抗PVY 云烟87 定向改良新品种“云烟301”的选育及特征特性

刘勇，黄昌军，曾建敏，肖炳光，于海芹，李永平

云南省烟草农业科学研究院/国家烟草基因工程研究中心，昆明 650021

烤烟品种云烟87 是云南省烟草农业科学研究院选育的优良品种，具有生态适用性好、易栽易烤等优点[1]，原烟清香型风格突出，被卷烟工业企业广泛接受，连续10 多年为我国烤烟主栽品种。云烟87 年均种植面积达600 万亩（40 万公顷），但云烟87 易感马铃薯Y 病毒病（Potato virus Y，PVY）。PVY 是我国烟草上的重要病害，每年造成的损失位列十大烟草侵染性病害名单前列[2-3]。我国受PVY 威胁烤烟面积年均300 万亩（20 万公顷）。生产上主要采取治虫防病、药剂防治等措施防治，防治效果不高。局部地区PVY 暴发的情况仍然时有发生，PVY 的防控仍然是烟叶生产中的一个热点和难点[4-8]。种植抗病品种是防控PVY 的经济有效手段，但前提条件是抗病品种的抗性高、生态适应性好且无产量质量劣势。目前，我国缺乏高抗PVY 的自育主栽品种，国外引进的高抗PVY 烤烟杂交种，如：NC55、NC102，由于生态适用性等原因，种植面积占PVY 危害面积的比重较小，由于雄性不育也不能作为育种亲本利用。我国审定的烤烟新品种多，但主栽品种一直是云烟87、K326 等。主要原因是新审定品种的栽培烘烤特性、原料风格特征和感官质量与特定产区原有主栽品种存在较大差异，工农业适应调整的风险和成本较大。采用常规杂交、系谱选育方法，难以达到定向改良主栽品种抗性的目标。

《烟草基因组计划重大专项》实施为烤烟主栽品种定向改良创造了技术条件。项目组在“十二五”期间克隆了烟草感PVY 的eIF4E1 基因[9-10]（va 位点缺失eIF4E1 基因表现为抗病） 、开发出基因功能分子标记[11]、鉴定出抗PVY 种质资源。郑州烟草研究院等单位研发出栽培烟草全基因组芯片。在《烟草基因组计划重大专项》的部署下，确定育种目标为定向改良云烟87 的PVY 抗性，满足我国PVY 危害较重地区烟叶生产稳定发展和工业企业对优良品种的需求。

抗PVY 云烟87 的定向改良育种过程如下：采用常规杂交和分子标记辅助选择将va 位点导入云烟87，通过4 次回交恢复云烟87 的遗传背景。获得BC4F2后，通过连续田间株系比较，筛选株型、农艺性状类似云烟87 株系（BC4F5）。然后采用烟草全基因组芯片进行遗传背景检测，筛选出遗传背景恢复率最高的单株，自交收获品系BC4F6。再进行品系比较、生产试验、农业评审、工业验证和审定。

抗PVY 云烟87 新品种“云烟301”保留了云烟87 品种优良栽培烘烤特性、风格特征和感官质量，能低成本高效绿色防控PVY 病害，农业上易栽易烤好收购，工业上知根知底不必改配方，具有良好的推广应用前景。

1 选育过程

亲本来源：母本为云烟87，其系谱为K326×云烟二号，云烟二号的系谱为G-28×红花大金元。父本为携带va 位点的种质资源RY2 衍生的育种中间材料。RY2 具有美国烤烟系谱，具有高抗PVY 的优点，在水肥条件较差的情况下长势偏弱、气候斑较重。前期利用RY2 与云烟85（简称Y85）杂交，获得抗PVY 的F2单株（以Y85×RY2/F2表示）。

图1 云烟301 选育过程Fig. 1 Breeding process of Yunyan 301

在克隆烟草感PVY 基因eIF4E1、开发功能性分子标记、掌握国内外抗PVY 品种和种质资源基因型过程中，明确了定向改良云烟87 的PVY 抗性的育种目标。以Y85×RY2/F2作为抗性供体亲本（父本），通过连续回交、杂交、分子标记辅助选择、全基因组基因芯片背景检测等技术定向改良云烟87 的PVY 抗性。2010 年配制杂交组合，2011—2014 年进行回交，2015—2016 年进行株（品）系比较，2017 年进行遗传背景评价、品系比较和小面积生产示范。2017 年8月，在云南省昆明市石林县通过由国家烟草专卖局科技司和中国烟叶公司组织的田间鉴评。2018 年参加全国（西南区）生产试验，通过农业评审和审定。

