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探访南农大土桥水稻实验基地 代代选优十年一剑,良种是“考”出来的
2021-09-29 08:42:00  来源:中国江苏网  
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中国江苏网讯(记者 王 拓)9月23日是中国农民丰收节,《科技周刊》记者来到了南京农业大学土桥水稻实验基地,走近由中国工程院院士万建民教授领衔的南农大水稻遗传育种专家团队。这里是作物遗传与种质创新国家重点实验室,同时也是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,培育出了宁粳系列水稻新品种,曾摘得国家科技进步一等奖和国家科技发明二等奖。

该实验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。目前,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。

基地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”。

黝黑的皮肤是水稻育种人的共同特征,当他们戴着大帽檐的草帽往稻田里一站,恐怕没有人能将他们与当地农民区分开。与农民不同的是,这群教授念兹在兹的都是“品种、组合、品系、株系”……与一般的水稻农场不同,到了秋收时节,这里便形成跟俄罗斯方块相似的水稻迷宫。

要在浩如烟海的水稻品种中,选出两个有他们心仪性状的亲本,团队成员、教授级高级实验师刘喜带着记者穿过一片稻田,在一片水稻丛中停住。他伸手拿开原本套在一株水稻上的牛皮纸袋介绍,这是他今年的育种方案之一,他打算培育一种抗虫又高产的水稻,这些性状既有质量性状又有数量性状,父母本的组合被他用记号笔详细记在牛皮纸上以便区分。

杂交育种最精细程序是给水稻“绣花”——先用剪刀剪颖、剪开颖壳,再去掉花药,母本水稻的每一粒花药都要去除干净,接下来就是授上心仪对象的花粉了。授粉最佳时间是每年暑假期间的上午11点至下午1点,这是一天中太阳最毒的时候。无论是教授还是学生,都要跟着水稻的脾气来。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。

“1个品种的培育至少要花上10年时间。”团队成员刘世家研究员说,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,顺利的话就要用10年。在得到杂交F1代种子后,一场真正的育种拉锯战开始了。和色泽鲜艳、形状多样的豌豆相比,水稻没有那么明显的外观特征,大部分稻子在成熟时期只有两种颜色,是绿色的叶子和黄色的稻穗。然而,每年都有几千个不同的水稻品种和组合等待鉴别,想要区分水稻品种只能用最“笨”的办法——做记号。

F1代结出的种子会参与下一轮播种,结出F2代种子,F2代种子也会在下一个秋天结出F3代种子……经过一代又一代的自交,杂合的水稻会逐渐趋于纯合,那些不符合要求的水稻品种会被留在地里,只有那些暂时符合条件的水稻才会被收割,由此,便形成了水稻迷宫。这样的选拔会一直继续下去。

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。

“江山代有良种出,各领风骚二十年”——良种是“选”出来的!去年新成立的南京水稻种质资源国家野外科学观测研究站以“固定品种,连续观测”为特色。在成立初期,他们选出从上世纪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,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”,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。

“表型技术和分子育种技术的发展,将大大推动育种进程。”团队成员刘裕强教授介绍,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。

从“吃饱”到“吃好”再到“吃得健康”,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品种和适宜高血压病人食用的富含GABA的品种,为吃出健康提供了可能。利用挖掘的抗褐飞虱基因,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号更是被农业农村部确认为超级稻品种,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的推广应用,为粮食增产、农民增收作出了突出贡献。

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责编:马燕 崔欣
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