海淀区科技项目

-1-项目名称：高含量番茄红素品种的培育时间：-2-填写说明1.建议书各项内容应当实事求是，用计算机打印填报（A4）,字迹要工整清楚，页面保持整洁。2.建议书中各栏大小不得调整。但不够时，可以自行加页。3.填写内容涉及到外文名称，要写清全称和缩写字母。4.区科技资金是指区科委管理的区财政经费；国家有关部委拨款是指国家有关部、委、局所拨科技经费;经费预算中的“其他”一栏是指区科委以外的各级财政拨款和承担单位融资、集资、入股等各种形式的经费来源，本栏需具体填写。5.经费支出明细中各项开支范围说明见《海淀区科技项目资金管理办法》。6.项目建议书的组织方式为：（1）公开征集（指科委发布指南向社会征集项目）；（2）定向征集（指科委定向招标的项目）。7.起止年限：指立项年度起到项目完成止。8.本建议书中，凡无需填写的条款，就在该条款填写的空白处划（/）表示。9.本建议书一式五份报送区科委。-3-一、项目的目的、意义和必要性(一)项目背景和意义：生物（植物、动物、微生物）既是人类生存环境的重要组成部分，又是人类生活的物质来源。随着自身数量的繁衍剧增，人类对自然资源和农业生产的需求不断增加，对生物界的影响和破坏日益巨大。如何缓解人类生存和发展对自然界的压力，重新给大自然注入一个良性循环的平衡点，提升农业生产的生产力是全人类面临的一个亟待解决的重大课题。袁隆平的杂交水稻、美国孟山都公司的转BT基因抗虫棉、黄金大米这些遗传改造的重要成果给农业生产带来了革命性的推动，也昭示着育种工作的在农业工作中的重要性。所谓“种瓜得瓜、种豆得豆”，遗传基础决定了作物外在的继承与变异。从孟德尔的豌豆实验、摩尔根的果蝇实验到米丘林、谈家桢等大家的经典遗传学说再到新兴的基因学说和基因工程理论，人类已经清楚地认识到了改变生物的遗传基础是选育优良品种的力身之道。番茄红素（LYCOPENE）属类胡萝卜素，主要存在与茄科植物西红柿的成熟果实中，1公斤新鲜、成熟的西红柿约含有0.02克番茄红素。番茄红素具有抑制低密度脂肪蛋白的氧化和抗紫外线作用，能够抑制突变、降低核酸损伤、减少心血管疾病及预防癌症，正日益受到营养界的关注。番茄红素的开发应用在国际上还处于发展初期，在国内则刚刚起步。今后其国际国内市场潜力将不可估量，预计天然番茄红素软胶囊在国内市场可达80—120亿每年的市场空间。因此培育高番茄红素含量的番茄品种，为番茄红素的深加工提供优质的原料，可以帮助农民节约种植成本、提高单位面积收入，还为人类健康起到积极的作用。(二)申请海淀区科技支持资金的必要性本项目的开发，不但需要企业本身继续投入，同时也需要科研机构提供技术上的支持。政府对该项目的扶持，将提高项目的影响力，更有利于充分整合社会资源，缩短新品种选育的周期。-4-育种工作是一个长期、复杂的工作，无论对人力、物力还是土地的需求都比较大，因此前期的资金要求较高。一旦有了充分的资金基础作为后盾，可以增加育种的杂交组合，并进行冬季的加代繁殖，这样能够增加良种选育的普遍性并提高速度，为更快更好地创制新品种提供充分的条件。二、项目所属领域国内外研究开发现状和发展趋势(一)研究现状“太空育种”起步于20世纪60年代，目前世界上只有美国、俄罗斯和中国三个国家成功地进行了卫星搭载太空育种。我国是1987年开始将蔬菜等农作物种子搭载卫星上天的。在此后的十多次太空搭载育种中，相继进入太空的农作物达50个大类、400多个品种，主要有青椒、番茄、黄瓜、丝瓜、胡萝卜、莴苣等蔬菜种子，还包括水稻、小麦、高粱等粮食作物和花卉草木等种子。经历过太空遨游的蔬菜等农作物种子，大多数都发生了遗传性基因突变，返回地面种植后，不仅植株明显增高增粗、果型增大，产量比原来普遍增长10％～20％，而且品质大为提高，作物肌体也更加强健，对病虫害的抗逆性特别强。