黄瓜细胞分子育种技术及优异新种质的创制
获 奖 者：陈劲枫 娄群峰 钱春桃 李 季 李 英 陈 洁 张 璐 虞夏清
获奖单位：南京农业大学、南京市蔬菜科学研究所
成果简介：
细胞工程和分子辅助育种技术的发展极大地加快了作物育种的进程，为品种的改良提供了重要的技术保障。黄瓜（Cucumis sativus L.）是重要的蔬菜作物。中国黄瓜产量约占世界总产量的70%，产值达1000亿元。但黄瓜遗传基础狭窄，种间杂交障碍严重，单倍体生产难度大。目前多数黄瓜育种仍以常规育种为主，其周期长、品种改良效率低，严重制约黄瓜的育种进程。本成果自1995年至2014年，在国家自然科学基金重点项目和面上项目等资助下，开展细胞分子育种研究，在种间杂交和渐渗育种、单倍体/双单倍体培养、目标基因的发掘与应用，以及优良品种的培育等方面取得了突破性进展，为保证我国黄瓜相关研究的世界领先地位做出了重要贡献。
主要创新点如下：
1、建立了基于远缘杂交和种间渐渗的黄瓜优异新种质创制技术体系，创制出系列种间特异资源
在国际上首次成功利用栽培黄瓜（2n=14）与野生酸黄瓜（2n=24）进行种间杂交获得种间杂种（2n=19）及种间双二倍体（2n=38），并进一步获得一系列异染色体系新材料，包括异源三倍体（2n=26）、单体异附加系（2n=15）等，通过鉴定筛选获得了以栽培黄瓜为遗传背景，导入了野生酸黄瓜染色体片段的种间渐渗系材料1200份。其中携带野生酸黄瓜抗病抗逆性状的渐渗系材料累计106份，包括高抗霜霉病渐渗系材料12份，抗蔓枯病渐渗系5份，抗根结线虫病渐渗系2份，其余抗逆材料80余份。
2、研发出基于雄核发育和雌核发育两大途径的黄瓜单倍体/双单倍体培养技术，高效创制育种新材料
开发了包括小孢子培养、花药培养、辐射花粉授粉结合胚培养、未授粉子房培养和单性结实子房培养共5种途径的单倍体生产技术，有效解决了基因型差异反应问题。其中黄瓜游离小孢子的成功培养是迄今国际上唯一通过小孢子培养获得黄瓜单倍体并获得授权专利的技术，也是国际上第二个利用黄瓜花药培养成功获得单倍体的例子。
3、发掘了黄瓜抗霜霉病、抗蔓枯病、果实长度、单性结实、果肉橙色（富含β-葫芦卜素）等优异基因并开发出分子标记，用于优异育种材料创制
利用创制的携带有酸黄瓜抗性基因的抗病渐渗系进行抗病基因的定位与发掘，定位了抗病渐渗系中来源于酸黄瓜的抗霜霉病和蔓枯病基因；克隆出抗霜霉病候选基因CSRGA23、Pto-type RGAs和CsPR5。
基于SLAF和QTL-seq方法，获得了8个控制果实长度的QTL，其中在3号染色体上发现贡献率达38.9%的主效QTL，明确4个控制果实长度的候选基因。定位了7个与单性结实相关的主效位点，分布在1、2、3、5、7号染色体上，其中Parth2-1最大贡献率达17.4%，确定8个候选基因。
发掘我国特有黄瓜变种-西双版纳黄瓜的橙色果肉（β-胡萝卜素含量达250ug/g鲜重果实，而普通栽培黄瓜则不到10ug/g）性状分子标记，确定橙色果肉受一对单隐性基因ore控制。标记SSR07706可准确区分30份不同黄瓜材料中β-胡萝卜素的含量特征。
4、创造出一批全雌、强单性结实、多抗的黄瓜优异新种质和新品种，并在国内外广泛释放应用
利用创制的新材料培育优良新品种10个，包括设施专用品种‘南水2号’‘南雌1号’‘南雌2号’‘美雌09’‘优加全雌09’‘华南全雌09’和‘宁丰09’；加工专用型‘宁佳3号’；露地栽培专用型‘南抗1号’和‘宁运3号’。其中‘宁运3号’适用于粗放管理的爬地栽培模式，是目前国内首个适于爬地栽培的黄瓜新品种。
建立新品种示范基地3个，示范并累计推广面积达19.309万亩。累计新增销售额23919.02万元，新增利润14413.09万元。已获授权发明专利9项，新品种权保护6个；发表论文52篇，其中SCI论文31篇，总被引415次，他引292次。培养博士生20名，硕士生42名，国际留学生2名。
