广东烟草种质资源创新与利用研究进展

马柱文，陈俊标，袁清华，黄振瑞

（广东省烟草育种与综合利用工程技术研究中心/广东省农业科学院作物研究所/广东省农作物遗传改良重点实验室，广东 广州 510640）

烟草种质资源是烟草新品种选育、原始创新及其生物技术产业化的物质基础，是保障烟叶生产安全的战略性资源，是极其宝贵的自然财富［1］。目前，我国烟草种质资源保存数量位居世界前列［2］。烟草原始创新、新品种选育及其生物技术产业化的成效，取决于所掌握种质资源数量和对其差异性状表现及遗传规律研究的深度，而突破性进展往往依赖于特殊种质资源的发现与利用。掌握的烟草种质资源范围越大，性状越丰富，实现创新目标的可能性越大。发达国家非常重视种质资源的收集、保存和研究工作，将种质资源作为重要的战略物资加以保护和利用，目前种质资源已成为全球竞争的重要砝码［3］。

广东烟草种植有400余年历史，各地生态环境千差万别，经过长期的自然选择和人工筛选，形成一大批珍贵的地方烟草种质资源。南雄、鹤山、五华、清远与廉江等名优晒烟资源，经轻工部烟草工业研究所评吸，根据香型和用途可分为近烤烟型、近香料烟型、调味型、近白肋烟型和亚雪茄型等五大类型；而烟叶工业配方试验发现，广东晒烟香浓劲大，味道纯净，焦油烟碱比低，类型和风格丰富，多适于作烤烟型、混合型卷烟原料使用。随着广东特异种质资源不断深入研究，发挥其特性，逐渐成为发展“中式卷烟”的优质特色原料。

烟草种质资源遗传多样性丰富，调制类型多样，且具有公益性、基础性和不可再生性等特征。长期以来，种质资源的工作重点一直停留在收集、保存与鉴定等方面，高产、优质、多抗、高效等关键功能基因的发掘与利用相对滞后，突破性新种质匮乏以及特有基因资源流失严重等问题凸显，烟草种质资源相关的研究工作任重而道远。为了解广东烟草种质资源研究现状，本文介绍了广东烟草种质资源国内外收集、保存的基本情况，阐述了烟草种质资源的分类、鉴定评价及种质创制与利用等方面的研究进展，概述广东生态环境下烟草地方种质资源的风格形成与发展现状，在此基础上，对目前种质资源繁种更新、精准鉴定、遗传群体研究和种质创制等方面进行展望。

1 烟草种质资源概述

1.1 广东烟草栽培简史

烟草产地主要以亚洲为中心，地域范围较广，分布在45°N～30°W之间，遍及亚洲、南美洲、北美洲、非洲及欧洲等［4-5］。随着分子生物学在烟草分类研究中不断深入及广泛应用，Knapp等［6］将烟属划分为76个种。而烟草在我国传入与发展大致顺序为晾晒烟、黄花烟、烤烟、香料烟、白肋烟［7-8］。广东是我国栽培烟草较早的省份之一，烟草传入广东的时间众说不一，据史书记载，在明万历年间（1573—1620年）已开始有烟草种植，烟草传入广东的路线有3条：一是由菲律宾直接传入福建、广东；二是由菲律宾传入澳门，经台湾传入福建、广东；三是由南洋或越南北部传入广东。在此数百年栽培过程中，在广东形成了多种调制类型、香吃味风格特征不同的大小名烟。2003年在国家烟草专卖局公布的《名晾晒烟名录》中，南雄、始兴、封开、连州的晒黄烟和廉江、高州、化州的晒红烟仍榜上有名［9］。

1.2 烟草种质资源的收集、保存

国内外烟草育种家对烟草种质资源的收集与保存十分重视。美国曾先后多次派考察队到烟草起源中心搜集古老类型的烟草种质和野生种，利用收集的烟草种质资源选育高抗青枯病的TI448A和高抗线虫病的TI706。值得一提的是，日本现收集的烟草野生种-川上烟草就是1960—1970年到南美洲考察时发现的［10-11］。我国烟草育种家也一直非常重视作物种质资源的收集工作。20世纪50年代初，进行了第1次烟草种质收集，共收集烟草资源3 000余份。其后，在云南、湖北、四川、海南、广东等地进行了烟草种质资源的补充收集，并每年陆续从国外引进一些使用价值较高的优良种质［12］。

广东省农业科学院作物研究所于20世纪50年代初期开展烟草种质资源收集工作，经过几代人的不懈努力，广泛搜集、整理、鉴定国内外烟草品种资源，至今收集了烟草种质资源1 000多份，特有资源300多份，是我国烟草资源的主要保存单位。目前是国家烟草专卖局重大专项“中国烟草种质资源平台建设”项目的成员单位之一［13-14］。