2 遗传背景SNP 芯片评价

由中国烟草总公司郑州烟草研究院采用四倍体烟草基因分型基因芯片（Tobacco 420k SNP array）进行遗传背景选择。该款芯片包含了432362 个烟草SNP位点，并均匀分布整个烟草基因组。将芯片实验数据过滤，获得410301 个SNP 位点分型数据。基于亲本RY2 和云烟87 间多态性SNP 筛选，获得19187 个双亲间多态性纯合SNP 位点，其中14257 个纯合SNP位点定位在红花大金元染色体上。

挑选10 个BC4F5进行品系比较试验，根据长势、整齐度、叶形与叶片大小等植物学性状和农艺性状挑选优系，对中选优系的姊妹单株进行SNP基因型分型，分别统计姊妹单株与云烟87 一致的SNP 位点数量，并计算姊妹单株的遗传背景恢复率。遗传背景恢复率以与云烟87 一致的位点总数占双亲间的多态纯合SNP 总数的百分比表示。遗传背景恢复率最高的一个单株RY21-1(4)达到99.43%，其余4 个BC4F5的姊妹单株的遗传背景恢复率在97.20%～97.34%之间（表1）。5 个BC4F5的姊妹单株与云烟87 不一致的SNP位点数在110～537 个之间，5 个单株之间存在一定数量的来自供体亲本的相同SNP 位点（未列出数据）。综上所述，这些BC4F5单株与云烟87 间的仅存在很小的遗传背景差异。

表1 部分BC4F5 单株的遗传背景恢复率Tab. 1 Genetic background recovery rate for some BC4F5 single plant

图2 RY21-1(4)与云烟87 间多态SNP 位点分布（补齐染色体）Fig. 2 Polymorphic SNP site distribution between RY21-1 (4) and Yunyan87 (complemented chromosome)

其中遗传背景恢复率最高单株为RY21-1(4)。该单株与云烟87 相比，在第2、5、9、12、22 号等5条染色体上存在6 个供体亲本的染色体片段（图1）。RY21-1(4)自交获得抗PVY 云烟87 新品系（BC4F6），编号为RY21。RY21 审定后定名为云烟301（审定编号201807）。

3 主要植物学性状

云烟301 株型塔形，叶片长椭圆形，叶色绿，茎叶角度中，田间长势强、烟株整齐度较好，分层落黄特征明显，大田生育期平均为125.7 天、与云烟87和K326 相当。

4 主要农艺性状

按照“烟草品种审定评价与评分方法”综合2016—2018 年试验调查结果（表2），云烟301 田间生长整齐一致，平均打顶株高122.45 cm，稍高于对照品种云烟87； 平均有效叶片数20.41；平均茎围10.79 cm；平均腰叶长78.64 cm 宽30.92 cm；有效叶片数、茎围、腰叶长宽与对照云烟87 相当。

表2 云烟301 农艺性状Tab. 2 Agronomic characteristics of Yunyan301

5 主要经济性状

在昭通昭阳区PVY 高发病区，2016—2017 年品系比较结果表明， 云烟301 表现为高抗， PVY 的发病率为0，而对照品种云烟87 打顶后PVY 发病率为22.0%。云烟301 主要经济性状明显优于对照云烟87，平均亩产量、亩产值和上等烟比例高于云烟87（表3）。表明云烟301 替代云烟87 可有效挽回PVY 病害造成的产质量损失。

表3 2016—2017 年品系比较试验云烟301 主要经济性状（PVY 高发病田）Tab. 3 Variety test of lines of Yunyan301 main economic characteristics (PVY high-incidence field) in 2016—2017

表4 云烟301 经济性状（PVY 发病率小于1%）Tab. 4 Economic characteristics of Yunyan301（PVY incidence less than 1%）

