行或等行距种植,将每667m2种植密度增加到了3500株左右,每667m2瓜籽产量由60kg 左右稳定提高到了100kg以上。籽瓜籽炒货加工业在林歌、正林、永泰丰等著名台资企业的带动下蓬勃发展,炒货产品远销我国港澳台地区和东南亚地区。
20世纪90年代中期,我国籽瓜生产达到第一次高峰。总播种面积达到了13万~15万hm2,籽瓜籽产量逾20万t(李金玉 等,1995),其中新疆约占50%、甘肃占了近40%(中国园艺学学会西甜瓜专业委员会考察组,1991)。籽瓜种植成为甘肃和新疆一些县(区)或团(场)的主导产业,种植业领域产值约20亿元。十几家台资企业带动了本土50余家籽瓜籽炒货加工企业的发展,在甘肃兰州形成了籽瓜籽加工和贸易中心,并辐射到武威、白银二市,创造出了“正林”、“乌麻园”、“有为”等知名籽瓜籽炒货品牌,籽瓜籽炒货销售额超过40亿元。
2000年前后,受炒货市场行情变化、主产区病害流行和种植业结构调整等综合因素的影响,籽瓜生产一度跌入低谷。种植面积回落,产量下降,大型台资加工企业多数改产或撤资,本土小规模籽瓜籽加工企业乘势而上。
2005年以后,随着新疆籽瓜生产的逐步恢复,特别是塔城和阿勒泰地区种植面积的迅速扩大,籽瓜种植方式和品种也发生了变化。地膜覆盖水旱塘种植模式逐渐被地膜覆盖平作滴灌种植模式代替,每667m2种植密度从2500株左右逐渐增加到了4000~4500 株(张占琴 等,2013),大面积种植的品种由特大片为主经中小片过度后稳定到了中片为主、大片为辅的格局(李承业 等,2011;梁莉 等,2012;周鑫和张婷婷,2013),单位面积产量稳步提高,籽瓜籽总产量大幅度增加。
2010 年以来,我国籽瓜生产再现高潮。黑籽瓜种植面积达到30万 hm2左右(梁莉 等,2012;张莉 等,2013;张占琴 等,2013),黑瓜籽总产量近45万t。红籽瓜种植区域进一步扩大,但面积较小,估计仍在2万hm2左右(杨来胜,1998)。黑籽瓜生产区域进一步集中,新疆地区种植面积超过25 万 hm2(李承业 等,2011;张占琴 等,2013),塔城和阿拉泰地区成为我国最大的籽瓜生产区,种植面积和产量占全国的50%以上(苏瑞,2013)。籽瓜种植业产值约55亿元,籽瓜生产再次成为一些地区的种植业支柱,并推动着下游约百亿元加工、销售和物流产业的发展。
根据文献分析,我国的籽瓜专门研究始于20世纪80年代中期。1988年,甘肃省农垦总公司完成了“籽瓜栽培技术研究及良种繁育”研究课题,主要进行了黑籽瓜地方品种皋兰籽瓜的提纯复壮和良种繁育体系建设。1989年,中国园艺学会西甜瓜专业委员会组成专家组,对甘肃和新疆的籽瓜生产情况进行了较全面的考察(中国园艺学会西甜瓜专业委员会考察组,1991)。
20世纪90年代为我国籽瓜研究的第一个活跃期(图1),黑籽瓜新品种选育为该时期的研究重点。1990年,甘肃农业大学通过对皋兰地方品种的定向选择,培育出我国第一个黑籽瓜育成品种甘农大板1号。此后,兰州大板1号(李金玉 等,1992)、靖远大板1号和靖远大板2号(张正玉和曾希琳,1992)、新籽瓜1号和新籽瓜2号(吕国华,1993;王宝庆,1993)、民籽1号和民籽2号等大片或特大片黑籽瓜常规品种相继问世,兰州市农科所还率先育成两个籽瓜杂交品种兰州大板2号(李金玉 等,1997)和兰州红板1号(翟英临,1999)。
图1 我国近30年籽瓜研究的科技文章数量
