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广东新型杂交稻“高产又好吃” 分子育种提供全新思路

  • 2021-09-24 08:16:36 来源:南方日报

走进广东省农业科学院水稻研究所(下称“水稻所”)位于广州白云区的实验基地,映入记者眼帘的是两幅完全不同的景象:似火的太阳下工作人员正在试验田里检查整齐的水稻;一旁的大棚中,一丛丛杂草似的植物养在花盆里,地上已长出薄薄的青苔。

“虽然看着不同,但地里的和盆里的都是水稻。”水稻所首席科学家王丰笑着告诉记者,每一个花盆中都保存着不同的野生稻品种,它们共同组成了全国规模最大的野生稻种质资源圃——国家种质广州野生稻圃。一盆盆看似不起眼的“杂草”,凝结着数代育种研究人员的心血,也蕴藏着粮食安全的“密码”。

“广东在优质稻等领域的育种水平处在全国领先地位。”省农业农村厅相关负责人表示。除了籼型常规稻大规模用上“广东芯”,在杂交稻、“海水稻”等领域,广东也取得了丰硕成果。

新型杂交稻“高产又好吃”

杂交稻产量高,但“卡脖子”的问题是“不好吃”。其中难点就在“水稻杂交三系配套中的不育系”,如何让不育系同时集成各项优质特性,成了王丰团队育种攻关的课题。

1996年,王丰开始着手研究食味佳、产量高的杂交水稻品种。凭借多年的种植和科研经验,他带领团队选定了华南广泛应用的保持系“博B”与米质较好、抗稻瘟病的常规品种“浙9248”进行杂交,育成聚合了米质、抗性和适应性的优良保持系。虽然进展喜人,但王丰团队认为,材料的食味与粒型尚未达到设计的育种目标。因此,团队再挑选食味外观较好的优良材料“米30”进行复合杂交,使“米30”的优良基因进一步与材料聚合,再经连续的回交与转育,终于在2007年培育出优质不育系“泰丰A”。“将带有目标性状基因的不同亲本通过分步杂交,逐步使所有目标性状基因聚合到同一个材料中去,这种方法被称为分步杂交聚合。”王丰介绍。

此外,为保证新品种在不同种植区表现良好,可以应对不同地区的生态条件和稻田病害,团队10余年来往返于广东、江西、湖南等水稻产区,选择病害严重的地点,对早期世代的育种材料进行往返育种。这样,“泰丰A”就对各地的病害都产生了良好的抗性。“这种方法被称为穿梭育种。”王丰解释道。

分步杂交聚合和穿梭育种两项技术的综合使用,使培育出的“泰丰A”粒型细长、整精米率高、垩白少,实现美观美味的同时保持了杂交稻高产的优势,亩产较普通稻高10%—20%。同“泰丰A”配套组合的优质杂交稻,已有42个品种通过国家或省级审定,其中,15个次品种获国家和省级优质稻食味鉴评金奖和银奖。8月30日,王丰领衔的《杂交稻优质不育系泰丰A的创制与应用》项目斩获“海大杯”广东种业科技创新大比武总决赛冠军。

分子育种提供全新思路

“泰丰A”的成功,反映出水稻育种的三大主题:高产、优质、抗病。然而,新品种的培育成功,不代表此后可以高枕无忧,客观情况的变化不断给育种提出新的要求。

比如广东水稻的主要病害稻瘟病和白叶枯病,一直在不断变化,因此要求水稻的抗病能力也要跟上。同时,人们的消费理念也在变,以前广东消费者喜欢颗粒小、口感硬爽的“虾仔米”,现在口感软糯的五常大米也广受欢迎。

外部环境瞬息万变,若育种专家预判不准,数十年辛劳恐付诸东流。近年来分子育种的出现,则为提高育种效率提供了全新思路。

无论是传统方式育种,还是分子育种,研发新品种的基因“材料”往往来自野生稻资源。因此,育种开始之前,团队往往需要跋山涉水,搜罗适合育种的野生稻材料,花费时间可达数十年。随着国家种质广州野生稻圃建设的不断完善,这一情况得到了改善。

目前,国家种质广州野生稻圃已扩建至6.3亩,设置普通野生稻、药用野生稻、疣粒野生稻及外引野生稻四个保存区,保存材料超过7000份。“比如,在药用野生稻区保存的材料中,我们已经发现抗稻瘟病和白叶枯病的关键基因。未来,如果病害再发生变异,我们可以及时利用这些基因,加速育种研发进程。”王丰说。