2 烟草种质资源研究进展

2.1 烟草种质资源分类

目前，我国保存烟草种质资源数量达5 767份，居世界第1位，群体遗传多样性丰富［15］。普通烟草（Nicotiana tabacumL.）和黄花烟草（Nicotiana rusticaL.）可直接应用于栽培种植。烟草种质资源以调制方式及植物学特性可分为烤烟、晒晾烟、白肋烟、香料烟、雪茄烟、黄花烟和野生烟等类型［16］。

2.2 烟草种质资源评价与鉴定

自2007年正式实施“中国烟草种质资源平台建设”重大专项以来，我国烟草种质资源评价与鉴定研究得到较快发展，现阶段已完成大部分烟草种质农艺性状和植物学性状的评价与鉴定；部分烟草种质的外观质量评价、化学成分分析以及原烟的香吃味评价；而在抗性鉴定方面，筛选出NC82、岩烟97、G-168等400多份抗烟草黑胫病、青枯病、根结线虫病等病害的重要抗源［17］。而在鉴定方法上，表型鉴定和分子鉴定相结合可以更加准确地鉴别新收集到的种质，SSR标记数量丰富、多态性高且价格较为低廉，与SNP 标记相比在进行种质资源遗传多样性分析和资源鉴定时结果基本相符［18-20］。

2.3 烟草种质资源创新与利用研究

2.3.1在品质育种中的利用 Orinoco是一个香味和吃味较好的美国品种，美国育成的一系列优质烤烟品种如NC95、NC567、Golden131、SC72、Va116、K326、ClemsonPD9、PD88、McNair944、Reams158、K394、NC60、Va102、McNair373、Coker298、NC85、Coker176、G80等都或多或少与其有血缘关系［21］。

我国利用400、Yellow Mammoth、NC82、G28、K326等育成了永定一号、龙岩C4、广黄10号、闽烟4号、红花大金元、云烟2号、中烟9023、中烟101、吉烟1号、辽烟11、CV87、广遵四号、中烟100、单育3号、中烟86、辽烟15、广遵2号、云烟87、云烟317、贵烟4号等一大批品种［22］。1988年，广东省农业科学院作物研究所利用雄性不育系MsG28为母本、K326为父本育成了雄性不育杂交一代品种广遵2号，成为我国审定的第一批烤烟雄性不育杂交品种［9］。我国地方烤烟品种金星6007不仅在生产上发挥了巨大作用，以其为亲本，还育成了中烟14、春雷三号、中烟90、中烟15、广黄55号、龙烟一号等一批品种［23］。

戴冕等［24］从清远地方品种系选育成的晒红烟品种“金英”，在广东晒红烟名产区鹤山推广使用，产量增加15%以上，1、2级烟叶增加10%以上，每667 m2纯收入增加101%，成为当时粤中晒红烟产区的当家品种，长达30年之久。利用“塘蓬”和广东南雄地方品种“大叶青梗”（近烤烟香型），育成的晒黄烟品种“81-26”，适应性广，抗白粉病、青枯病能力强，晒制后叶色黄亮，光泽鲜明，油润丰满，青烟率低，具有独特的香气。在南雄、连县、封开的区试中，平均每667 m2产量121.3 kg，比对照种“青梗”增产41%，均价提高8.6%。利用“塘蓬”和“400-7”育成的高产、优质、抗白粉病晒红烟新品种“广红5624”（属于亚雪茄香型），其单产比对照种金英增加10.6%，品质提高11.1%［9］。

2.3.2在抗病育种中的利用 烟草黑胫病：目前发现的烟草黑胫病抗源主要有4个，分别是雪茄烟品种 Florida301和 Beinhart1000-1、野生种蓝茉莉叶烟草（N.plumbaginifolia）和长花烟草（N.longif lora）。国外育成的Coker139、Coker319和G28，国内育成的革新四号、春雷三号、中烟14、中烟15、云烟2号等抗黑胫病品种的抗性主要来自Florida301。NC2326及其衍生品种的黑茎病抗性来自蓝茉莉叶烟草，L8的抗性来自长花烟草［21］。

烟草青枯病：美国学者从外引品种中筛选出高抗青枯病品种TI448A，中抗品种TI79A、Xanthi、79-X和Sumatra R，由于TI448A具有最高抗性，且品质较好，故成为选育抗青枯病烟草品种的主要抗源，1945年育成第一个抗青枯病烤烟品种Oxford26，进而育成Coker139、NC95、G28、Coker319、Coker258、Coker347、NC60、NC50、Oxford940、K326等多个抗青枯病品种［21］。日本从地方品种中筛选出抗青枯病品种Sumatra C、Awa、Hatano、Kokubu、Odaruma、Kirigasaku和Suifu。Awa、Hatano、Kokubu与Odaruma等品种的抗性受主效基因Rps控制；高抗品种Enshu和Hatanodaruma的抗性不仅受Rps基因控制，还受多基因影响；中抗品种Kirigasaku、Suifu的抗性由微效多基因控制。日本以Hatano为亲本选育出HatanoW、BHA21-3、W6等抗青枯病品种［9］。大叶密合是在广东封开县主栽晒烟品种，为名优晾晒烟品种之一，对青枯病具有较强且稳定的抗性［25］。SSR遗传图谱分析显示大叶密合的6个QTL不同于已发现的抗源［26］。