大豆花叶病毒病鉴定体系创建和抗病品种选育及应用
获 奖 者：智海剑 盖钧镒 李 凯 王 幸 何艳琴 王大刚 杨 华 邱家驯 王宗标 程 浩 陈受宜 杨永庆 栾鹤翔 王修强 王瑞珍 郭东全 杨清华 马 莹 郑桂杰 白 丽
获奖单位：南京农业大学、江苏徐淮地区徐州农业科学研究所
成果简介：
大豆花叶病毒（SMV）病严重影响大豆的产量和品质，一般可导致减产15%，严重时达70%。抗病育种是最经济有效的控制危害手段。建立全国统一的SMV株系鉴定体系，明确各地优势株系以及挖掘和拓宽针对优势株系抗性种质是抗病育种的基础；阐明抗性遗传机制，定位抗性基因，获得与抗性基因紧密连锁的分子标记是提高抗病育种效率的关键；培育并推广高产、优质、抗病品种是抗病育种的目的。本成果针对抗病育种的“基础、关键和目的”，完成了从SMV株系鉴定体系创建到抗病、高产、优质品种选育及推广应用的各个环节的研究，推动了大豆花叶病毒研究领域的科技进步，有效控制了SMV对我国大豆生产的危害，创造了显著的社会、经济和生态效益，形成了国际领先的研究成果。
1、创建了全国SMV株系鉴定体系，将SMV划分为22个株系；明确了各大豆生态区的优势株系；完成了我国SMV株系的全基因组序列分析，发现菜豆普通花叶病毒和大豆花叶病毒重组形成的新SMV类型；发现了调控SMV复制的基因GmEF1A；建立了定性和定量结合的品种抗性鉴定方法和配套分级标准，主持国家5大区和8省区试品种的抗SMV鉴定。
大豆产区的25省采集田间病样6438个，筛选出10个鉴别能力强、反应稳定的品种作为SMV株系鉴别寄主，将中国SMV划分为22个株系，创建了全国SMV株系鉴定体系，填补了我国没有统一鉴定体系的空白；明确了6大生态区的优势株系，确定了各个地区抗病育种的方向，为抗SMV育种奠定坚实基础。
完成了我国SMV株系的全基因组序列、进化及致病性特点分析，发现了菜豆普通花叶病毒和大豆花叶病毒重组形成的新SMV类型，为SMV的流行预警提供了依据；通过大豆蛋白与SMV蛋白的互作分析，发现调控SMV复制的基因GmEF1A，发表了30年来SMV研究领域影响因子最高的论文。
建立了定性和定量结合的品种抗性鉴定方法和配套分级标准，主持国家5大区和8省（市）区试品种的抗SMV鉴定，累计鉴定品种5895个，使我国感病品种的比率下降25%。为控制SMV危害发挥了重要作用。
2、发掘出抗侵染和抗扩展的优异抗性种质；揭示了抗侵染和抗扩展及症状反应的遗传机制；定位了15个重要株系的抗性基因，精细定位了其中8个，检测到6个抗扩展主效QTL。
发现大豆对SMV存在抗侵染和抗扩展两类抗性机制，从6000多份种质资源中发掘出科丰1号、齐黄1号等22份抗侵染抗源、诱变30等10份抗扩展种质，为抗病育种奠定物质基础。
揭示了抗侵染和抗扩展及症状反应的遗传机制，发现无症状、系统坏死和系统花叶3类症状反应由一组复等位基因控制，抗侵染分别由不同的单显性基因控制，抗扩展由加性主基因和加性-显性多基因共同控制，为抗SMV育种的亲本选配和选择提供了指导。
将15个株系的抗性基因定位在Gm02、Gm06、Gm13和Gm14共4条染色体上，发现抗性基因成簇存在，并精细定位Rsc7等8个抗性基因，检测到6个抗扩展主效QTL，为分子标记辅助选择和抗性基因克隆奠定了基础。
3、利用标记辅助选择聚合不同种质上的抗性基因，创造了兼抗20个株系的新种质；常规抗病育种和标记辅助选择相结合，育成19个抗SMV、高产、优质品种。
利用开发的高效分子标记辅助选择，聚合齐黄1号、科丰1号和大白麻中的抗性基因，创造出5个兼抗20个株系的新种质，实现了兼抗多株系抗源的突破。
利用对优势株系抗侵染、对多数株系抗扩展基因，田间自然鉴定、室内接种鉴定和标记辅助选择相结合，育成19个品种并大面积推广。
