【南方日報】雜交稻“好看不好吃”?廣東打開育種“芯”思路
2021-09-24 11:07  作者:2021-09-24  作者:

  走進廣東省農業科學院水稻研究所(下稱“水稻所”)位于廣州白云區的實驗基地,映入記者眼簾的是兩幅不同的景象:似火秋陽下,工作人員正在試驗田里照看整齊的水稻;一旁的大棚中,一叢叢雜草似的植物養在花盆里,地上已長出細細的青苔。

  “雖然看著不同,但地里的和盆里的都是水稻?!彼舅紫茖W家王豐笑著告訴記者,每一個花盆中都保存著不同的野生稻品種,共同組成了全國規模最大的野生稻種質資源圃——國家種質廣州野生稻圃。一盆盆看似不起眼的“雜草”,凝結著數代育種研究人員的心血,也收藏著糧食安全的“密碼”。

  “目前,廣東在優質稻等領域的育種水平處在全國領先地位?!笔∞r業農村廳相關負責人表示。據國家水稻數據中心統計,全國推廣面積最大的6個秈型常規稻品種中,4個品種由廣東育成,另2個品種含有水稻所育成品種的血緣,要么是“廣東造”,要么有“廣東芯”。

  如今,廣東水稻育種團隊的目光已不再局限于“高產、優質、抗病”三大主攻方向,他們正將千年的農業智慧熔于一爐,向著更廣袤的土地發起新的挑戰。

新型雜交稻“高產又好吃”

  “民以食為天”,水稻是我國最重要的糧食作物,也是種植歷史最悠久的作物之一。從上世紀30年代開始,經過丁穎、黃耀祥、袁隆平、謝華安等數代科學家的努力,水稻育種在近百年時間里已陸續攻克矮化、雜交等多個技術難題。

  然而,雜交稻“產量高,但不好吃”是其“卡脖子”問題。其中,難點在于水稻雜交三系配套中的不育系。如何讓不育系同時集成各項優質特性,成了王豐團隊育種攻關的課題。

1996年,王豐開始著手研究食味佳、產量高的雜交水稻品種。憑借多年的種植和科研經驗,他帶領團隊選定了華南廣泛應用的保持系“博B”與米質較好、抗稻瘟病的常規品種“浙9248”進行雜交,通過兩年四季的選擇與鑒定,育成聚合了米質、抗性和適應性的優良保持系。

  雖然進展喜人,但王豐團隊認為,材料的食味與粒型尚未達到設計的育種目標。因此,團隊再挑選食味外觀較好的優良材料“米30”進行復合雜交,使“米30”的優良基因進一步與材料聚合,再經連續的回交與轉育,終于在2007年培育出優質不育系“泰豐A”。

  “將帶有目標性狀基因的不同親本通過分步雜交,逐步使所有目標性狀基因聚合到同一個材料中去,這種方法被稱為‘分步雜交聚合’?!蓖踟S介紹。

  此外,為保證新品種在不同種植區表現良好,可以應對不同地區的生態條件和稻田病害,團隊十余年來往返于廣東、江西、湖南等水稻產區,選擇病害嚴重的地點,對早期世代的育種材料進行往返育種。這樣,“泰豐A”就對各地的病害都產生了良好的抗性?!斑@種方法被稱為‘穿梭育種’?!蓖踟S解釋道。

  “分步雜交聚合”和“穿梭育種”兩項技術的綜合使用,使培育出的“泰豐A”粒型細長、整精米率高、堊白少,實現美觀美味的同時保持了雜交稻高產的優勢,畝產較普通稻高10%—20%。同“泰豐A”配套組合的優質雜交稻,已有42個品種通過國家或省級審定,其中,15個次品種獲國家和省級優質稻食味鑒評金獎和銀獎。8月30日,王豐領銜的《雜交稻優質不育系泰豐A的創制與應用》項目斬獲“海大杯”廣東種業科技創新大比武總決賽冠軍。

分子育種提供全新思路

  “泰豐A”的成功,折射出水稻育種的三大主題:高產、優質、抗病。然而,新品種的培育成功,不代表此后可以高枕無憂,客觀情況的變化,正給育種提出新的要求。

比如廣東水稻的主要病害是稻瘟病和白葉枯病,一直以來都在不斷變化,水稻的抗病能力也要隨之跟上。同時,人們的消費理念也在變,以前廣東消費者喜歡顆粒小、口感硬爽的“蝦仔米”,現在口感軟糯的五常大米也受到市場歡迎。

  外界環境瞬息萬變,若育種專家預判不準,數十年辛勞恐付諸東流。近年來分子育種的出現,則為提高育種效率提供了全新思路。

  今年5月,“溫氏杯”廣東種業科技創新大比武總決賽上,由中科院院士、華南農業大學教授劉耀光牽頭的項目《高效的作物生物技術精準育種平臺的開發與應用》一舉斬獲總冠軍。

  劉耀光介紹,通過應用該平臺,團隊首創了富含花青素的“紫晶米”、富含角黃素與蝦青素的“赤晶米”。這意味著通過分子育種方法,大米將不止雪白晶瑩一種形態,更多全新品種有望登上消費者的餐桌。

  王豐團隊則在“米30”等材料中錨定了決定水稻堊白率、粒型等重要性狀表現的關鍵基因?!拔磥?,如果要迅速育成類似的品種,只需要編輯相關基因就可以實現特定性狀的表達?!蓖踟S說。