烟草普通花叶病毒病（TMV）：烟草普通花叶病毒病（TMV）抗源研究主要集中在普通烟草品种Ambalema和野生种N.glutinosa两个资源上，前者的抗性由2对隐性基因（rm1、rm2）控制，后者的抗性由显性单基因控制。N.glutinosa的抗性成功转移到普通烟草后育成Vamorr 48、Vamorr 50、Kentucky 56、Burley1、Burley 21、Ky 151、NC567、Reams158等烟草普通花叶病毒病（TMV）抗性品种［21］。

烟草黄瓜花叶病毒病（CMV）：美国学者把来源不同的7个抗花叶病基因结合在一起，即N.glutinosa的N基因，Ambalema的rm1、rm2基因，TI245的t1、t2基因以及印度烟草品种Henika的G1、G2基因，选育出抗花叶病品系GAT。台湾学者以GAT为抗源选育出TT6、TT7等抗CMV烤烟品种［27-28］。广东省农业科学院作物研究所先后用KY56、金英、塘蓬、6208、广黄21、TI245、75-81等烟草种质资源进行多交，经过多代加压选择，育成3个高耐CMV品种C151、C152和C212，温室接种鉴定和田间接毒试验证明，其耐性均优于TT6、TT7，且发现C151接种TMV病毒后呈过敏枯斑反应而无系统感染，是一个兼抗TMV和CMV的品系［9］。

烟草白粉病：Kokbu是中抗白粉病的日本晒烟种质资源，其抗性基因属于重复隐性基因，利用其抗性育成Kutsaga51E、KutsagaE1、Kutsaga110、TL33等烤烟品种和Banker102等白肋烟品种［29-30］。广东省农业科学院作物研究所从广东廉江地方农家品种中系统选育出晒红烟品种塘蓬，该品种对烟草白粉病免疫，其抗性由隐性单基因控制。随后以塘蓬为亲本育成广红5624、81-26、广黄54等高抗、优质品种［9］。

2.3.3综合利用研究 （1）烟叶废弃物提取综合利用：我国在烟叶废弃物的研究应用上处于领先地位，经研究发现烟叶中含有多种化合物，包括生物碱、茄尼醇、蛋白质、有机酸等物质。其中，烟碱、茄尼醇、植物蛋白是烟叶废弃物提取综合利用的主要物质。国内近几年对烟碱提取也相当重视，特别是烟碱的经济价值得到市场肯定后，在提纯分离方面开展了不少工作，也取得了一定进展［31-33］。茄尼醇是一种重要的医药中间体，是泛醌类药物中间体不可替代的成分，是合成维生素K的侧链和辅酶Q10以及合成抗溃疡药物、抗癌药物不可替代的天然原料，在医学上用途广泛。所以从废次烟草中提取茄尼醇，不仅能获得一种重要的医药原料，还可以提高烟草工业附加值［34-36］。早在20世纪70年代，美国科学家就开始利用新鲜烟叶提取植物蛋白的研究，发现烟草的蛋白质含量达10.68%，与玉米、甘蔗等作物的蛋白质含量相当，按当时美国大豆种植产量水平测算，每667 m2密植烟草获取的植物蛋白约为大豆的4倍［37-39］。

（2）废弃烟杆制备多孔碳材料：近年来，生物质碳在农业、环境、能源等领域受到广泛关注。生物质材料在无氧环境下经过高温焙烧工艺即可得到生物质碳。烟杆作为烟草生产过程中的一种废弃物，成本低廉，如能作为生物质多孔碳材料制备锂离子电池负极材料，不仅能解决其废料处置的难题，还能为新能源材料提供新思路，变废为宝，实现资源的最大化利用，减缓我国资源缺乏问题。袁清华等［40］利用广东晒烟品种81-26烟株茎杆制备多孔碳材料，比表面积及电化学性能表现极佳。

