海淀區(qū)科技項目

編號：時間：2021年x月x日書山有路勤為徑，學(xué)海無涯苦作舟頁碼：第頁項目名稱：高含量番茄紅素品種的培育時間：填寫說明1.建議書各項內(nèi)容應(yīng)當(dāng)實事求是，用計算機打印填報（A4）,字跡要工整清楚，頁面保持整潔。2.建議書中各欄大小不得調(diào)整。但不夠時，可以自行加頁。3.填寫內(nèi)容涉及到外文名稱，要寫清全稱和縮寫字母。4.區(qū)科技資金是指區(qū)科委管理的區(qū)財政經(jīng)費；國家有關(guān)部委撥款是指國家有關(guān)部、委、局所撥科技經(jīng)費;經(jīng)費預(yù)算中的“其他”一欄是指區(qū)科委以外的各級財政撥款和承擔(dān)單位融資、集資、入股等各種形式的經(jīng)費來源，本欄需具體填寫。5.經(jīng)費支出明細中各項開支范圍說明見《海淀區(qū)科技項目資金管理辦法》。項目建議書的組織方式為：（1）公開征集（指科委發(fā)布指南向社會征集項目）；（2）定向征集（指科委定向招標(biāo)的項目）。起止年限：指立項年度起到項目完成止。8.本建議書中，凡無需填寫的條款，就在該條款填寫的空白處劃（/）表示。9.本建議書一式五份報送區(qū)科委。一、項目的目的、意義和必要性項目背景和意義：生物（植物、動物、微生物）既是人類生存環(huán)境的重要組成部分，又是人類生活的物質(zhì)來源。隨著自身數(shù)量的繁衍劇增，人類對自然資源和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的需求不斷增加，對生物界的影響和破壞日益巨大。如何緩解人類生存和發(fā)展對自然界的壓力，重新給大自然注入一個良性循環(huán)的平衡點，提升農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的生產(chǎn)力是全人類面臨的一個亟待解決的重大課題。袁隆平的雜交水稻、美國孟山都公司的轉(zhuǎn)BT基因抗蟲棉、黃金大米這些遺傳改造的重要成果給農(nóng)業(yè)生產(chǎn)帶來了革命性的推動，也昭示著育種工作的在農(nóng)業(yè)工作中的重要性。所謂“種瓜得瓜、種豆得豆”，遺傳基礎(chǔ)決定了作物外在的繼承與變異。從孟德爾的豌豆實驗、摩爾根的果蠅實驗到米丘林、談家楨等大家的經(jīng)典遺傳學(xué)說再到新興的基因?qū)W說和基因工程理論，人類已經(jīng)清楚地認識到了改變生物的遺傳基礎(chǔ)是選育優(yōu)良品種的力身之道。番茄紅素（LYCOPENE）屬類胡蘿卜素，主要存在與茄科植物西紅柿的成熟果實中，1公斤新鮮、成熟的西紅柿約含有0.02克番茄紅素。番茄紅素具有抑制低密度脂肪蛋白的氧化和抗紫外線作用，能夠抑制突變、降低核酸損傷、減少心血管疾病及預(yù)防癌癥，正日益受到營養(yǎng)界的關(guān)注。番茄紅素的開發(fā)應(yīng)用在國際上還處于發(fā)展初期，在國內(nèi)則剛剛起步。今后其國際國內(nèi)市場潛力將不可估量，預(yù)計天然番茄紅素軟膠囊在國內(nèi)市場可達80—120億每年的市場空間。因此培育高番茄紅素含量的番茄品種，為番茄紅素的深加工提供優(yōu)質(zhì)的原料，可以幫助農(nóng)民節(jié)約種植成本、提高單位面積收入，還為人類健康起到積極的作用。申請海淀區(qū)科技支持資金的必要性本項目的開發(fā)，不但需要企業(yè)本身繼續(xù)投入，同時也需要科研機構(gòu)提供技術(shù)上的支持。政府對該項目的扶持，將提高項目的影響力，更有利于充分整合社會資源，縮短新品種選育的周期。育種工作是一個長期、復(fù)雜的工作，無論對人力、物力還是土地的需求都比較大，因此前期的資金要求較高。