此外,在种质资源恢复方面,国家种质广州野生稻圃也逐渐发挥出相应的作用。王丰回忆,团队在调研中曾发现,一些重要的野生稻自然保护区出现了退化的情况。近年来,通过培养移植野生稻圃中保存的种质资源,这些保护区已经逐渐恢复了往日的样貌。水稻所相关负责人介绍,“除此之外,保存的种质资源在未来还有更多应用场景等待发掘。”水稻所相关负责人说。

盐碱滩涂地有望变良田

不久前,记者在江门台山市海宴镇的华侨农场看到,一片新绿正覆盖着往日的荒芜——3年前,广东海洋大学教授陈日胜团队带来了“海水稻”种子,在这片沿海滩涂上垦造水田,并开展海水稻的选育、试验与示范等工作。如今,基地内海水稻种植面积已达4000亩。

耐盐碱的“海水稻”研发,是近年来水稻育种的热门方向。

海水稻是耐盐碱水稻的别称,在盐碱地、盐渍地、滩涂上都具有较强的适应性,在盐分浓度为3‰以上的土壤里仍可正常生长。“普通水稻在盐度1‰以上的环境下便难以种植。”陈日胜的助手介绍说。

广东省滩涂盐碱地面积达500万亩,粤西等地的农民种植“长毛谷”等耐盐碱水稻的历史已逾百年,这为广东海水稻的研发提供了得天独厚的种质资源优势。得益于此,广东耐盐碱水稻的研究历经近40年,除了陈日胜培育的“海稻86”,还推出了“海割”“海红稻”“广红”等多个农家品种。目前,海水稻已可耐受盐度7‰的环境,而陈日胜团队正在培育可以在盐度12‰的环境下种植的海水稻。珠江入海口滩涂的河水盐度通常在10‰之内,海水稻种植前景看好。此外,随着培育出的品种增多,海水稻也在黑龙江等13个省区进行了种植推广。

比如石油城市大庆对开发盐碱地有补贴,但因没有收成,农民的种植意愿很低。胜君农业科技有限公司承包并改造了4500亩盐碱地,与陈日胜团队合作种植海水稻已有3年。该公司总经理曲君业称,在土地状况好的盐碱地上,海水稻的收成今年预计可达到亩产1300斤,“产量有了,土地也改良了,老百姓认可,就会愿意种。”

智库观察

“研发进度”

也要提前储备

果树、生猪、作物……在深调研的过程中,记者发现,无论什么类型,农产品的育种过程总与漫长的时间相伴。从丁颖、黄耀祥开启中国水稻育种的序幕,到如今高产优质杂交稻的诞生,前后已近100年。

水稻一年两熟,果树十年挂果,自然规律无法因人为因素而大幅度改变,这是种业发展无法回避的命题。培养水稻“高产、优质、抗病”的综合性状,要一代而成几乎不可能。水稻病虫害情况多变,需针对不同地域、不同情况改良不同品种;人民群众追求美好生活,对水稻的香型、口感提出了更多要求;更遑论对产量的追求,科研人员正在冲击一个又一个高峰。

这意味着粮食“芯片”的研发须臾不可放松。纵观世界历史,农产品病虫害发生时,“亡羊补牢”式的抢救往往收效甚微。19世纪末,葡萄根瘤蚜虫病席卷欧洲,几乎摧毁当地绵延千年的葡萄酒产业;上世纪中叶,香蕉巴拿马病导致主流香蕉品种“大麦克”灭绝,全球果农遭到沉重打击。

历史的教训告诉我们,农作物病害一旦大规模暴发,就要尽快推出抗病的新品种。因此,对于粮食作物而言,除了提供资金、技术、人才支持,提前储备“研发进度”非常重要。

多位专家表示,除了市场主流的栽培耕种品种,一些针对特别病害的研究方向,也应该推进至“待完成阶段”。这样,若突然发生大规模病害,抗病新品种研发可迅速完成,及时“补位”,有效避免长时间、大规模的减产歉收,为国家粮食安全提供支撑。(●南方日报记者邵一弘王彪见习记者许宁宁通讯员马静)

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