山東農大陳學森：一心只為蘋果“紅”

紅肉蘋果      山東農大供圖

陳學森帶領團隊成員在新疆野蘋果林進行授粉試驗         山東農大供圖

如何讓蘋果更紅、更好吃、更好賣，讓中國人把果盤子牢牢端在自己手里？這是生產難題，也是山東農業大學陳學森教授畢生科研追求。

經過近20年潛心研究，現在這位63歲的老教授有了答案。他和團隊成員用具有自主知識產權的55項ZL技術，創制獨有的蘋果新種質，育成紅肉、紅皮蘋果新品種，發明使年限縮短多年的蘋果育種法，并摸索出配套技術為新品種推廣保駕護航。近年來，這些成果在山東、陜西等地累計推廣513余萬畝，新增經濟效益115余億元。

11月3日上午，喜訊從北京人民大會堂傳來，陳學森團隊憑借該成果捧得2020年度國家技術發明二等獎。這也是他們繼2015年獲得國家科技進步二等獎后，第二次摘取國家科學技術獎。

“我們將繼續堅持理論與技術創新并重、良種與良法配套，研發更多高水平接地氣成果，并把它轉化為農業發展新亮點，轉化為農民的經濟效益。”載譽歸來，陳學森依然干勁十足。

創建獨一份的紅肉蘋果新種質

陳學森與紅肉蘋果結緣，要從對新疆野蘋果的研究說起。

2004年6月，陳學森指導的博士生何天明在新疆伊犁野果林做野杏調查與試驗，回到實驗室后憂心忡忡地說：“陳老師，新疆野蘋果正遭到嚴重破壞，您應該去看一看。”

第二年8月，陳學森帶領博士生馮濤及團隊成員到伊犁野果林實地考察。“新疆野蘋果純林不僅遺傳多樣性豐富，而且具有栽培蘋果的典型特征。尤其新疆野蘋果中的紅肉蘋果，果肉的紅色很新奇，香味也獨特。”陳學森為發現了蘋果“新大陸”暗自高興。

為采摘到正宗的野蘋果，陳學森和何天明一起在新疆的大山里來來回回尋找。“有一天早上上山時天還是晴的，中午就下起來了暴雨，如果我們從山里晚出來十分鐘，可能就被泥石流沖下山口了。”陳學森感慨地告訴記者。

實驗室的檢測結果表明，他們采集來的新疆野蘋果中的紅肉蘋果，其類黃酮和有機酸含量明顯高于栽培品種。

“我國蘋果種植面積和產量均占世界50%以上，是增加果農收入的支柱產業，但特色多樣化品種嚴重不足。”陳學森心想，“類黃酮具有抗氧化、抗腫瘤、預防心腦血管疾病及保肝等功能，能不能把新疆紅肉蘋果和肉質清脆的‘紅富士蘋果雜交，創建新紅肉種質？”

很快，陳學森和團隊成員把采集回來的新疆采集紅肉蘋果花粉與“紅富士”蘋果品種雜交，在組培室播種培育第一代（F1）實生苗，并將這些苗子定植到泰安橫嶺育種基地。

考慮到實生苗達到一定高度和節位就能開花結果，陳學森用發酵好的大糞水澆灌小苗，以縮短這些苗子的生長期。“基地里沒有工人，我就自己把一擔擔大糞挑進去，有時一上午能挑60擔。”照看基地的舅舅郭志忠看到陳學森紅腫的肩膀，忍不住心疼地說：“我沒見過像你這樣的傻教授，就是一個老農民！”

就是憑這股“傻”勁，陳學森基地里80％的實生苗在2年內開花結果了。陳學森說：“據遼寧果樹研究所蘋果育種專家伊凱研究員介紹，同樣的雜交組合苗子實現開花結果，在遼寧至少需要到6年時間。”

在F1代群體中，陳學森篩選到R6R6純合基因型的紅肉脆肉株系，經過試驗檢測發現其果實類黃酮含量是普通蘋果的七倍，可與藍莓比肩。“這是我們中國人獨有的功能性蘋果種質，實現了紅肉、脆肉、高類黃酮等多個品質性狀（基因）的快速聚合。我們把它命名為CSR6R6。”陳學森異常興奮。如今，CSR6R6被保藏進中國科學院微生物研究所。

“在新種質培育過程中，我們也摸索出了可使育種年限縮短5年的三選兩早一促蘋果育種法，還在分子水平上揭示了蘋果起源、演化和馴化的規律，并證明世界栽培蘋果起源于我國新疆。”對此，陳學森深感自豪。

利用獨一份的新種質和育種新方法，陳學森團隊培育出“幸紅”“福紅”“美紅”“滿紅”4個高類黃酮蘋果新品種。它們果肉全紅、果皮紅亮，吃起來酸甜適口。目前，他們又從這幾個新品種中找到了“寶貝”，有了新的研究目標。

發明紅皮蘋果早期鑒定新技術

在市場上，著色程度是決定果子賣相的一個關鍵指標。近年來，行業人員通過芽變選種對蘋果果皮著色等性狀進行改良，選育出一大批蘋果紅色芽變新品種，極大推動了蘋果品種結構更新換代及蘋果產業的發展。

“果樹芽變是果樹體細胞突變的一種，是指突變發生在芽的頂端分生組織細胞中，當芽萌發長成枝條，在性狀上表現出與原性狀不同。這種突變是自然發生的遺傳物質變異，以枝變表現出來。”陳學森告訴記者。芽變方法就是優中選優，能對生產上現有主栽果樹品種個別品質和農藝性狀進行有效改良。