一旦有了充分的資金基礎(chǔ)作為后盾，可以增加育種的雜交組合，并進行冬季的加代繁殖，這樣能夠增加良種選育的普遍性并提高速度，為更快更好地創(chuàng)制新品種提供充分的條件。二、項目所屬領(lǐng)域國內(nèi)外研究開發(fā)現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢研究現(xiàn)狀“太空育種”起步于20世紀60年代，目前世界上只有美國、俄羅斯和中國三個國家成功地進行了衛(wèi)星搭載太空育種。我國是1987年開始將蔬菜等農(nóng)作物種子搭載衛(wèi)星上天的。在此后的十多次太空搭載育種中，相繼進入太空的農(nóng)作物達50個大類、400多個品種，主要有青椒、番茄、黃瓜、絲瓜、胡蘿卜、萵苣等蔬菜種子，還包括水稻、小麥、高粱等糧食作物和花卉草木等種子。經(jīng)歷過太空遨游的蔬菜等農(nóng)作物種子，大多數(shù)都發(fā)生了遺傳性基因突變，返回地面種植后，不僅植株明顯增高增粗、果型增大，產(chǎn)量比原來普遍增長10％～20％，而且品質(zhì)大為提高，作物肌體也更加強健，對病蟲害的抗逆性特別強。北京航天育種中心的專家曾作過一項對比試驗，發(fā)現(xiàn)經(jīng)過太空搭載的水稻蛋白質(zhì)含量比原來提高了8％～12％，且“太空水稻”的顆粒飽滿，滋味好，每畝產(chǎn)量高達650～700公斤；青椒通過太空搭載，變得果大色艷，又嫩又香，籽少肉厚，除了產(chǎn)量增長2成左右外，維生素C和可溶性固態(tài)物、銅鐵等微量元素含量都比原來高出7％～20％。目前，全國已有20多個省、市、自治區(qū)開展了太空青椒、番茄、黃瓜和太空稻、太空麥等的引種、試種，北京、南京等地還建立了航天育種中心，山東、黑龍江、江蘇、北京和上海等地都建有“太空蔬菜”種子繁育基地，并進入了小面積推廣和商品化生產(chǎn)階段。已有批量“太空椒”、“太空番茄”、“太空黃瓜”等在北京、上海、南京、廣州等大城市的市場上登場亮相，僅上海和江蘇兩地在近幾年里累計上市量就有10多萬公斤。據(jù)媒體報道，05年美國食品和藥物管理局同意部分番茄食品在包裝上注明，番茄有降低男性患前列腺癌風(fēng)險的功效；前不久，英國的科學(xué)家采用常規(guī)育種方法培育出了番茄紅素含量高于普通番茄1.5倍的新品種，雖然價格昂貴但是卻供不應(yīng)求。番茄紅素的利用價值正在被人們所重視。但是目前國內(nèi)外研究比較多并取得了相應(yīng)成果的是在番茄紅素萃取提純的方法上。提高原料可利用率（番茄中番茄紅素含量）的工作正處在起步的階段，且進展相對緩慢，因為傳統(tǒng)的育種方式很難大幅提高作物某一品質(zhì)的表現(xiàn)。（二）發(fā)展趨勢生物遺傳因子在太空環(huán)境下發(fā)生誘變的機制，不僅涉及到太空失重、輻射、高能粒子等諸多人類過去從未接觸過的環(huán)境因素，還牽涉到生理、生化、遺傳、繁殖等諸多自然科學(xué)的基礎(chǔ)理論，甚至還可能涉及天體哲學(xué)的領(lǐng)域。對太空育種機制的探討應(yīng)該是多種自然科學(xué)和社會科學(xué)交相滲透的一個全新的邊緣科學(xué)范疇。伴隨人類航天事業(yè)的發(fā)展，伴隨更多的動、植物樣本經(jīng)歷過太空環(huán)境并返回地面，太空對細胞內(nèi)遺傳物質(zhì)和原生質(zhì)體的影響會被人類更清晰的認識到。太空育種開創(chuàng)了一種全新的育種模式，也為發(fā)展現(xiàn)代農(nóng)業(yè)提供了新的技術(shù)支撐，引種、試種“太空蔬菜”和“太空糧”會在全國和世界范圍內(nèi)逐漸升溫。