3 广东地方烟草种质资源的风格形成与发展

3.1 种质资源类型主要分布及特点

广东地方种质资源的形成是广东烟草生产栽培不断发展、变迁的结果［41］，在明万历年间（1573—1620年）即开始有烟草种植，是我国栽培烟草最早的省份之一。在此数百年间，经过长期的自然选择和人工筛选，在广东生态环境下形成了多种调制类型、香吃味风格特征不同的大小名烟。广东历史上的名优晾晒烟有：南雄的“黄坑”、“乌迳”、“杨梅坑”、“谷树塘”、“黄泥塘”、“珠黄塘”、“清水塘”晒黄烟及始兴的“马市烟”，以烟叶色泽金黄，香醇馥郁，余味舒适，燃烧性强，烟灰洁白，尼古丁含量适中等优点而享誉国内外。封开的“渔捞烟”，烟叶具有吃味劲头大，香气特殊、量足、质好，燃烧性强，烟灰洁白、凝聚力强，叶片厚，弹性强，中上部烟叶呈深黄色和红褐色相间虎皮斑等特点。连县的“星子烟”、“孔塘烟”和连山的“大旭烟”、“福堂烟”，因烟叶颜色深黄，光泽鲜明，具有“浓、香、醇”的特点和劲头较大、香味浓郁独特、吃味醇和饱满的风格而享誉中外。廉江的“长山烟”、“塘蓬烟”，属亚雪茄型晒烟，烟叶具有颜色红褐、光泽鲜明、组织细致、香气足、劲头较大、燃烧性强、烟灰白的特点。鹤山的“云蓼”、“雅窑”晒红烟以烟叶色泽鲜明红亮，油分充足，醇香浓烈，久储不变而著称于世。著名的晾晒烟还有高州“根子烟”，清远“源潭烟”，新会“杜阮烟”，从化“龙潭烟”，电白“羊角烟”，增城“派潭烟”、普宁“流沙烟”、仁化“长江烟”、“丹霞烟”，云浮“白石烟”，罗定“连碑烟”，五华“安流生切烟”、“周江烟”，丰顺“潘田烟”，平远“仁居烟”，怀集“谷嘴烟”，新兴“天堂烟”，阳春“春湾烟”，阳江“儒洞烟”，乳源“桂头烟”等。2003年在国家烟草专卖局公布的《名晾晒烟名录》中，南雄、始兴、封开、连州的晒黄烟和廉江、高州、化州的晒红烟仍然榜上有名（表1）。

表1 广东近60年各类型烟区及主栽品种Table 1 Various types of tobacco areas and main varieties in Guangdong Province in recent 60 years

3.2 广东育成主要烟草新品种（系）

广东烟叶生产随着烤烟主导地位的确立，烤烟面积不断扩大，晒烟面积和产量随之逐渐减少，但在广东部分地区至今仍有晒烟种植，如南雄、连州、封开等地的晒黄烟和廉江的晒红烟。其中，廉江的晒红烟主要出口海外。广东近60年先后育成烟草新品种（系）有25个（表2）。

4 展望

烟草种质资源是烟草新品种选育和烟叶生产的物质基础，我国在烟草种质资源收集与保存、鉴定评价、种质创新等方面都取得了较快发展［41-42］。展望未来，烟草种质资源研究将围绕探索种质资源遗传多样性和提高资源利用效率两个方面进行。

4.1 设立专项内容保证烟草种质资源繁种更新年度任务稳定有序开展

烟草种质资源具有公益性、基础性和不可再生性等特征，现阶段种质资源保存方式主要以种子形态在特定环境中进行保存。种子发芽率随着保存时间增加而逐渐下降，需要及时进行繁种更新，保证种子活力。为了有效地保护所收集种质资源，应设立专项内容按照计划分年度进行繁种更新，特别是珍稀、濒危、特有资源与特色地方品种，以保证烟草种质的长期保存。

4.2 加强种质资源精准鉴定与深度挖掘将助力资源向育种利用的快速转化

烟草种质资源研究工作主要集中在调查与收集、保存与评价、整合与共享三方面。对具有优异性状的种质资源进行重要性状表型和基因型精准鉴定及综合评价，构建表型与基因型数据库关键平台，破除数据孤岛现象，实现数据关联共享，挖掘高产、优质、广适、多抗、养分高效利用、适宜机械化等重要性状突出的育种材料，可有效解决我国烟草种质资源丰富但育种亲本相对贫乏、育种遗传基础狭窄、种质资源利用效率低等问题。

4.3 提高种质创制效率

目前，烟草种质资源遗传基础研究较薄弱。烟草育种工作主要靠多亲本多组合大海捞针的方式进行，摊子铺得大，成效取得少［24］。基于CRISPR-Cas9的烟草基因编辑技术日趋成熟，基因组定点编辑（site-specific genome editing）技术可以在基因组水平上对DNA序列进行定点改造的遗传操作技术［44］。利用基因编辑技术定向创制优异种质资源，将是烟草种质资源研究的重要研究方向。

表2 广东近60年先后育成的烟草新品种（系）Table 2 New tobacco varieties （lines） in Guangdong Province in recent 60 years