作者:李晨 王一凡 来源: 中国科学报 发布时间:2024-11-11
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育成优质种   走出振“芯”路

 

■本报记者 李晨 通讯员 王一凡

11月7日,江苏省科技大会暨江苏省科学技术奖励大会在南京举行。扬州大学农学院水稻遗传育种团队的项目成果“水稻重要品质性状形成的分子遗传基础”(以下简称成果)获2023年江苏省科学技术奖一等奖。

刚领完奖,成果第一完成人、扬州大学农学院教授刘巧泉便马不停蹄地回到学校,召集团队成员进行科研进展汇报,再次吹起了稻米品质新基因挖掘攻关的“集结号”。

种子是农业的“芯片”。刘巧泉带领团队坚守稻田二十余载,致力于稻米品质遗传改良的不断创新,通过挖掘优异种质与基因资源,实现了从理论到生产实践的应用,成功选育出一系列品质显著改良的水稻新品系,孜孜不倦地成就一粒粒优质米。

“万里挑一”选良种

在扬州大学文汇路校区的水稻试验田中,团队核心成员、该校农学院青年教师张昌泉带领学生进行了一场种子“选秀”。

通过精挑细选,一个个优秀“种子选手”脱颖而出,令张昌泉欣喜不已。“通过下一步的基因功能研究,我们将筛选出携带各种优秀品质基因或者基因组合的遗传材料,为后续育种利用打下坚实的基础。”他说。

像这样“万里挑一”的工程只是团队日常工作的缩影。刘巧泉认为,做水稻遗传育种研究,最重要的是要有资源。有了好的、丰富的种质资源,才能从中选出适宜的材料用于研究和应用。

因此,每到水稻生长的关键时节,团队成员便会走进田间地头。无论是冒着风吹雨打,还是顶着烈日酷暑,他们都必须完成对不同遗传材料的观察、取样、杂交等工作,有时一干就是10多天。

为了培育出品质更加优秀的“后代”,团队成员有时还要扮演“红娘”的角色,在一方方稻田里选“美”、选“强”,将精挑细选出的父本、母本材料进行整合,真正实现优秀基因的“强强联手”。

经过数十年如一日的摸索和积累,团队成功从自然资源中克隆了包括Wxlv、Wxmw、Badh2、OsGluA2和GS9等在内的优异基因,不仅梳理了这些关键基因的自然变异类型和演化关系,还解析了它们的作用机制。相关研究成果相继发表于《自然-通讯》《分子植物》等国际权威学术期刊,被引用超过3500次,为水稻品质改良提供了重要理论依据。

多管齐下做“好饭”

高品质的稻米到底什么样?刘巧泉介绍,稻米品质主要包括蒸煮食味品质、外观品质、加工品质和营养品质等多个方面。

近年来,随着社会经济不断发展,越来越多的消费者开始追求品质更高的稻米,其中蒸煮食味品质和外观品质是决定稻米商品价值和消费选择的核心因素。

一头连着科技创新,一头连着百姓需求。为了实现稻米品质的“提档升级”,近年来,刘巧泉带领团队深耕稻米品质性状研究,在优异资源挖掘、基因克隆和调控机制与育种利用等方面取得多项创新性研究成果。

蜡质基因是控制水稻胚乳直链淀粉合成、影响稻米蒸煮食味品质的关键因子,也是我国在世界上最早克隆的控制直链淀粉合成的基因,对我国稻米品质改良研究具有重要作用。

通过基因编辑技术,刘巧泉率先创制了6种农艺性状良好的新等位基因及其新种质,首次探明了在栽培稻进化的漫长历程中,该基因调控蒸煮食味品质的演化规律,为后续培育具有优良品质的水稻新品种指明了方向。

一碗“好饭”,“美味”与“美颜”缺一不可。然而由于稻米蒸煮食味品质受多方面因素影响,且可用的基因资源十分有限,因此在不少地区“好吃不好看”的问题仍然突出。

“尤其在我国南方,如果要改良当地水稻品种的蒸煮食味品质,一个有效策略就是降低稻米的直链淀粉含量。但这样一来,稻米的透明度就会降低,导致长出来的米不好看。”刘巧泉解释道。

为此,团队提出了利用优异基因“多管齐下”的品质改良策略,即从淀粉、香味、蛋白质含量等多个角度进行综合考虑,利用育种技术将相关优秀基因组合到一起,从而实现稻米品质和外观品质的双重提升。这为我国优良食味水稻新品种培育提供了重要基因资源和技术路线。

稻田里走出振“芯”路

金秋十月,稻香四溢,江苏丰庆种业科技有限公司的良种繁殖基地处处“丰”景如画。“今年又是一个丰收年。”该公司总经理魏昌吉满脸笑容。

2019年,江苏丰庆种业科技有限公司在当地农业部门的牵线搭桥下,选择了团队自主研发的水稻新品种“广陵优粳”进行试验种植。试种后,该品种不仅实现高产、稳产,其外观和口感也得到广泛认可,并成功在2021年实现了品种转让。目前其已成为该公司的“当家花旦”,深受市场欢迎。

团队成员之一、扬州大学农学院教授汤述翥告诉记者,该品种选用高产品系“2661”作为底盘品种,并成功导入条纹叶枯病抗性基因、蜡质基因等多个优质基因,实现了产量和品质的提升。整个过程耗费十年之久,可谓“十年磨一剑”。

目前,该品种已在安徽通过了引种试验,在江苏、安徽等省份推广应用15万亩,并展现出年推广30万亩以上的潜力,促进经济效益增加3000万元以上。

一个新品种的问世,背后往往需要付出数十年的心血。为了与时间赛跑,团队成员定期往返于扬州和海南的南繁基地之间,利用不同地区的自然条件对研究材料进行异地异季加代繁殖。年复一年,南北迁徙,他们也因此被亲切称为“候鸟科学家”。

“育种不是一蹴而就的,而是一个长期坚持的过程,要脚踏实地,肯吃苦、多下田,更要紧密结合生产实践,真正把实验室的成果转化为农田里的硕果。”刘巧泉总是这样对学生说。

多年来,团队相继育成了包括“广陵香粳”“陵风优6号”“广陵优粳”等在内的10多个水稻高产优质新品种,并在大面积生产中得到推广与应用。团队始终在为我国粮食安全和产业的可持续发展竭尽全力。

“农业现代化,种子是基础。未来,团队将加快种源‘卡脖子’技术攻关,培育更多突破性优质新品种,把‘种业芯片’掌握在自己手中,为端稳‘中国饭碗’持续贡献力量。”刘巧泉说。

《中国科学报》 (2024-11-11 第3版 综合)
 
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