在PVY 发病率低于1%的情况下，按照“烟草品种审定评价与评分方法”综合2016—2018 年试验结果（表4），云烟301 的亩产量185.14 kg、亩产值4899.58 元、上等烟比例50.1%，与对照品种云烟87相当，显著优于对照品种K326。表明在PVY 发病率低于1%的情况下，云烟301 的经济性状与云烟87相当。

6 抗病性

室内苗期人工接种鉴定，云烟301 的PVY 发病率为0，对照云烟87 的PVY 发病率为100%。在昭通昭阳区自然发病条件下，云烟301 的发病率为0，对照云烟87 的PVY 发病率为22.0%。在昆明石林团棵期人工接种PVY 情况下，接种后30 天云烟301 发病率为0，对照云烟87 的PVY 发病率为78.9%。表明云烟301 高抗PVY（表5）。

表5 云烟301 人工接种PVY 抗性Tab. 5 PVY resistance of Yunyan301 in artificial inoculation

云烟301 由全国区试5 家科研单位（中国烟草总公司青州烟草研究所、云南省烟草农业科学研究院、贵州省烟草科学研究院、中国烟草东南农业试验站、中国烟草东北农业试验站）进行人工诱发抗性鉴定。云烟301 抗PVY，中抗黑胫病、根结线虫病和青枯病，中感赤星病和TMV。对照品种云烟87 中感PVY，中抗黑胫病、根结线虫病和青枯病，中感赤星病和TMV（表6）。云烟301 的PVY 抗性显著高于对照品种云烟87、对其他病害的抗性与对照品种云烟87相当。

表6 云烟301 的抗病性Tab. 6 The disease resistance of Yunyan301

7 原烟外观质量

2016—2017 年云南玉溪、昆明、曲靖、昭通品系比较试验原烟外观质量结果：云烟301颜色“桔黄”，成熟度“成熟”，结构“疏松～尚疏松”，身份“中等～稍薄”，油分“稍有～有”，色度“中～弱”；整体外观质量与云烟87 相当。

郑州烟草研究院对2018 年云南玉溪、云南楚雄、云南红河、贵州毕节生产试验样品进行外观质量评价，云烟301 烟叶颜色多为金黄，少量属微带青范畴；烟叶成熟度多为“成熟”档次，少量“尚熟”；烟叶叶片结构多为“疏松”档次，少量“尚疏松”；烟叶身份多为“中等”，少量“稍薄”，个别“稍厚”；烟叶油分多为“有”档次，少量“稍有”；烟叶色度多为“中”档次，分别有少量烟叶属于“强”和“弱”档次。 综合4 个示范点云烟301 品种烟叶的外观质量与对照品种云烟87 相当。

8 原烟内在品质

8.1 主要化学成分

云南省烟草农业科学研究院分析测试中心对2016—2017 年云南玉溪、昆明、昭通品系比较试验进行了中部叶化学成分测定，云烟301 的烟碱平均含量1.80%、总氮平均含量1.64%、还原糖平均含量25.05%、总糖平均含量32.25%、钾平均含量1.89%。氯平均含量0.18%、淀粉平均含量4.41%（表7）。云烟301 的各化学成分含量均在适宜范围之内，内在化学成分协调性较好，与对照品种云烟87 相当。

表7 区域比较试验中部叶化学成分（2016—2017 年）Tab. 7 The chemical composition of middle leaf in region test（2016-2017）

郑州烟草研究院对2018 年云南玉溪、云南楚雄、云南红河、贵州毕节生产试验样品进行化学成分测定，云烟301 中部烟叶总植物碱含量在1.73%～3.44%之间，平均2.59%，总氮含量1.72%～2.59%，平均2.13%，还原糖含量16.06%～26.68%，平均20.98%，钾 含 量1.65%～1.89%， 平 均1.79%， 淀 粉 含 量3.29%～4.58%，平均3.73%。与对照品种相比，云烟301 品种烟叶的总糖含量略低，其余指标不存在稳定差异。

