作者:铁铮 来源:中国科学报 发布时间:2019/1/15 9:59:45
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世界首个桉树三倍体诞生记

 

本报通讯员 铁铮

世界上首个桉树三倍体被中国科学家率先获得。这是我国在桉树多倍体育种中取得的最新突破。

这一新进展之所以重要,是因为桉树是世界三大用材造林树种之一。全球超过100个国家均有种植,其人工林总面积超过2000万公顷。在我国,桉树人工林种植面积超过440万公顷,占全国人工林总面积的7%。桉树每年提供超过25%的木材和40%的木浆产量,综合年产值超过3000亿元。

遗憾的是,目前世界桉树栽培主要以杂交品种为主,连续多年未见突破性品种诞生。攻克桉树遗传改良技术的瓶颈,成为桉树良种选育跨越式发展的关键。

这项成果在国际知名林业开源期刊Forests在线发表后,北京林业大学林木分子设计育种高精尖创新中心PI康向阳教授讲述了世界首个桉树三倍体诞生的历程。

早在2008年,北京林业大学就开始与广西国有东门林场合作开展桉树倍性育种研究。在康向阳的指导下,青年教师杨珺经过硕士转博士研究生以及博士后的持续10年潜心研究,终于在桉树多倍体育种领域取得重大突破。

自然界中的植物染色体多为二倍体,而一些植物通过科学有效的遗传育种手段使其染色体增加一倍为三倍体后,其各种生长指标都会大幅度提高。因此,众多科学家都潜心于多倍体育种研究,用以选育出新的树木良种。

事实确实如此。康向阳提供的初步数据证明,与桉树二倍体相对照,新培育出的三倍体株高、地径生长等均提高了约1.3倍,而叶面积增大1.8倍,光合速率高1.6倍,表现出了显著的营养生长优势。这对于桉树这一重要树种的人工林经营等显然有十分重要的价值。

时间追溯到上世纪80年代,北京林业大学教授朱之悌就开始了毛白杨三倍体育种的研究探索。90年代初,正值青年的康向阳加入这个团队,并经过大量的细胞染色体镜检观察,成为三倍体毛白杨选育成功的证明人。已当选为中国工程院院士的朱之悌辞世之后,康向阳带领团队继续在多倍体育种道路上艰难跋涉,解决了一个个技术难题,并应用于青杨、响叶杨等杨树多倍体育种,技术逐渐走向成熟。

林学界一直有“南桉北杨”的说法,指的是杨树在北方是当家树种,桉树则在南方造林中饰演着重要的角色。杨树育种难关攻克之后,康向阳开始将研究向桉树拓展。

康向阳在众多学生中欣喜地发现,杨珺在本科生阶段就对育种具有浓厚的兴趣。指导硕士生开题时,康向阳和他选定了桉树育种方向。从那开始,杨珺就成了这个团队的主要研发人员。为了这项研究,杨珺仅完成硕博连读就用了7年。并非他不刻苦,也不是导师不上心,而是桉树这个树种的特殊性,让“加倍”难上加难。

遇到的第一关是桉树的基础研究十分薄弱。世界上虽然生长着900多个桉树种,但想尽一切办法广泛搜集之后,还是没有查到一篇与生殖生物学相关的研究文献。拜托桉树故乡澳大利亚的学者帮忙查找,依然没有结果。毫不夸张地说,他们的研究是从零开始的。

第二道难关是取材难、处理难。桉树是高大乔木,一般都有十几米高。每次取材时都需要在搭起的高高架子上爬上爬下。因为不知道桉树花芽什么时间形成、减数分裂什么时候开始,需要时时跟踪。一年中总有几个月蹲守在东门林场,每天随时采样、随时检测,其中的困难不胜枚举。

东门林场位于亚热带季风气候区,炎热多雨,常有台风突袭,既会影响植物花发育进程,也给野外作业带来诸多不便,不断干扰试验进程。仅仅生殖生物学进程一个环节,摸清楚基本规律就花去了3年时间。终于,桉树何时开始开花,何时花期结束,何时进入减数分裂,何时适合进行处理等,都在他们的掌握之中。

试验处理后的花蕾一点点变化、慢慢地发育。花蕾长成果实,果实成长成熟。收获加倍处理的果实,播种育苗,苗子一点点长大,再一株株检测倍性。从春到秋,从冬到夏。在这样循环往复的过程中,时光流逝而去。在康向阳的指导下,在东门林场的支持下,杨珺又在与桉树陪伴中度过了3年博士后岁月。

2017年冬天,他用流式细胞仪快速检测了不同处理组合的上千株桉树苗幼叶片之后,终于发现了令人魂牵梦绕的那一组多出来的染色体。

尽管巴西等国的专家们也在做类似的试验,但三倍体桉树在世界上首次获得,是由中国科学家完成的。

康向阳告诉记者,获得的三倍体桉树生长性状表现突出,预示着多倍体育种将会给桉树育种培育带来革命性的转变。最艰难的日子已经过去,但距离育成能应用于生产的良种还有漫长的路要走。他希望杨珺等青年团队成员能够争取到国家资金支持,能创制出更多可供选择的桉树三倍体,让国家珍贵的林地生产出更多的木材,真正成为“金山银山”。

在这条道路上,他和他的团队还会继续努力。

相关论文信息:DOI :10.3390/f9110728

《中国科学报》 (2018-01-15 第5版 农业科技)
 
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