目前，如何利用好太空種子的優(yōu)勢變異是使太空農(nóng)業(yè)取得更大發(fā)展的關(guān)鍵一點，而解決這一點需要常規(guī)的育種方法來幫忙。優(yōu)勢變異的太空種子基本上都是在純合的遺傳基礎(chǔ)上發(fā)生某一個或幾個點的突變得來，需要用常規(guī)的自交、雜交、回交等方法把該突變整合進一般配合力高的推廣品種中，并制成擁有雜交優(yōu)勢的雜交種，才能夠最大限度的發(fā)揮太空育種的作用。三、北京地區(qū)現(xiàn)有基礎(chǔ)、特色和優(yōu)勢；項目前期預(yù)研綜述首都北京是國家的政治、科研中心，是國家新農(nóng)業(yè)政策出臺和科研機構(gòu)、大專院校聚集的地方。國內(nèi)航天育種、常規(guī)育種研究機構(gòu)的數(shù)量和力量、太空籽種資源的保有量和太空育種領(lǐng)域科研的深入程度都以北京為最高。就本項目而言，項目組在北京擁有育種實驗地和組培室，項目組的技術(shù)支持單位（中科院遺傳所和中國農(nóng)科院）和項目承擔(dān)者上凌生物技術(shù)（北京）有限公司都位于北京市內(nèi)。項目后期如果在北京獲得權(quán)威檢測機構(gòu)的測驗報告，并以北京為中心面向全國各地進行項目成果和產(chǎn)品的市場推廣，相比其他省市優(yōu)勢是不言而喻。因此，我們認為北京是國內(nèi)最適合開展本項目的城市。項目組有較強的科技、研發(fā)、市場推廣能力，在該研發(fā)的品種（主要指番茄）有其幾乎唯一的優(yōu)勢。首先項目組完成了高番茄紅素番茄品種的選育工作，已經(jīng)把該優(yōu)勢性狀穩(wěn)定下來并得到了高度純合的親本種子。項目選用的番茄原種編號為MNP-1，是俄羅斯當(dāng)?shù)氐膬?yōu)良番茄品種。目前的高番茄紅素種子是經(jīng)過俄羅斯和平號空間站搭載6年，返回地面后通過篩選并完成了5代以上的高代自交擇優(yōu)選擇而來的。在自交觀測選擇的工作中，自第4代后沒有分離現(xiàn)象的出現(xiàn)，并且同一性狀在不同生長季中均表現(xiàn)穩(wěn)定。第五代觀測群體為50個單株，第六代觀測群體為100株，第七代觀測群體為100株，均未觀測到非典型植株，3代之間植株整體表現(xiàn)和相關(guān)特征特性均表現(xiàn)一致。與對照品種俄MNP-1番茄相比的特異性為：主莖第一花序著生節(jié)位少（6節(jié)以下），對照品種為（7-8）節(jié)。果實大（150.1-200.0克），對照品種中等（90.1-150.1克）；開花期早（4月30日前，北京地區(qū)）55天，對照品種開花期中（5月1日-5月10日）56-65天；成熟早（6月20日前）小于105天，對照品種中（6月21日-6月30日）106-116天；果實干物質(zhì)含量中（4.1%-7.0%），對照品種果實干物質(zhì)含量低（4.0%以下）；最重要的是，鮮果番茄紅素含量高達6.10mg/100g（鮮重），對照品種中2.00mg/100g（鮮重）。從以上數(shù)據(jù)可以看出經(jīng)歷過太空環(huán)境的選育，果實的表現(xiàn)更加優(yōu)秀，特別是鮮果中番茄紅素含量顯著提高，這一性狀的變化能夠為人類健康帶來幫助，是具有巨大商業(yè)價值的。但是由于MNP-1是一個俄羅斯當(dāng)?shù)氐挠邢奚L番茄品種，其產(chǎn)量表現(xiàn)和國內(nèi)栽培表現(xiàn)相對目前國內(nèi)推廣的一些番茄品種還存在著一定的差距。因此接下來我們需要做的就是利用國內(nèi)現(xiàn)有的番茄品種資源，通過回交和雜交的方法把高番茄紅素這一性狀穩(wěn)定地整合到合適的推廣品種中去。