北京航天育种中心的专家曾作过一项对比试验，发现经过太空搭载的水稻蛋白质含量比原来提高了8％～12％，且“太空水稻”的颗粒饱满，滋味好，每亩产量高达650～700公斤；青椒通过太空搭载，变得果大色艳，又嫩又香，籽少肉厚，除了产量增长2成左右外，维生素C和可溶性固态物、铜铁等微量元素含量都比原来高出7％～20％。目前，全国已有20多个省、市、自治区开展了太空青椒、番茄、黄瓜和太空稻、太空麦等的引种、试种，北京、南京等地还建立了航天育种中心，山东、黑龙江、江苏、北京和上海等地都建有“太空蔬菜”种子繁育基地，并进入了小面积推广和商品化生产阶段。已有批量“太空椒”、“太空番茄”、“太空黄瓜”等在北京、上海、南京、广州等大城市的市场上登场亮相，仅上海和江苏两地在近几年里累计上市量就有10多万公斤。据媒体报道，05年美国食品和药物管理局同意部分番茄食品在包装上注明，番茄有降低男性患前列腺癌风险的功效；前不久，英国的科学家采用常规-5-育种方法培育出了番茄红素含量高于普通番茄1.5倍的新品种，虽然价格昂贵但是却供不应求。番茄红素的利用价值正在被人们所重视。但是目前国内外研究比较多并取得了相应成果的是在番茄红素萃取提纯的方法上。提高原料可利用率（番茄中番茄红素含量）的工作正处在起步的阶段，且进展相对缓慢，因为传统的育种方式很难大幅提高作物某一品质的表现。（二）发展趋势生物遗传因子在太空环境下发生诱变的机制，不仅涉及到太空失重、辐射、高能粒子等诸多人类过去从未接触过的环境因素，还牵涉到生理、生化、遗传、繁殖等诸多自然科学的基础理论，甚至还可能涉及天体哲学的领域。对太空育种机制的探讨应该是多种自然科学和社会科学交相渗透的一个全新的边缘科学范畴。伴随人类航天事业的发展，伴随更多的动、植物样本经历过太空环境并返回地面，太空对细胞内遗传物质和原生质体的影响会被人类更清晰的认识到。太空育种开创了一种全新的育种模式，也为发展现代农业提供了新的技术支撑，引种、试种“太空蔬菜”和“太空粮”会在全国和世界范围内逐渐升温。目前，如何利用好太空种子的优势变异是使太空农业取得更大发展的关键一点，而解决这一点需要常规的育种方法来帮忙。优势变异的太空种子基本上都是在纯合的遗传基础上发生某一个或几个点的突变得来，需要用常规的自交、杂交、回交等方法把该突变整合进一般配合力高的推广品种中，并制成拥有杂交优势的杂交种，才能够最大限度的发挥太空育种的作用。-6-三、北京地区现有基础、特色和优势；项目前期预研综述首都北京是国家的政治、科研中心，是国家新农业政策出台和科研机构、大专院校聚集的地方。国内航天育种、常规育种研究机构的数量和力量、太空籽种资源的保有量和太空育种领域科研的深入程度都以北京为最高。就本项目而言，项目组在北京拥有育种实验地和组培室，项目组的技术支持单位（中科院遗传所和中国农科院）和项目承担者上凌生物技术（北京）有限公司都位于北京市内。项目后期如果在北京获得权威检测机构的测验报告，并以北京为中心面向全国各地进行项目成果和产品的市场推广，相比其他省市优势是不言而喻。因此，我们认为北京是国内最适合开展本项目的城市。项目组有较强的科技、研发、市场推广能力，在该研发的品种（主要指番茄）有其几乎唯一的优势。首先项目组完成了高番茄红素番茄品种的选育工作，已经把该优势性状稳定下来并得到了高度纯合的亲本种子。项目选用的番茄原种编号为MNP-1，是俄罗斯当地的优良番茄品种。目前的高番茄红素种子是经过俄罗斯和平号空间站搭载6年，返回地面后通过筛选并完成了5代以上的高代自交择优选择而来的。在自交观测选择的工作中，自第4代后没有分离现象的出现，并且同一性状在不同生长季中均表现稳定。第五代观测群体为50个单株，第六代观测群体为100株，第七代观测群体为100株，均未观测到非典型植株，3代之间植株整体表现和相关特征特性均表现一致。与对照品种俄MNP-1番茄相比的特异性为：主茎第一花序着生节位少（6节以下），对照品种为（7-8）节。