同期,我国瓜类科技工作者还开展了染色体组型(魏凌基 等,1995;赵虎基 等,1999)、种皮颜色遗传(傅振清和辛建华,1999)、产量构成因素(陈年来 等,1995a)、种子发芽特性(王思林,1992;陈年来,1995;陈年来 等,1995b )等基础研究,种植密度、施肥灌水、主要病虫草害防治、间作套种等栽培技术研究和总结(蔡焕杰 等,1996;俞学惠,1996;张建农,1997;贾登云 等,1998;鲁占魁和郭嘉义,1998),及籽瓜籽干燥与贮藏特性(陈年来和杨江山,1997;陈年来 等,1997)、籽瓜汁饮料生产(刘松涛,1997;左新民,1997)等采后和加工技术研究。甘肃农业大学等提出了规范籽瓜生产和研究中相关术语的意见(甘肃省园艺学会瓜类专业委员会,1999),并系统描述了籽瓜病害的症状及其防治方法(陈秀蓉和魏勇良,1998),共报道了籽瓜白粉病、蔓枯病和枯萎病等16种病害,分析了同类病害在籽瓜与其他瓜类作物(特别是西瓜)上的症状异同,提出了以轮作倒茬、清洁田园、规范旱塘、配方施肥、选用抗病品种、合理灌水、种子处理等农艺措施为主,辅以药剂防治的籽瓜病害综合防治技术。
2000~2005年间,我国的籽瓜研究报道偏少,主要集中在各地区籽瓜种植技术、病虫草害控制技术的总结和品种选育方面(陈年来 等,2000;李金玉 等,2001),基础研究仅涉及种质资源(张建农,2005)、籽瓜植株、果实和种子等的生长发育规律(何金明 等,2002,2003,2004)。
2006年以来,我国籽瓜研究开始了第二个活跃期,各地瓜类科技工作者撰写发表的籽瓜方面文章共174篇,占过去30年发表文章总数的53.7%(图1)。虽然其中仍有不少(43.7%)文章属于生产技术总结,但基础研究方面的论文达到30余篇,特别是甘肃农业大学、新疆农业大学和内蒙古农业大学等的10余篇硕(博)士学位论文研究,极大地推进了籽瓜种质资源(于海彬,2010;张柄 等,2012;纪海波,2013;Liu et al.,2013;潘从祥,2014;周俊,2014)、栽培生理(王晓娟,2012;杨燕,2012;张占琴 等,2012)、性状遗传(樊建峰,2007;谢春立,2011;张桂芬和张建农,2011;丁谦,2012;贾宋楠,2013)、植物保护(苏瑞,2013)和加工利用(李春生,2011;罗述博,2012;谭操,2014)等方面的基础研究。
在此期间,育成推广了林籽1号和林籽2号(刘瑾 等,2011)、新籽瓜5号(文勇林 等,2009)、SWBB-01(李承业 等,2011)和新农黑小籽1号(白晓山 等,2012)等10余个中片或小片、丰产黑籽瓜品种,信都红、甘籽1号等红籽瓜品种,以及甜籽1号和林籽3号等瓤用或“保健”籽瓜杂交种。随着不同地区和栽培模式下的种植技术不断改进,新疆农业科学院、甘肃农业大学等还研制并推广了10余个型号的籽瓜播种或收获取籽作业机械(赵延江 等,2008;王庆惠 等,2012;闫怀山 等,2012;朱宗光 等,2014),大大提高了籽瓜生产的劳动效率和规模效益。2008年,我国第一本关于籽瓜生产的农民培训教材《农艺工:籽用西瓜种植(初级、中级、高级)》正式出版。
过去30 年中,我国的籽瓜生产和研究发生了革命性的变化,取得了长足的进步,但是长期困扰我国籽瓜生产的一些瓶颈问题依然存在,对我国籽瓜产业持续发展的威胁不容忽视。
据研究,籽用西瓜的遗传背景狭窄(Wehner & Zhang,2001;柳唐镜 等,2010)。黑籽瓜大多出自兰州周边的地方品种,没有发生过有效的生态型分化。红籽瓜种质之间的亲缘关系也很近,表型性状和RAPD分析的相似系数在0.8以上(柳唐镜 等,2010),与普通西瓜的遗传距离很近。黑籽瓜种质中有些虽然耐旱性较好,也较抗枯萎病,但缺乏籽瓜白粉病和蔓枯病抗性资源(贾宋楠 等,2013),导致黑籽瓜抗白粉病、抗蔓枯病育种数十年没有取得实质性突破。红籽瓜种质的片型大小和片色相单调、果实产籽率较低、抗枯萎病资源罕见,阻碍了红籽瓜集中产区的形成和规模效益的发挥。而且,关于籽用西瓜抗病性状的遗传规律研究也刚刚 起步。
