翻開台灣番茄育種史-科學人雜誌
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翻開台灣番茄育種史

2014/10/29 郭宏遠、孫永偉
琳瑯滿目的大小番茄,總是果菜市場上的一抹抹豔麗,這些美味好吃的番茄可是經過「多番」試煉,有賴育種人員運用園藝技術精挑細選。

重點提要
■台灣的番茄在17世紀由荷蘭人引進,起初做為觀賞,到了日據時期引進栽培品種,並推廣為蔬果兩用的園藝作物,為因應風土氣候及使用需求而衍生多樣且饒富變化的品種。
■現今的作物育種工作牽涉到許多專業領域:了解作物的特性、進行市場分析、擬訂育種的目標、蒐集育種材料、進入育種工作、品種試種、銷售推廣及市場資訊回饋等,每一環節均重要且環環相扣。
■番茄可分為大果和小果,台灣的小果番茄在國外市場相當受消費者歡迎,近年更著重研發與推出耐熱及抗病品種。國內農業團隊利用標記輔助育種及傳統育種技術,已找出許多相關分子標記。

酸甜可口的番茄炒蛋、養顏美容的番茄汁、增添風味的番茄醬……,各式各樣色香味俱全的番茄料理讓人食指大動。番茄是國內重要的果菜作物,除了當做水果或餐飲生食之外,熟食或加工產品的型式更是多變化,富含維生素A、C、番茄紅素和類胡蘿蔔素,營養價值高,深受國人喜愛。

台灣的番茄在1622年由荷蘭人引進,起初當做觀賞使用。19世紀末,日據時期引進栽培品種,開始由農業試驗機構推廣為蔬果兩用的園藝作物。園藝作物種類繁多,舉凡果樹、蔬菜及花卉均屬之,大部份非主要糧食作物,人們會因為使用需求不同而衍生各種商業育種活動的競爭,也會因應不同地方的風土氣候培育不同品種以及頻繁的品種更替,番茄也不例外,加上人類運用番茄由來已久且用途廣,因此番茄品種更是多樣且饒富變化。

育種工作環環相扣

現今的作物育種工作牽涉到許多不同專業領域,一般來說,流程大致是了解作物特性、進行市場分析、擬訂育種目標、蒐集育種材料、進入育種工作、品種試種評估、正式銷售推廣以及市場資訊回饋等,每一環節均重要且環環相扣,如此才能時時與市場需求相契合,培育出受歡迎且熱銷的品種。

作物育種方式因作物品種及其特性不同而異。番茄的花器屬於完全花,同一朵花內含有雌、雄蕊,雌蕊的蕊柱由雄蕊特化而成的花藥筒包覆,在正常的情形下,花藥開裂散出花粉後,會直接授粉在自己的柱頭上,因此植物學家將其歸類為自交作物,而自交作物一般可藉由引種、選種及雜交等方式進行育種。

作物品種除了需有優良的園藝性狀,以滿足消費者、盤商和倉儲業者的需求之外,生長勢(growth potential)旺盛、易栽培、具抗病蟲性、耐環境逆境的特性,更是農民種植時選擇品種的重要依據,育種人員擬訂的育種目標也應運而生。番茄適宜生長在冷涼乾燥且日夜溫差大的環境,在台灣,一般而言,中南部平地以二期水稻採收後的秋冬做為主要栽培時期,而夏季則以中部的高冷山區為重要產區。台灣地處亞熱帶,夏季高溫多雨且日照強烈,除影響番茄植株生長、著果性、果實顏色和品質外,番茄也容易受疾病危害,例如番茄黃化捲葉病毒(tomato yellow leaf curl virus, TYLCV)、青枯病、番茄嵌紋毒素病、萎凋病和細菌性斑點病等;而在冬季栽培時,若遇到低溫潮濕的時期,也十分容易罹患晚疫病。因此,研發優良且抗病品種在台灣更顯重要,早年番茄育種目標以高產、適合秋冬季栽培的品種為主,現今則以耐熱、抗病(主要是TYLCV)為重要目標。

至於如何從各式各樣植株中挑選出符合育種目標的植株,則在在考驗著育種人員的專業眼光和經驗。育種人員會針對不同的育種目標,從自身的育種種源材料中挑選或重新蒐集。如果是重新蒐集,一般來說可經由親赴原生地、委託他人、合作交流或直接購買等方式取得原生種、地方品種或商業品種,材料來源力求廣泛,如此能增加育種材料的歧異度,有利培育出色的品種。舉例來說,若要培育抗TYLCV品種,可導入帶有該種抗病基因的原生種或商業品種,而這些材料多能經由交流或購買而取得。位於台南善化的亞蔬–世界蔬菜中心,長年與各國合作蔬果育種與栽培的研究,並廣泛蒐集來自世界各地的種源,因此常成為台灣以及世界各國育種人員的特殊育種材料與技術交流來源。

在過去,傳統的品種改良十分耗時,育成一個新品種往往需要數年至10數年之久,尤其果樹作物的幼年期長、栽培佔地廣,育成品種更屬難能可貴。近年來,標記輔助育種技術受廣泛利用(參見66頁〈用天然標記選育美味蔬果〉),對育種人員蒐集抗病品種以及育成商品化雜交品種有相當大助益。


