科学网—上海市农科院花菜生物育种团队向“芯”发力：改变优势西蓝花产业背后的弱势种业
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2026-8-3 20:24
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青花菜商品名为西蓝（兰）花，原产于地中海沿岸，营养丰富、尤其是富含蔬菜中抗氧化能力最强的“萝卜硫苷”，在营养学界有“蔬菜皇冠”和“轻食之王”的美誉。自20世纪80年代引入我国后，西蓝花种植规模持续扩大，目前全国种植面积稳定在160万亩左右，总面积和总产量均居世界第一，已从改革开放初的稀特蔬菜走入寻常百姓家。近日，上海市农业科学院花菜生物育种团队在西蓝花基因组学与品质形成机制研究方面取得重要进展：研究团队成功构建了国际上首个西蓝花T2T无缺口全基因，为西蓝花重要性状解析、分子设计育种和优质种质创制提供了高质量基因组资源，并解析了调控花蕾低温下紫色形成和花青素积累的关键基因BoF3’H，相关研究成果发表于国际SCI一区和园艺学界顶级学术期刊Horticulture Research（《园艺研究》）。
西蓝花的花蕾颜色与其商品性、营养品质和抗逆能力密切相关，其中影响花蕾颜色的重要物质——花青素作为西蓝花重要次生代谢产物和天然抗氧化剂，既参与其花蕾发育对环境胁迫的响应，也影响西蓝花外观品质和营养价值。近年来，市农科院研究团队针对以往因基因组序列存在缺口、完整性不足，难以深入解析花色形成机制的问题，整合多种测序技术，构建了西蓝花高质量的端粒到端粒(T2T)参考基因组。通俗地说，这相当于绘制了一幅西蓝花全部9条染色体中的每条染色体从一端连续覆盖到另一端、基本覆盖所有脱氧核糖核酸的“基因组全景地图”，帮助研究人员更准确地定位分析了包括花青素合成相关基因及调控区域在内的西蓝花功能基因，将控制花蕾紫色形成的关键位点定位于C09染色体73kb区间，并通过基因编辑锁定了BoF3’H为调控西蓝花花青素积累的关键基因。
攻克西蓝花种质资源“卡脖子”难题
其实在较长一段时间里，国内西蓝花种子高度依赖进口，一直是位列我国海关进口种子价值排名前三的蔬菜品类，是主要的真正“卡脖子”作物之一。由于当前国际上的种业巨头和跨国公司均采用雄性不育（花蕊无花粉）技术育种，几乎所有商品种都无法留种并分离出可利用的育种材料，加之日本百年种业巨头坂田种苗株式会社在20世纪上半叶就收集、挖掘了起源于地中海一带的西蓝花种质资源，近年来其优质品种“耐寒优秀”长期基本垄断全球和中国市场，我国西蓝花生产用种在“十八大”前的进口依赖程度超过95%；国产品种因可利用的种源匮乏，“巧妇难为无米之炊”。同时，日本进口品种因全球独大，种子价格炒到每公斤3万元。西蓝花种植面积和产量均位居全球第一的优势产业背后，是弱势的种业。
上海是我国最早引种西蓝花的地区，上海市农科院也是国内最早开展相关育种工作的单位之一，在改革开放后起步，花菜育种团队育成了中国第一个西蓝花品种——“上海一号”和能与进口的欧美品种相抗衡的杂交品种——“沪绿五号”，赶超了欧美等国西蓝花育种，先后获得市科技进步奖二等奖和三等奖共3项。“十三五”以来，针对日本垄断全球种源的“卡脖子”现状，团队先后承担了“十三五”重点研发计划、“十四五”国家西蓝花联合攻关项目和上海市涉及花菜领域自主研发的项目，通过远缘杂交培育雄性不育恢复系、单倍体育种加速材料纯化、分子标记辅助选择等聚合高品质和高抗逆性的生物育种技术创制新种质，重新开始构建专属种质库，经过十多年攻关，团队先后制定了国内首个西蓝花细胞质雄性不育杂交制种领域的技术标准，创制了油菜源雄性不育恢复系，并开发了700个覆盖西蓝花全基因组的SNP（指在基因组水平上，由A、T、C、G单个核苷酸发生变异所引起的DNA序列多态性）分子标记，为精准生物育种奠定了基础。针对长江流域利用西蓝花雄性不育系繁种产量低且不稳定的难题，创新团队建立、完善了规模化、标准化的西蓝花设施杂交繁制种技术体系，提高制种产量20%以上，提升种子平均亩产量至15千克以上、种子发芽率至90%以上；创新团队在国内率先建立的基于全基因组测序的SNP标记鉴定杂交亲本及F1代纯度技术方法使杂交种纯度超过99%，为新品种种子纯度早期快速鉴定提供了技术支撑，还建立了西蓝花氮磷钾平衡施肥模型并开展测土配方施肥。各具特色的国产西蓝花品种和栽培方式搭配应用，可在长三角和长江流域实现西蓝花的秋、冬、春三季早、中、晚熟配套生产。
