多亲杂交育种提升孜然品质与抗旱性：可持续农业的新策略

为解决干旱胁迫下孜然(Cuminum cyminum L.)产量与代谢物合成的瓶颈问题，伊朗德黑兰大学研究人员通过多亲杂交育种技术创制合成品种，显著提升种子产量（干旱下增加79.58%）、代谢物含量（如精油增加112.13%）及抗氧化活性，为干旱地区高品质孜然栽培提供新方案。

　　

在全球气候变化加剧的背景下，干旱已成为制约作物生产的关键因素，尤其对药用植物如孜然(Cuminum cyminum L.)的影响更为显著。孜然作为中东、印度等地的重要经济作物，其产量和品质受水分胁迫影响显著，传统育种方法难以兼顾抗旱性与代谢物合成效率。如何通过育种手段提升孜然在干旱条件下的表现，成为农业科学家亟待解决的难题。

德黑兰大学农学与植物育种系的研究团队在《Scientific Reports》发表了一项创新性研究，通过多亲杂交育种技术成功培育出兼具高产量、高代谢物含量及强抗旱性的孜然合成品种。该研究首次系统评估了合成品种在干旱胁迫下的综合表现，揭示了其在稳定农业生产和提升药用价值方面的双重潜力。

研究采用多亲杂交育种技术，将5个具有高一般配合力的孜然基因型（YAR1、GJA3等）通过随机交配创制合成品种，并在伊朗两处干旱地区（帕克达什和比德戈尔）进行两年田间试验。关键技术包括：基于GC-MS的精油成分分析、 Folin-Ciocalteu法测定多酚含量、DPPH和还原力法评估抗氧化活性，以及脂肪酸组成的GC-FID检测。

种子产量
合成品种(SYN2)在干旱条件下种子产量达182.55 g/m²，较亲本均值提高79.58%，且产量降幅从亲本的63.37%降至25.95%，表明多亲杂交有效整合了抗旱遗传位点。

初级代谢物
干旱胁迫下合成品种的蛋白质和糖含量分别提升12.78%和12.89%，其渗透调节能力显著增强。

次级代谢物
精油含量在合成品种中达3.11%（干旱条件），较亲本高112.13%，主要活性成分枯茗醛(Cumin aldehyde)含量提升至77.22%。

多酚类化合物
乙醇提取物中酚类、黄酮醇含量分别增加26.75%和57.43%，证实乙醇为最佳提取溶剂。

抗氧化特性
DPPH实验显示合成品种在130 μg/mL浓度下抗氧化活性达143.20，与多酚含量呈正相关。

种子物理性状
千粒重等性状在合成品种中受干旱影响更小（降幅6.31% vs 亲本9.67%），表明其种子发育稳定性更强。

脂肪酸组成
合成品种种子油含量达12.04%（干旱条件），但多不饱和脂肪酸(PUFA)比例从31.64%降至29.73%，反映干旱对脂质代谢的特异性影响。

该研究通过Ward聚类和主成分分析(PCA)证实合成品种在99%变异度上区别于亲本，其优异表现源于多亲杂交带来的遗传重组优势。结论指出，多亲杂交育种可协同提升孜然的农艺性状与药用价值，尤其通过增强抗氧化防御系统（如GPOD、APX酶活性和多酚积累）缓解氧化损伤。这一策略不仅适用于孜然，也为其他药用植物的抗旱育种提供了范式，对保障干旱地区农业可持续发展具有重要意义。

研究还发现，合成品种在保持精油主要成分γ-萜品烯(γ-Terpinene)和枯茗醛生物合成通路活性的同时，能通过调节limonene synthase等关键基因表达适应胁迫环境。这种"胁迫诱导品质提升"的现象，为解析植物逆境响应与次生代谢调控的分子机制提供了新视角。