以番茄來說,亞蔬–世界蔬菜中心、花蓮區農業改良場、台南區農業改良場和種苗改良繁殖場等國內研究團隊便利用標記輔助育種及傳統育種技術已育成抗TYLCV(Ty-1、Ty-2、Ty-3及ty-5)、抗番茄斑點萎凋病毒(Sw-5)、抗番茄嵌紋病毒(Tm-2)、抗萎凋病(I-2)、抗黃萎病(Ve-1)及抗根瘤線蟲(Mi-1)的分子標記,並已授權給農友種苗公司、欣樺種苗公司、良種農業公司等私人種子公司進行應用,同時也繼續為找出番茄抗嵌紋病毒(Tm-1、Tm-22)、萎凋病(I-1、I-3)及晚疫病(Ph-2、Ph-3)的分子標記而努力。


在訂定育種目標及選定改良的育種材料後,可採純系選種法(pure line selection)或混合選種法(mass selection)。前者是自交作物最普遍的選種法,理論上自交作物每一植株可視為單一純系,做法為栽培眾多純系植株,從後裔中鑑別並選拔出符合改良目標的植株,經數次栽培與選拔,最終選出最優的純系;而混合選種是在田間的品種大族群中選擇外表相近的優良植株,然後混合採收其種子,在次年播種後重複選拔再混合種子,數次後可去蕪存菁,此法簡單易行,自交與異交作物均可使用。


在番茄選種的過程中,一般經由6~8個世代的純化可獲得自交系(inbred line)。這些品系的每一棵植株外表相近,並且具有符合育種目標的優良特性,可直接當做開放授粉品種(open pollinated variety)利用,也就是同一自交系可在隔離的空間,放任植株間授粉,此法最節省採種成本,也是農民可以自行留種的方式;或以兩個自交系雜交獲得一代雜交品種(F1 variety),此法生產成本高,但通常能得到綜合或超越父母株表現特性的品種;甚或把自交系進一步改良後再雜交獲得一代雜交品種。


無論是公部門或私人種苗業者,長久以來均投入大量心力在育成新品種上。例如,近年來TYLCV危害嚴重,造成台灣市場番茄供應失衡,因此2000年代種苗改良繁殖場與亞蔬–世界蔬菜中心合作,成功開發出「種苗亞蔬22號」(商品名為「朱寶」)的鮮食小果番茄,提高農民栽培選擇性、減少生產損失、穩定供應消費市場的需求。


該品種育種初期由亞蔬–世界蔬菜中心利用抗病、耐熱以及質優的育種材料進行雜交後,以譜系法詳實記錄每一代選拔結果,歷經多年育成自交系,完成雜交後進行新品系產量比較試驗及抗病性檢定,再經南部地區栽種試驗,獲農民青睞,於2008年正式取得品種權並上市。該品種耐熱性強,具抗TYLCV、抗番茄嵌紋病毒和抗萎凋病,台灣全年可種植,自推廣後頗受好評,迄今仍持續由種苗改良繁殖場生產供應。


顆顆皆辛苦


番茄是一種令人喜愛又害怕的植物,莖葉的腺體會分泌具特殊氣味的綠色汁液,人們穿梭於番茄田間時,只要與植株接觸,手上、臉上、頭髮或衣物常沾滿一身濃綠和氣味,得清洗多次才有辦法去除,到番茄園工作後,全身上下可是一點也不輸軍人的迷彩服和迷彩妝。


番茄育種的過程,除了每一栽培季均要從頭到尾細心照顧,還要比單純的農作生產付出更多觀察、記錄的時間與工作,才能在最後選拔時做出正確決定。番茄植株莖部長且容易倒伏,具有類似藤蔓的生長特性,加上十分容易長側芽與分枝,因此需要時時摘除側芽並把主莖固定在支柱上。一般來說,每一分地番茄田可栽培2000~2500株,當育種田面積龐大時,需要許多人力進行管理,通常是整個田區整理完一遍,番茄又長高、分枝了,這些管理工作似乎永遠也做不完。


為了不耽誤育種時間,一年通常得栽培兩個季節,而番茄從播種育苗到果實成熟、完成選拔到能夠採收,再把種子取出、清洗、晾乾與整理包裝,大約至少也要五個月,而在栽培季尾聲,還得花上不少時間進行田區的殘株清除和整理,再趕緊準備下一個栽培季的施肥和整地。年復一年,時光總在育種工作的催促下匆匆飛逝。通常,育成一個品種,從純化育種材料到育成自交系,依照一年兩季的進度,至少需要3~4年。如果覺得欠缺某些特性,還得再花相同時間去改良,而優良自交系進行雜交所得的一代雜交品種,還需經過不斷測試,確定符合市場和栽培地區的需求,才能正式上市,中間耗費的時間、人力和經費自然不可言喻。


育種是孤獨而艱辛的工作,穿梭番茄藤蔓間,忍受著田間的豔陽與酷熱,揮汗如雨的日子看似單調倒也充滿新奇和期待。有人終其研究生涯,鑽研其中,獲得豐富成果和眾人崇敬;有人則盡心盡力,卻未竟全功,徒留後人不勝唏噓。育種的甘苦及收穫,如人飲水,冷暖自知,也唯有育種人員才能體會其中的酸甜苦辣。


作物品種的推陳出新,扮演穩定社會經濟的角色,也代表當代人類歷史的傳承與進步。育種工作需要長期持續的材料與經驗累積,新品種的育成是育種人員一輩子的成就,當看見生產者與消費者使用自己的品種,是無比欣喜與滿足。


在當前分子生物技術當家的趨勢下,年輕學子與研究人員普遍投入實驗室內的研究,這些豐碩的研發成果如何與田間育種實務工作結合,有待更多有志之士投入參與田間育種工作。 下次吃番茄時,除了享受美味,請別忘了,這甜美果實來自長久以來默默從事番茄育種工作的人員,為台灣農業付出的青春歲月與辛勞。

【欲閱讀更豐富內容,請參閱科學人2014年第153期11月號】


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