记者从市农科院获悉，经过持续多年向西蓝花的“芯片”发力，由该院科技兴农办主任谢祝捷博士带领的花菜生物育种创新团队以生物育种技术弥补种质资源的匮乏，迄今已育成花菜类新品种15个，其中9个获国家植物新品种权，8个通过上海市新品种认定，“沪绿”系列西蓝花已成为长三角和长江流域可与国际顶尖品种相抗衡的国产主推品种，其中新品种“沪绿70”更以其商品性好、抗逆性强、适应性广的特点，在综合特性上优于日本进口品种。让农户欣喜的是，“沪绿70”除了具有耐寒、球色蓝绿低温不紫、花球紧实高圆、更耐黑斑病等高商品性和抗逆性外，只需定植70天左右就能采收，适合在国内大部分西蓝花主产区栽培，并以500万元创下了国内同类蔬菜单个新品种成果转让费新高，实现了部分替代进口，为我国西蓝花品种现有国产化率达到40%以上做出了上海的贡献。
西蓝花育种团队汗水浇出幸福“花”
农业科技的每一分收获背后，都是面朝试验田和沉浸实验室的辛勤耕耘，来不得半点虚假。每年春天，当上海市农科院庄行综合试验站育种基地的西蓝花开出十字花瓣的嫩黄色、金黄色、白色或紫色小花，在过客眼中是浪漫的风景，对于长年驻扎在这里的科研人员姚雪琴和李光庆副研究员而言，十多年来秋育苗定植、冬观察选株、春授粉留种、夏收籽播种，寒来暑往，来回巡视种植于二十多亩露地和大棚里的数千个西蓝花材料，在其中寻找性状优良的单株进行杂交育种，却是一项即便热爱也需要耐心和定力的工作。
刘春晴博士在这里工作也已经有10年了，记者在大棚里遇到她时，她正在用西蓝花和小青菜、油菜薹进行远缘杂交，培育跨种间新种质。据说他们团队还尝试用板蓝根作为母本，西蓝花作为父本，培育板蓝根西蓝花。
市农科院与上师大生命科学学院联合培养的硕士研究生小左正在给西蓝花授粉。野蜂在花朵间“嗡嗡”地飞舞穿梭，时不时也会烦人地绕着人周身打转。小左一边用刻刀操作一边向记者展示：“育种需要先把硕大的西蓝花花球切开，让每朵花处于分散的单枝状态，花朵才能充分绽放开来。”但更细致的工作还在后面——这里每单株留种的花朵上都套着一个薄薄的纱袋，袋子上挂着的不同颜色小纸牌清晰地记录了袋内植株所来自的母本和父本，以及“二倍体”“TC25-18-37-46A”“粒细、色深、球高、有猫眼”“有恢复基因”等性状。“套袋是为了避免已经授过粉的种子和其他花粉混在一起，否则育出来的种子性状就会乱”，谢祝捷告诉记者，“一个品种十年功，授粉工作细如丝”。
为了保证一代代传递的种子谱系清晰，育种的工作量非常大。科研人员用红色的纸牌标记父本，用白色的纸牌标记母本，用绿色的纸牌标记做杂交种子，用蓝色的纸牌标记做回交种子，不同的颜色各有表征。这里的工作人员人人都有几大本密密麻麻的实验笔记。当去年秋天播种的植株春天开了花，科研人员会先等花结种荚后对它们进行脱粒保藏，再整理清单，等到夏天去播种。像这样从种子到种子，顺利的话一年左右也只能传一代，然后由育种专家根据谱系对它们进行排列组合，结合实验室分子标记辅助选择材料。从1年收上来上万份种子，到基本育成一个品种，至少需要10年。所以人们平时在市场里看到的，都已经是经过千挑万选、性状优良的西蓝花。“不然，什么稀奇古怪的品种都会出现。”谢祝捷笑侃。
让国产种子从“有”到“好”，花菜生物育种团队漫长而艰辛的自主研发之路还在继续。“我们将在生物育种基础上开展数字智慧育种”，谢祝捷颇有信心地向记者表示：“会一直有新的好品种出来。”
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