對于果樹芽變的分子生物學機制，研究人員并不清楚。陳學森希望能在這一領域有所突破。

陳學森的學生姜生輝在碩士學習階段，以課題組選育的國光蘋果紅色芽變品種“山農紅”為試材開展研究，經過一年多試驗得到的結果并不理想。研三獲得碩博連讀機會后，陳學森安排他采集蘋果品種“長富2”及其紅色芽變后代“煙富3”及“煙富3”紅色芽變后代“煙富8”有關材料，帶回實驗室分析不同蘋果芽變品種著色差異原因。

從著色機理上看，決定蘋果著色狀況的果皮物質主要有葉綠素、類胡蘿卜素、花青苷，其中花青苷尤為重要。前人研究認為，光誘導螺旋-轉角-螺旋結構蛋白（MdMYB1）能夠調控蘋果果實花青苷合成，從而影響果實著色。

“我們對取回來的不同蘋果芽變材料進行研究，分析數據背后的‘秘密’，最終有了重大發現，那就是轉錄因子MdMYB1啟動子甲基化水平與果皮花青苷含量呈現顯著的負相關關系。”陳學森說。由此，他們還發明了基于MdMYB1基因啟動子甲基化水平檢測的蘋果紅色芽變早期分子鑒定技術，實現紅色變異的早期、快速、準確鑒定。

以前，果農或基層技術干部一般采用“一把尺子、一桿稱、用牙咬、用眼瞪”的常規方法，并經過高接鑒定等程序把蘋果紅色變異的枝條或單株確定為紅色芽變。

現在，用陳學森團隊的蘋果紅色芽變早期分子鑒定技術，按照花青苷含量為原品種2倍以上、DNA分子甲基化水平為原品種二分之一以下的標準，行業人員就能早早鑒定出來紅色芽變，比普通芽變選種年限縮短2年至3年的時間。

與煙臺龍口、蓬萊等地的研究人員合作，陳學森團隊用蘋果紅色芽變早期分子鑒定技術先后選育出“龍富”“元富紅”等蘋果新品種，使果實著色、風味等性狀得到了有效改良。現在，這些品種已成為生產主栽品種。

良種良法打捆讓蘋果收益更“紅”

上世紀90年代，剛留校不久的陳學森就在羅新書老師牽線下，到山東冠縣辛集鄉尹村指導當地蘋果種植。“村里有一百多畝蘋果園。去做技術指導之前，我自己先爬到樹上練熟修剪技術，再給鄉親們示范，在果樹施肥、病蟲害防治方面也是邊學邊實踐。往村里跑了三年，跑爛七雙運動鞋。”陳學森笑著說。

也是從那時起，陳學森就堅定了果樹育種專家也要研發配套種植技術的想法。直到現在，他和團隊成員每選育一個蘋果新品種，就必然摸索合適的栽培管理方法，良種良法打捆推給果農。

山東龍口市諸由觀鎮冷王村的一條龍果品專業合作社就是其中的受益者。

2014年，龍口天降大雨，一條龍果品專業合作社200多畝果園里的蘋果樹不少被淹死了，總經理王恩琪向陳學森“求救”：“這個老果園種20多年的蘋果樹了，新種的小蘋果苗會因重茬障礙長不好，怎么辦？”對此，陳學森和團隊成員毛志泉教授當即胸有成竹地回答說：“用我們的重茬障礙綠色防控技術就能根治，也就是冬前開溝、撿除殘根、穴施菌肥（發酵流體）、蔥樹混作。”

原來他們在研究中早已明確鐮孢菌屬是引起我國蘋果重茬障礙的主要病原菌，而大蔥分泌物就是該菌的“克星”。此外，陳學森還給王恩琪帶去了團隊選育的“龍富”蘋果新品種，讓他用配套的省力高效栽培模式、幼樹早果豐產技術、果園生草技術等。

“以前我們果園里的蘋果樹是長枝型的，都四五米高，這次我們種了陳老師新選育的短枝型‘龍富’蘋果品種，才兩米高，非常適合機械化管理，蘋果樹苗當年成花、第二年結果、第四年豐產。果樹好管理、連年豐收，果子紅彤彤的，好看、好吃，一斤能多賣1元錢左右。現在，我們這邊500多畝果園里都用上了陳老師團隊的成果。”望著畝產近6000斤的新蘋果園，王恩琪笑得合不攏嘴。

談起和團隊成員選育的蘋果良種與配套良法，陳學森還和記者講了果園生草技術的一段“小插曲”。

果園生草新技術的應用在美國、法國、新西蘭及日本等世界蘋果產業強國已有幾十年歷史，早已成為增加果園有機質含量、培肥地力、實現持續高效發展的重要途徑，但在中國推廣起來卻并不容易。

在篩選挖掘適合果園種植的草種時，他和團隊成員偶然發現一種名為長柔毛野豌豆的草適應能力和抗逆性強，春季長勢旺盛，抑制其他雜草生長，還能涵養土壤水源、固氮培肥。在6月份結豆莢后，植株很容易腐爛，不需要刈割，很省力。為了讓更多果農受益，他每次到到陜西、甘肅、河南等地講課時，都背著兩麻袋野豌豆種子，課后送給果農，并指導果農種植。