我們還可以籍此機會深入研究番茄紅素在番茄果實內(nèi)形成和儲存的分子調(diào)控機制，尋找控制它的相關(guān)基因，并篩選到與之對應(yīng)的分子標(biāo)記。上述工作是具有極大現(xiàn)實和科學(xué)意義的，也正是本項目立項的指導(dǎo)思想。四、總體目標(biāo)、考核指標(biāo)（具有明確的可考核性）、主要研究開發(fā)內(nèi)容（包括要解決的主要問題、解決方案、工作任務(wù)、關(guān)鍵技術(shù)、創(chuàng)新點等）隨著航天飛行器的出現(xiàn)和返回式太空飛船的成功發(fā)射，利用太空微重力及輻射等條件，為人類探索生物的優(yōu)化選育提供了一條可喜而有效的途徑。開發(fā)新的基因庫，研發(fā)更有利于人類需求的品種、品系已經(jīng)展現(xiàn)出誘人的可能性。我國的太空搭載誘變選育目前取得了多項研究成果，但是囿于理論科學(xué)研究與農(nóng)業(yè)生產(chǎn)之間的實際距離，還有很多實際的工作需要解決。本項目研發(fā)中的創(chuàng)造性、先進性主要有：1、育種手段先進。該項目研發(fā)利用了俄羅斯和平號空間站長時間空間搭載后經(jīng)多代自交選育而成的優(yōu)良品種。其育種手段集航天技術(shù)、生物技術(shù)和農(nóng)業(yè)技術(shù)于一體，具有明顯的技術(shù)先進性。2、檢測技術(shù)超前，在航天四代（SP4）就運用RAPD和AFLP技術(shù)進行了分子標(biāo)記檢測，加快了選育速度。3、育成品種優(yōu)勢性狀突出，早熟、果實大、果實風(fēng)味好、耐儲運、番茄紅素含量極高。本項目以選育品種早熟、高產(chǎn)、番茄紅素含量高于普通品種三倍為主攻方向。項目后期的主要考核指標(biāo)：①鮮果的番茄紅素含量≥6.0mg/100g；②產(chǎn)量較普通有限生長品種提升20%；③早熟，成熟天數(shù)小于105天本項目展開參考的技術(shù)路線圖如下：空間站搭載優(yōu)化、加代繁育番茄紅素相關(guān)機理的研究獲得優(yōu)勢太空親本相關(guān)基因的克隆展開遺傳分析轉(zhuǎn)基因、組培與輪回親本回交配置雜交組合區(qū)試產(chǎn)業(yè)化推廣向國家有關(guān)部所申請新品種或新物種從技術(shù)路線圖中可以看出本項目主要分為應(yīng)用研究和理論研究兩大部分。就應(yīng)用性的工作而言，設(shè)計出合理易行的育種路線，選擇合適的輪回親本和雜交親本是工作的重點與難點。制訂合理的回交路線是項目的技術(shù)關(guān)鍵所在，首先需要分析出優(yōu)良變異性狀是顯性遺傳還是隱性遺傳，其次要分析該變異受單基因控制還是多基因控制。在此基礎(chǔ)上制定的回交路線還要考慮盡量做到以最短的周期，最低的工作量來完成。輪回親本要求一般配合力高、綜合性狀優(yōu)良，能夠適應(yīng)當(dāng)前和今后一段時期內(nèi)市場經(jīng)濟的需要，由于目前國內(nèi)番茄紅素提取主要在新疆地區(qū)展開，因此本項目準備選擇適應(yīng)華北地區(qū)的和新疆地區(qū)種植的兩個主載番茄品種作為輪回親本。完成回交工作后意味著階段性取得了可利用的優(yōu)勢純合親本，在此基礎(chǔ)上盡量多的配置雜交組合，鑒定出雜合優(yōu)勢明顯的新品系?；亟缓碗s交的工作進行中要求在嚴密的安保措施下，做好準確詳實的紀錄和統(tǒng)計分析，適時引入多元高效植物營養(yǎng)液。項目技術(shù)關(guān)鍵：①太空籽種經(jīng)歷過和平號空間站6年的太空搭載，返回地面后又經(jīng)過多代選擇，其中蘊涵的技術(shù)含量不言而喻；②早熟、高產(chǎn)、高番茄紅素等優(yōu)勢性狀的穩(wěn)定、鑒別和利用；回交流程的確定，雜交組合的選配；③太空良種選育的田間擴大試驗、栽培模式以及向產(chǎn)業(yè)化推廣的操作規(guī)程。