由于枯萎病限制,我国红籽瓜生产一直未能形成特别集中的区域。黑籽瓜因比较耐旱、耐瘠薄,且较抗枯萎病,主产区明显而集中,主要有甘肃兰州周边地区和河西地区,内蒙古河套地区,新疆石河子、昌吉、塔城和阿拉泰地区,这些主产区盛期的种植面积都在1万hm2以上,有些县(区)和团(场)的种植面积达到当地总播种面积的1/3 以上,个别地块连续种植籽瓜已达15年。集中连片种植虽然有利于新品种、新技术的普及和产品销售,但也导致轮作倒茬困难。长期连续种植单一作物,往往导致土壤养分和微生物群落失衡,病虫基数增大,植株抗性下降,病害大面积频繁发生,特别是籽瓜蔓枯病、白粉病和疫病流行,常导致减产30%以上,严重年份甚至绝收(鲁占魁和郭嘉义,1998;塔斯肯·加那提和保尔江·马合木提,2013;张莉 等,2013)。
籽瓜属于瓠果植物,果实干物质积累量占全株同化物总量的55%左右(张占琴 等,2013)。但迄今为止,籽瓜生产的主要目的还是收获、利用种子,而籽瓜种子仅占果实干物质量的30%~35%(程瑛琨 等,2006;吴霞明和赵金莲,2007)。也就是说,籽瓜生产过程中固定的能量中约85%未被利用,而以茎叶和皮汁的形式被丢弃在了田间,不但浪费了大量植物资源,降低了籽瓜生产效益,而且导致土壤中病菌孢子和虫卵基数扩大,增加翌年病虫害发生的风险。
籽瓜籽富含脂肪酸,种仁中亚油酸含量高达38.0%~67.3%(柳唐镜和汪李平,2007),是一种优质植物油资源。籽瓜果皮含有丰富的果胶物质,提取方法得当时,果胶产率可达14%以上(梁琪 等,2002;罗资琴 等,2006)。籽瓜汁含有人体必需的8 种氨基酸及抗坏血酸、尼克酸、核黄素、硫胺素、胡萝卜素、瓜氨素和纤维素,还含有钙、镁、铁、钾、锂、锌、铜、硒等矿物质和总皂苷、植物多糖,及抗氧化、抗肿瘤活性物质(吴霞明和赵金莲,2007;宋坤 等,2013;李欠南 等,2015),能增强人体免疫能力,具有“主消渴、治心烦、解尿毒”的功效,可以加工饮料、果醋等保健食品(赵瑛 等,2012)。且籽瓜汁的pH与人体皮肤接近,容易被吸收,是生产营养性和功能性化妆品的理想原料。金城四合院甚至独创“金城籽瓜宴”,为宾客提供色香味型各异、具有浓郁西部文化的数十道籽瓜菜肴(柳唐镜和汪李平,2007)。充分挖掘籽瓜资源的利用价值,进行籽瓜果实的综合利用和皮汁的精深加工,合理延伸籽瓜产业链,必将极大地提高籽瓜全产业链的经济效益,具有广阔的发展前景。
相对于其他瓜类作物来说,籽瓜生产的特点之一就是规模经营及与此相适应的简约化栽培技术,如不整枝、不疏果、机械化取籽等。随着籽瓜种植大户承包经营面积越来越大,籽瓜生产的机械化(甚至自动化)程度越来越高,对简约化生产技术的需求也更加迫切,如垄作沟灌栽培条件下的基肥、起垄与覆膜一体化技术与设备,平作滴灌栽培条件下的基肥、覆膜、播种与滴灌管铺设一体化技术与设备研发,生育期灌溉机械化或自动化及肥水一体化技术,大规模机械化植保服务技术与设备,籽瓜收获机械化技术等。这些技术在新疆和甘肃籽瓜产区经历了由人工到小型简易机械、中型成套机械的发展历程,但在技术细节和作业质量方面还存在不少需要改进的地方,尤其需要加强相关技术集成、配套设备研制与示范推广工作。
种质资源狭窄和产品用途单调成为籽瓜品种类型单调的基本原因。要支撑未来多途径、综合开发的籽瓜产业可持续发展,需要一批多样化的籽瓜新品种,籽用型品种的瓜籽大小和颜色、瓤用型品种的果实瓤色和风味、加工型品种的活性物质含量都应更加丰富。尤其应重视抗病品种的选育,充分利用西瓜栽培种内和近缘种的抗病资源提高籽瓜品种对蔓枯病、白粉病和枯萎病等的抗性,方能有力服务籽瓜产业的规模化、可持续发展。
大面积连续种植是籽瓜病害种类多、易暴发流行的主要生态原因,籽瓜病害防控必须着力于提高植株抗性,减少侵染来源和控制发病条件。通过培育抗病品种和平衡施肥来提高植株抗病能力,实施轮作倒茬和清洁田园以减少土壤带菌,进行合理密植和节水灌溉以降低冠层湿度,再辅之以种子包衣等措施推迟病害发生,减轻化学防治及其对环境污染的压力。