果实大（150.1-200.0克），对照品种中等（90.1-150.1克）；开花期早（4月30日前，北京地区）55天，对照品种开花期中（5月1日-5月10日）56-65天；成熟早（6月20日前）小于105天，对照品种中（6月21日-6月30日）106-116天；果实干物质含量中（4.1%-7.0%），对照品种果实干物质含量低（4.0%以下）；最重要的是，鲜果番茄红素含量高达6.10mg/100g（鲜重），对照品种中2.00mg/100g（鲜重）。-7-从以上数据可以看出经历过太空环境的选育，果实的表现更加优秀，特别是鲜果中番茄红素含量显著提高，这一性状的变化能够为人类健康带来帮助，是具有巨大商业价值的。但是由于MNP-1是一个俄罗斯当地的有限生长番茄品种，其产量表现和国内栽培表现相对目前国内推广的一些番茄品种还存在着一定的差距。因此接下来我们需要做的就是利用国内现有的番茄品种资源，通过回交和杂交的方法把高番茄红素这一性状稳定地整合到合适的推广品种中去。我们还可以籍此机会深入研究番茄红素在番茄果实内形成和储存的分子调控机制，寻找控制它的相关基因，并筛选到与之对应的分子标记。上述工作是具有极大现实和科学意义的，也正是本项目立项的指导思想。-8-四、总体目标、考核指标（具有明确的可考核性）、主要研究开发内容（包括要解决的主要问题、解决方案、工作任务、关键技术、创新点等）随着航天飞行器的出现和返回式太空飞船的成功发射，利用太空微重力及辐射等条件，为人类探索生物的优化选育提供了一条可喜而有效的途径。开发新的基因库，研发更有利于人类需求的品种、品系已经展现出诱人的可能性。我国的太空搭载诱变选育目前取得了多项研究成果，但是囿于理论科学研究与农业生产之间的实际距离，还有很多实际的工作需要解决。本项目研发中的创造性、先进性主要有：1、育种手段先进。该项目研发利用了俄罗斯和平号空间站长时间空间搭载后经多代自交选育而成的优良品种。其育种手段集航天技术、生物技术和农业技术于一体，具有明显的技术先进性。2、检测技术超前，在航天四代（SP4）就运用RAPD和AFLP技术进行了分子标记检测，加快了选育速度。3、育成品种优势性状突出，早熟、果实大、果实风味好、耐储运、番茄红素含量极高。本项目以选育品种早熟、高产、番茄红素含量高于普通品种三倍为主攻方向。项目后期的主要考核指标：①鲜果的番茄红素含量≥6.0mg/100g；②产量较普通有限生长品种提升20%；③早熟，成熟天数小于105天本项目展开参考的技术路线图如下：空间站搭载优化、加代繁育番茄红素相关机理的研究获得优势太空亲本相关基因的克隆展开遗传分析转基因、组培与轮回亲本回交配置杂交组合区试产业化推广向国家有关部所申请新品种或新物种-9-从技术路线图中可以看出本项目主要分为应用研究和理论研究两大部分。就应用性的工作而言，设计出合理易行的育种路线，选择合适的轮回亲本和杂交亲本是工作的重点与难点。制订合理的回交路线是项目的技术关键所在，首先需要分析出优良变异性状是显性遗传还是隐性遗传，其次要分析该变异受单基因控制还是多基因控制。在此基础上制定的回交路线还要考虑尽量做到以最短的周期，最低的工作量来完成。轮回亲本要求一般配合力高、综合性状优良，能够适应当前和今后一段时期内市场经济的需要，由于目前国内番茄红素提取主要在新疆地区展开，因此本项目准备选择适应华北地区的和新疆地区种植的两个主载番茄品种作为轮回亲本。完成回交工作后意味着阶段性取得了可利用的优势纯合亲本，在此基础上尽量多的配置杂交组合，鉴定出杂合优势明显的新品系。回交和杂交的工作进行中要求在严密的安保措施下，做好准确详实的纪录和统计分析，适时引入多元高效植物营养液。项目技术关键：①太空籽种经历过和平号空间站6年的太空搭载，返回地面后又经过多代选择，其中蕴涵的技术含量不言而喻；②早熟、高产、高番茄红素等优势性状的稳定、鉴别和利用；回交流程的确定，杂交组合的选配；③太空良种选育的田间扩大试验、栽培模式以及向产业化推广的操作规程。项目创新点：本项目的创新点在于使航天育种的高科技成果走出实验室，走向现代生态农业的广袤田野，是尖端科技转化成为现实生产力，由量变到质变的一个突破性飞跃。富含番茄