項目創(chuàng)新點：本項目的創(chuàng)新點在于使航天育種的高科技成果走出實驗室，走向現(xiàn)代生態(tài)農(nóng)業(yè)的廣袤田野，是尖端科技轉(zhuǎn)化成為現(xiàn)實生產(chǎn)力，由量變到質(zhì)變的一個突破性飛躍。富含番茄紅素的番茄品種一旦推向市場無疑能極大程度上滿足人們對番茄紅素的需要，為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)節(jié)約大量的成本，為人類生活更健康給予更充分的保證。五、經(jīng)濟、社會效益分析，推廣應(yīng)用前景分析，項目實施的風(fēng)險分析（含市場風(fēng)險、技術(shù)風(fēng)險、政策風(fēng)險、管理風(fēng)險等）籽種的優(yōu)劣對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的直接作用達10%-30%，以航育2號品種為例，經(jīng)太空選育穩(wěn)定后其種群株與對照品種俄MNP-1番茄相比特異性為：主莖第一花序著生節(jié)位少（6節(jié)以下），對照品種為（7-8）節(jié)。果實大（150.1-200.0克），對照品種中等（90.1-150.1克）；開花期早（4月30日前，北京地區(qū)）55天，對照品種開花期中（5月1日-5月10日）56-65天；成熟早（6月20日前）小于105天，對照品種中（6月21日-6月30日）106-116天；果實干物質(zhì)含量中（4.1%-7.0%），對照品種果實干物質(zhì)含量低（4.0%以下）；最重要的是，鮮果番茄紅素含量高達6.10mg/100g（鮮重），對照品種中2.00mg/100g（鮮重）。航遺2號是利用俄羅斯和平號空間站長時間搭載后培育出的一個早熟、豐產(chǎn)、果實風(fēng)味好的番茄品種。已在甘肅、海南、陜西、深圳、北京試驗示范。2003-2004年先后示范種植136畝，平均畝產(chǎn)5622.4公斤，平均畝增產(chǎn)1208.5公斤，以每公斤1.65元計算，平均畝增產(chǎn)值1994.0元，經(jīng)濟效益顯著。另一方面，由于該品種是通過航天高科技途徑選育成的高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)新品種，有較高的科技含量，制種前景廣闊。隨著項目的完成，在推出性狀優(yōu)秀的雜交種之后，可以做到一年兩茬，每茬畝產(chǎn)種子15公斤，一年一畝制種30公斤，按每公斤400元計算，一畝地產(chǎn)值1.2萬元以上，其經(jīng)濟效益十分可觀。從社會效益方面分析，首先由于該品種適應(yīng)性比較強，即可露地種植，也可設(shè)施栽培，品質(zhì)優(yōu)、產(chǎn)量高，具有廣泛的應(yīng)用范圍，因而是農(nóng)業(yè)增效、農(nóng)民增收的重要渠道。項目研發(fā)培育的品種，番茄紅素≥6.0mg/100g鮮重，其經(jīng)濟價值約是普通栽培品種的3倍，能夠?qū)Ψ焉罴庸て鸬椒e極推動作用。就番茄紅素加工業(yè)來說，預(yù)計今后國內(nèi)番茄紅素膠囊的市場空間每年可達80—120億，而使用本項目培育的品種可以大幅提高原料也就是番茄果實的利用率，優(yōu)越性顯而易見。本項目與農(nóng)業(yè)相關(guān)，因此也存在著農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中會面臨的一些風(fēng)險。