8.2 物理特性

郑州烟草研究院对2018 年云南玉溪、云南楚雄、云南红河、贵州毕节生产试验样品进行物理特性测定，云烟301 中部烟叶厚度在0.116 mm ～0.174 mm 范围，平均0.139 mm；叶面密度在59.15 g/m2～84.10 g/m2之间，平均70.58 g/m2；单叶质量在11.43 g ～17.44 g 之间，平均13.69 g；平衡含水率在12.42%～13.35%之间，平均12.80%；含梗率在29.01%～33.97%之间，平均31.94%。与对照相比，云烟301 品种烟叶的含梗率略高，其余指标不存在稳定差异。

8.3 感官质量

国家烟草专卖局科技司和中国烟叶公司组织13位行业卷烟评委组成感官质量评价专家组，对2018年定向改良品种样品与相同试验点种植的对照品种样品进行了感官质量评价。评价结论如下：云烟301 与对照云烟87 品种的总体风格特征一致，各项质量指标无明显差异，感官质量评价总体一致；风格特色彰显程度与原云烟87 对照样品一致。就样品而言，云烟301 在工业上可替代云烟87 使用。

云南玉溪、云南楚雄、云南红河、贵州毕节2018年的生产试验样品，由中国烟草总公司郑州烟草研究院组织9 家工业企业进行评价。云烟301 在云南玉溪、云南红河的工业感官质量平均分为74.52、72.52，对照平均分为73.68、71.90，云烟301 清甜香韵较明显，香型风格凸显程度优于对照云烟87。云烟301 在云南楚雄和贵州毕节平均分为69.01、65.29，对照平均分为70.91、66.16，云烟301 的香型风格凸显程度与对照基本相当（表8）。综合4 个试验点，云烟301感官质量与对照云烟87 基本一致。

表8 云烟301 与云烟87 感官质量评价Tab. 8 Sensory quality evaluation of Yunyan300 and Yunyan87

9 适应性和栽培调制技术要点

云烟301 在不同生态区试点的稳定性、适应性和丰产性表现良好。该品种需氮肥中等，与云烟87 相当。N、P2O5、K2O 配比1 ∶1 ∶3。移栽后及时浇施提苗肥，移栽后30 d 内施完追肥为宜。中心花开放打顶，有效留叶数20 片，打顶时摘除2 片无效底脚叶，以改善田间通风透光条件，提高下部烟叶成熟度。可以参照云烟87 烘烤工艺和技术进行烘烤。

10 品种综合评价

云烟301 为利用基因组定向改良技术选育的烤烟纯系品种（非转基因），遗传性状稳定。由国家烟草基因研究中心采用420k基因芯片进行遗传背景检测，双亲间的多态性纯合SNP 位点19187 个，按照与云烟87 一致位点数占总位点数计算，云烟301 的遗传背景恢复为云烟87 的比率为99.43%，达到了定向改良品种遗传背景一致性要求。

云烟301 株形为塔形，叶片长椭圆形，叶色绿，茎叶角度中等，主脉粗细中等。云南省区试和全国烤烟品种试验（西南区）结果：有效叶数20.4片，打顶株高122.45 cm；茎围10.79 cm，节距4.89 cm，腰叶长78.64 cm、宽30.92 cm，大田生育期125.7 天；除株高稍高外、农艺性状与对照品种云烟87 相当。田间生长整齐一致，生长势强，分层落黄特征明显，较易烘烤。平均亩产量185.1 kg、平均上等烟比例50.1%，综合经济性状与对照品种云烟87相当、优于对照品种K326。初烤颜色桔黄，成熟度好，叶片结构疏松，身份中等，油分有，色度中，整体外观质量与对照品种云烟87 相当。主要化学成分含量与对照品种云烟87 相近，协调性好。云烟301 与对照品种云烟87 总体风格特征一致，各项质量指标无明显差异，感官质量评价总体一致，风格特色彰显程度一致。

云烟301 适应性较广，需氮量与云烟87 相当，N、P2O5、K2O 配比1 ∶1 ∶3。在烘烤过程中变黄、失水速度与云烟87 相似，稍快于K326。云烟301 的PVY 抗性显著提高，保留了云烟87 的栽培烘烤特性、原烟风格特征和感官质量。在打顶后PVY 发病率达到1%的云烟87 种植区，具有良好的推广前景。

致谢：感谢郑州烟草研究院罗朝鹏、张剑锋完成基因芯片检测和数据分析。