4、成果的应用和效益
选育19个抗病品种推广4560万亩，创效益40.8亿元；所鉴定的抗病品种成为我国各大豆产区的主栽品种，累计推广14826万亩，创经济效益68.2亿元；二者累计推广1.9亿亩，累计效益109亿元。发表论文75篇，其中SCI论文26篇，论文被引341次。SMV株系和抗源被32个单位应用，育成27个品种。
梨优异种质与提质增效技术创新及应用
获 奖 者：张绍铃 李秀根 吴 俊 陶书田 吴巨友 杨 健 王 龙 齐开杰 王苏珂 张虎平 薛华柏 黄小三 苏艳丽 谢智华 王 鹏 安广池 李鲁涛
获奖单位：南京农业大学、中国农业科学院郑州果树研究所
成果简介：
梨是我国第三大水果，在满足国民需求、农民增收方面有重要作用。但梨产业存在优异品种少、育种效率低、品种更新慢、传统栽培树形复杂、花果管理技术落后、果实品质较差、生产效率及效益低等突出问题。针对以上产业实际问题，研究团队在国家公益性行业科技专项等项目支持下，重点开展了梨优异种质与提质增效技术创新，形成重大成果并应用于生产。
1、揭示了梨基因组结构和变异特征，挖掘品质性状功能基因，创建高效分子辅助育种技术体系
在植物上首次利用BAC-by-BAC策略，高质量绘制国际上第一个梨全基因组图谱和113份梨品种资源的全基因组遗传变异图谱，注释全基因组4万2千多个基因；并揭示了梨的17条染色体由9条祖先染色体进化而成；发现了东方梨与西洋梨因独立驯化而形成不同的品质特征。利用全基因组信息挖掘控制梨果实石细胞等品质性状功能基因，筛选候选基因1204个，并阐明了31个重要基因的功能及其作用机制。基于梨的基因组序列大量开发SSR、SNP等分子标记，构建了国际上最高密度梨遗传连锁图谱。从最初的框架图谱发展到高密度饱和图谱、以及整合通用图谱，为梨分子遗传研究奠定了坚实基础。基于高密度遗传图谱，精确定位梨果皮色泽等11个品质性状32个QTL位点，并开发梨果实色泽等品质性状的鉴定标记13个，创建了梨色泽等性状分子标记辅助育种技术体系，利用分子标记提高了杂交后代筛选效率。
2、系统挖掘利用梨优异种质，结合远缘杂交与早期分子标记辅助选择，培育出优质、特色梨新品种
系统开展1100多份梨品种资源的分子和表型评价，结合育种目标，挖掘高糖、低酸等优异亲本180份。针对优异资源中远缘的特征，创建梨种间远缘杂交育种技术体系。发明了梨花粉长期贮藏技术，解决了远缘杂交花期不遇的问题。发明了促进杂种萌发的技术，萌发率达85%，解决了远缘杂种成苗难的问题。利用筛选出的优异亲本，配置杂交组合107个，其中远缘杂交34个，创制早熟、红色和大果等优异种质62份，并培育出优质特色，及早、中、晚熟配套的梨新品种6个。新品种改变了我国特早熟梨和红梨品种少的局面，实现了熟期和品质的同步改良，完善了品种结构。
3、创建了以树体和花果管理为核心的轻简化栽培技术，实现提质增效
创建“刻槽高接”技术，利用该技术对梨老劣品种进行高接换种；高接后，第2年可结果，第3年即可恢复产量，促进了品种快速更新；发明了梨高光效新树形，简化整形修剪，如“倒个形”高光效新树形，光能利用率比传统树形提高20%以上，亩产提高8%以上；发明梨树液体授粉技术，解决了花粉胀裂死亡、花粉不能均匀溶于水、堵塞喷头、喷粉不均等技术难题，其工效比人工授粉高36倍；发明了梨果脱萼技术，库尔勒香梨脱萼率可达98%，实现了“公梨”变“母梨”，显著提升果实外观和内在品质。
该项目已获授权国家发明专利34项；育成了优质、特色梨新品种6个；制定地方标准11项；发表论文231篇，其中在Genome Research等期刊发表SCI论文57篇；出版了《梨学》专著。项目成果在全国累计推广191.9万亩，新增利润16.7亿元，为我国梨品种更新和技术升级做出了重要贡献。