首先，在育種制種的栽培過程中如果遇到惡劣的天氣條件或嚴重的病蟲害侵染，都有可能導(dǎo)致收獲不到預(yù)期的效果，有時甚至顆粒無收。其次，雜交育種存在著不確定性的因素，雜交后代能否表現(xiàn)出超親優(yōu)勢還需要大量的工作的累積來檢驗；再次，親本種子具有巨大的商業(yè)價值，可能存在外泄的風(fēng)險，保證其安全是我們工作中必須考慮的。因此，嚴密的計劃、嚴格的管理是項目開展順利的前提保證，能夠支持育種工作和管理正常運轉(zhuǎn)的充足資金也是項目必不可缺的基礎(chǔ)條件之一。六、項目年度目標(biāo)和年度實施計劃（從立項年度1月份開始，每6個月為一個進度期）年度分進度目標(biāo)和實施內(nèi)容二OO七年六月至二OO九年十二月變異形狀的遺傳分析回交路線的制定輪回親本的獲得回交優(yōu)化、選育二O一O年一月至二O一二年六月雜交組合的配置雜交試驗品種鑒定穩(wěn)定雜交種制取與擴繁申報番茄新物種進行產(chǎn)業(yè)化推廣七、項目經(jīng)費預(yù)算（單位：萬元）（1）項目經(jīng)費來源：來源2005年2006年年年年合計區(qū)科技資金7070國家有關(guān)部委撥款項目保證單位匹配資金項目承擔(dān)單位自籌資金25590345銀行貸款其他合計255160415（2）項目經(jīng)費支出科目2005年2006年年年年合計人員費用363672試驗外協(xié)費453580合作費192140設(shè)備購置費材料費5060110資料印刷費調(diào)研費1515租賃費其他費用90898合計255160415（3）擬購置的儀器設(shè)備：（單價在5萬元以上，含5萬元）名稱型號數(shù)量金額經(jīng)費來源購買時間主要用途合計（4）申請區(qū)科技資金的用途、自籌資金的來源及項目實施所需的其他配套條件可供搭載的航天器（中國返回式衛(wèi)星或飛船）、俄羅斯的和平號空間站生化實驗室理化實驗室植物組培室全天候智能溫室大于100畝的實驗田申請科技資金主要的用途為：材料費實驗分析費八、項目組織管理措施及實施方案（含各參與部門的分工、組織協(xié)調(diào)措施、項目運行管理機制、保障措施等）公司已建立較完善的組織機構(gòu)，成立了項目獨立工作部門，設(shè)計出了相應(yīng)的實驗?zāi)Ｊ?。已?jīng)建立了20畝和100畝兩個不同地域和不同的土壤、水環(huán)境及氣候條件的實驗基地，而且運行良好。實驗檢測在中科院系統(tǒng)進行。實驗室部分外協(xié)由中國科學(xué)院遺傳所進行。因此從人員、項目管理、技術(shù)保障、實驗基地的建設(shè)都做了充分準備，并完成了預(yù)期的階段成果。九、預(yù)期主要成果形式、知識產(chǎn)權(quán)歸屬與管理完成太空誘變對冬棗、籽粒莧、花卉誘變研究，申請新品種或新物種；培育出經(jīng)太空誘變、提純復(fù)壯穩(wěn)定的新品種冬棗及飼草籽粒莧；培育出經(jīng)太空誘變、轉(zhuǎn)基因等高科育種技術(shù)產(chǎn)生的新的花卉品種或物種；知識產(chǎn)權(quán)歸公司所有，按公司知識產(chǎn)權(quán)管理條例進行管理；提交合作研究開發(fā)模式報告。十、建議單位聯(lián)系信息單位名稱中科院遺傳研究所上凌生物技術(shù)（北京）有限公司聯(lián)系人李珂電話68481187傳真68481270電子信箱lkaiwj@郵政編碼100044通訊地址北京西三環(huán)北路50號豪柏大廈C1座1006室十一、項目負責(zé)人簡況姓名性別年齡學(xué)歷所學(xué)專業(yè)從事專業(yè)職務(wù)（職稱）劉敏女59大學(xué)遺傳育種遺傳育種研究員（博導(dǎo)）電話6834