  而無論是傳統方式育種,還是分子育種,研發新品種的基因“材料”往往來自野生稻資源。因此,育種開始之前,專業團隊往往需要跋山涉水,搜羅適合育種的野生稻材料,花費時間可達數十年。隨著國家種質廣州野生稻圃 建設的不斷完善,這一情況得到了改善。

  目前,國家種質廣州野生稻圃已擴建至6.3畝,設置普通野生稻、藥用野生稻、疣粒野生稻及外引野生稻四個保存區,保存材料超過7000份?!氨热?,在藥用野生稻區保存的材料中,我們已經發現抗稻瘟病和白葉枯病的關鍵基因。未來,如果病害再發生變異,我們可以及時利用這些基因,加速育種研發進程?!蓖踟S說。

  此外,在種質資源恢復方面,國家種質廣州野生稻圃也逐漸發揮出相應的作用。王豐回憶,團隊在調研中曾發現,一些重要的野生稻自然保護區出現了退化的情況。近年來,通過培養移植野生稻圃中保存的種質資源,這些保護區已經逐漸恢復了往日的樣貌。水稻所相關負責人介紹,“除此之外,保存的種質資源在未來還有更多應用場景等待發掘?!彼舅嚓P負責人說。

  鹽堿灘涂地有望變良田

  不久前,當記者來到江門臺山市海宴鎮的華僑農場時,一片片新綠正覆蓋著往日的荒蕪。3年前,廣東海洋大學教授陳日勝團隊帶來了“海水稻”種子,在這片沿海灘涂上墾造水田,并開展海水稻的選育、試驗與示范等工作。如今,基地內海水稻種植面積已達4000畝。

        耐鹽堿的“海水稻”研發,是近年來水稻育種的熱門方向。

  海水稻是耐鹽堿水稻的別稱,在鹽堿地、鹽漬地、灘涂上都具有較強的適應性,在鹽分濃度為3‰以上的土壤里仍可正常生長?!捌胀ㄋ驹邴}度1‰以上的環境下便難以種植?!标惾談俚闹纸榻B說。

  廣東省灘涂鹽堿地面積達500萬畝,粵西等地的農民種植“長毛谷”等耐鹽堿水稻的歷史已逾百年,這為廣東海水稻的研發提供了得天獨厚的種質資源優勢。如果能將這些灘涂鹽堿地通過種植海水稻的方式高效利用起來,不僅能化灘涂為良田、修復耕地,還能促進糧食增產、農民增收。

  得益于此,廣東耐鹽堿水稻的研究歷經近40年,除了陳日勝培育的“海稻86”,還推出了“海割”“海紅稻”“廣紅”等多個農家品種。目前,海水稻已可耐受鹽度7‰的環境,而陳日勝團隊正在培育可以在鹽度12‰的環境下種植的海水稻。珠江入??跒┩康暮铀}度通常在10‰之內,海水稻種植前景看好。

  此外,隨著培育出的品種的增多,海水稻也在黑龍江、內蒙古、山東、浙江等13個省份進行了種植推廣。每到一地,陳日勝都會針對當地的地理氣候條件進行進一步的選育?!霸跂|北我們做了抗堿方向的培育。山西、內蒙古水資源比較匱乏,我們在做旱稻的培育?!标惾談僬f。

  石油城市大慶對開發鹽堿地有補貼,但因沒有收成,農民的種植意愿很低。勝君農業科技有限公司承包并改造了4500畝鹽堿地,與陳日勝團隊合作種植海水稻已有三年。該公司總經理曲君業稱,在土地狀況好的鹽堿地上,海水稻的收成今年預計可達到畝產1300斤?!爱a量有了,土地也改良了,咱老百姓認可,就會愿意種?!?/P>

智庫觀察:

“研發進度”需提前儲備

  果樹、生豬、作物……在深調研走訪中,記者發現,無論什么類型,農產品的育種過程總與漫長的時間相伴。從丁穎、黃耀祥開啟中國水稻育種的序幕,到如今高產優質雜交稻的誕生,前后過去已近100年。

  水稻一年兩熟,果樹十年掛果,自然規律無法因人力大幅度改變,這是種業發展無法回避的命題。培養水稻“高產、優質、抗病”的綜合性狀,要一代而成幾乎不可能。水稻病蟲害情況多變,需針對不同地域、不同情況改良不同品種;人民群眾對美好生活的追求,也對水稻的香型、口感提出了更多要求;更遑論對產量的追求,科研人員正在沖擊一個又一個高峰。

  這意味著糧食“芯片”的研發須臾不可放松??v觀世界歷史,農產品病蟲害發生時,“亡羊補牢”式的搶救往往收效甚微。19世紀末,葡萄根瘤蚜蟲病席卷歐洲,幾乎摧毀當地綿延千年的葡萄酒產業;上世紀中葉,香蕉巴拿馬病導致主流香蕉品種“大麥克”滅絕,全球果農遭到沉重打擊。

  歷史教訓告訴我們,農作物病害一旦大規模爆發,就要盡快推出抗病的新品種。因此,對于糧食作物而言,除了提供資金、技術、人才支持,提前儲備“研發進度”非常重要。

  多位專家表示,除了市場主流的栽培耕種品種,一些針對特別病害的研究方向亦應推進至待完成階段。這樣,若突然發生大規模病害,抗病新品種研發可迅速完成,及時“補位”,有效避免長時間、大規模的減產歉收,為國家糧食安全提供保障。

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