作者:李晨 蔡漪铃 来源:中国科学报 发布时间:2021/9/28 19:53:46
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“硬核”水稻实验基地丰收在即

 

基地水稻即将收获。

戴着草帽、肤色黝黑、面朝黄土背朝天,南京农业大学土桥水稻实验基地里,由中国工程院院士万建民领衔的水稻遗传育种团队,深耕育种、醉心稻田。

他们在水稻田里选“美”、选“强”、选“个性”,不断选育优质、高产、多抗、广适的水稻品种,力求让百姓“吃得饱”“吃得好”“吃得健康”。

在这里,科学家培育了宁粳系列水稻新品种,并摘得国家科技进步奖一等奖和国家技术发明奖二等奖。

 

水稻也要“相亲”

这里不仅是南京农业大学作物遗传与种质创新国家重点实验室和农业农村部长江中下游粳稻生物学与遗传育种重点实验室的水稻育种基地,也是南京水稻种质资源国家野外科学观测研究站。

基地主要定位于种质资源的保护收集、基础研究的“大田验证”、关键育种材料的创制、水稻重要性状的鉴定等。10多名教授带领着包含硕博士在内100多名成员的团队,承担着国家级重点研发项目、国家转基因重大专项等40项课题。

黝黑的皮肤是土桥基地水稻育种人的共同特征,当他们戴着草帽往稻田里一站,没有人能将他们与农民区分开。

与农民不同的是,他们满嘴都是“品种、组合、品系、株系”这些专业术语。

每年5月是南京地区水稻种植期,在播种前两个月,科研人员便开始构思、预测未来的育种趋势,规划今年的育种方案。

基地试验田。

要在浩如烟海的水稻品种中,选出拥有心仪性状的亲本,可不是一件容易的事。南京农业大学教授刘喜站在稻田里,取下套在一株水稻上的牛皮纸袋,上面详细记载着这株水稻的亲本信息。这是他今年的育种材料之一,目标是培育一种抗虫又高产的水稻。

刘喜说,杂交育种最精细的程序是给水稻“绣花”——先用剪刀剪开颖壳,再去掉花药,母本水稻的每一粒的花药都要去除干净,接下来就是授上心仪对象的花粉了。授粉最佳时间是每年7~8月的上午11点至下午1点,也是一天中太阳最毒的时候。

基地水稻育种材料。

就这样,原本靠自交繁衍的水稻打破了“近亲结婚”的桎梏,在育种专家的牵线搭桥下,和“性格”更互补的对象走到一起。而它们的后代,也会继承它们的优点,在这片土地继续繁衍。

 

良种是“考”出来的

与一般的水稻农场不同,到了秋收时节,这里便形成俄罗斯方块似的水稻迷宫。

水稻“迷宫

“1个品种的培育至少要花上10年。”南京农业大学研究员刘世家说,选亲本杂交、分离群体、选单株、小区测试、品种审定、推广,这一系列过程下来,顺利的话就要花上10年。

长江中下游的水稻种植区延续着一年一熟的耕作模式,每代种子的繁殖都要经历一年的时间,这意味着要育成一个成熟的品种,至少要花费六七年的时间,十年磨一剑更是一种常态。

为了加快育种周期,每年冬天,水稻遗传育种团队就像候鸟一般,带着秋天收获的种子来到位于海南的南繁基地播种下一个世代的水稻。待海南的水稻成熟后,再将其带回南京繁殖下一代种子,周而复始,年年不断,运气好的话,能够缩短一半的育种时间。虽然5年时间依旧漫长,却是育种路上前进的一大步。

三月选亲本,五月播种,六月移栽,八月做杂交,十月收种,剩下的时间,土地休息了,人也能一起休息吗?

答案是否定的。“江山代有良种出,各领风骚二十年”——良种是“考”出来的。

经过田间的选择,首先要进行测产。接着,产量符合要求的材料,要进行“考”种,就是测定穗长、每穗总粒数、每穗实粒数、千粒重等性状,计算结实率。还要进行米质检测,包括碾米品质(出米率等)、外观品质(垩白度等)、理化品质(直链淀粉含量、胶稠度等)。各方面符合要求的还要进行食味品尝,只有综合性状优良且食味佳的材料才能进入品比以及申报区域试验。

基地品米现场

这就不得不提在去年成立的南京水稻种质资源国家野外科学观测研究站。该研究站以“固定品种,连续观测”为特色。在成立初期,他们选出从20世纪50年代到当下跨度近70年的600多份种质资源进行长期观测。

观测站站长王益华教授介绍,当下的气候和种植条件比原来复杂,外来病害、极端天气层出不穷,设立这个研究站的目的就是要看看这些被市场“认可”的品种是否能在气候和环境的变化中依然保持“优越性”。结合每年的气象数据,分析环境变化对水稻分蘖、株高、生育期、外观的影响,发现这些水稻的产量和品质变化的秘密,发现更多能在逆境下顽强生长的弹性品种。

基地试验田

顶着“两头”的硬核基地

南农土桥水稻实验基地之所以“硬核”,是因为这里的育种家们一直顶着“两头”:一头贴着地,风吹日晒地在田里“摸爬滚打”,攒得一副“选美”好眼力;另一头顶着天,田里的品种带回实验室,借助现代生物技术辅助育种,练得一手“绣花功夫”。

带回实验室检测的水稻材料

“表型技术和分子育种技术的发展,将大大推动育种进程。”南京农业大学教授刘裕强说,精准表型数据的获取是优异种质资源发掘和优良品种培育的前提。主要依赖人工的传统表型数据获取方法,费事、费力、效率低下。而基于人工智能的作物表型组学可以通过图像获取及识别等技术,实现作物主要农艺性状的高通量、精准获取,大大提高表型选择的效率和准确性。

借助基础研究,南京农业大学水稻遗传育种团队还选育出适宜糖尿病、肾脏病病人食用的低蛋白水稻品种,适宜高血压病人食用的富含GABA的水稻品种,为吃出健康提供了可能。他们正在选育抗褐飞虱水稻新品种,为少打农药甚至不打农药提供了可能。

从原先的92亩土地到如今的420亩稻田,靠着几代育种人的努力,南京农业大学水稻遗传育种团队仅在土桥基地,便育成粳稻新品种15个、籼稻新组合4个,创制新材料23个,其中宁粳1号、宁粳3号、宁粳4号、宁粳7号被确认为超级稻品种,宁香粳9号在国家优质粳稻食味评鉴中获得金奖第一名。这些品种目前均得到大面积推广应用,为粮食增产、农民增收作出了突出贡献。

(本文图片均有南京农业大学提供)

 
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