过去30年里,虽然我国瓜类科技工作者在籽瓜种植模式、种质资源、品种选育、病虫害防控和产品加工等方面做了一些研究,但是分散而且零星的研究与我国籽瓜生产的规模和效益不相适应,相关理论和技术远不能满足籽瓜产业蓬勃发展的要求。主要表现为籽瓜主要经济性状(瓜籽大小和颜色、果实产籽率等)和植株抗性(抗病性、抗旱性、耐瘠薄性等)的遗传规律尚不明确,与种质资源遗传背景单调共同阻碍了籽瓜新品种(特别是抗病品种)的选育。籽瓜产量形成的生理机制和水分、养分需求规律研究薄弱,难以支撑不同种植模式下栽培技术的创新。籽瓜果实活性成分的医疗、保健和美容功能研究几乎空白,严重影响了籽瓜综合利用新途径、新产品的研发。
针对以上瓶颈问题,籽瓜各主产区科研单位和科技人员应跨区域、跨部门、跨单位加强协作,与主产地区和加工企业形成籽瓜产业联盟,联合建立籽瓜基础研究和技术创新平台,共同制定科研计划,合理配置科技资源,积极开展分工协作,努力使我国籽瓜研究常态化,更好地满足籽瓜产业发展对科学技术的需求。
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Production and Research of Seed Using Watermelon in China
CHEN Jing-jing1, XU Yong2, ZHANG Jian-nong1, CHEN Nian-lai1*
(1College of Horticulture,gansu Agricultural University,Lanzhou730070,Gansu,China; 2 National Engineering Research Center for Vegetables,Beijing100097,China)
The periodical characteristics of seed using watermelon production andmain achievementsgained in scientific research were reviewed,and this paper also analyzed themajor problems existing in seed using watermelon production, such as slow update of cultivars,difficulty indisease control and insufficient comprehensive utilization, etc. Before ending, the paper put forward suggestions for futuredevelopment as strengthening comprehensive utilization of produces,simplifying techniques,diversifying the cultivars,integrating pestmanagement practices and collaborating in scientific research innovation.
Seed using watermelon; Industry situation;Scientific research;Review
陈菁菁,女,博士研究生,助教,专业方向:蔬菜栽培生理,E-mail: chenjj@gsau.edu.cn
*通讯作者(Corresponding author):陈年来,男,博士,教授,专业方向:蔬菜栽培生理,E-mail: chennl@gsau.edu.cn
2015-04-13;接受日期:2015-08-30
国家现代农业产业技术体系建设专项(CARS-26)