走进广东省农业科学院水稻研究所(下称“水稻所”)位于广州白云区的实验基地,映入记者眼帘的是两幅完全不同的景象:似火的太阳下工作人员正在试验田里检查整齐的水稻;一旁的大棚中,一丛丛杂草似的植物养在花盆里,地上已长出薄薄的青苔。
“虽然看着不同,但地里的和盆里的都是水稻。”水稻所首席科学家王丰笑着告诉记者,每一个花盆中都保存着不同的野生稻品种,它们共同组成了全国规模最大的野生稻种质资源圃——国家种质广州野生稻圃。一盆盆看似不起眼的“杂草”,凝结着数代育种研究人员的心血,也蕴藏着粮食安全的“密码”。
“广东在优质稻等领域的育种水平处在全国领先地位。”省农业农村厅相关负责人表示。除了籼型常规稻大规模用上“广东芯”,在杂交稻、“海水稻”等领域,广东也取得了丰硕成果。
●南方日报记者 邵一弘 王彪 见习记者 许宁宁 通讯员 马静
杂交稻产量高,但“卡脖子”的问题是“不好吃”。其中难点就在“水稻杂交三系配套中的不育系”,如何让不育系同时集成各项优质特性,成了王丰团队育种攻关的课题。
1996年,王丰开始着手研究食味佳、产量高的杂交水稻品种。凭借多年的种植和科研经验,他带领团队选定了华南广泛应用的保持系“博B”与米质较好、抗稻瘟病的常规品种“浙9248”进行杂交,育成聚合了米质、抗性和适应性的优良保持系。虽然进展喜人,但王丰团队认为,材料的食味与粒型尚未达到设计的育种目标。因此,团队再挑选食味外观较好的优良材料“米30”进行复合杂交,使“米30”的优良基因进一步与材料聚合,再经连续的回交与转育,终于在2007年培育出优质不育系“泰丰A”。“将带有目标性状基因的不同亲本通过分步杂交,逐步使所有目标性状基因聚合到同一个材料中去,这种方法被称为分步杂交聚合。”王丰介绍。
此外,为保证新品种在不同种植区表现良好,可以应对不同地区的生态条件和稻田病害,团队10余年来往返于广东、江西、湖南等水稻产区,选择病害严重的地点,对早期世代的育种材料进行往返育种。这样,“泰丰A”就对各地的病害都产生了良好的抗性。“这种方法被称为穿梭育种。”王丰解释道。
分步杂交聚合和穿梭育种两项技术的综合使用,使培育出的“泰丰A”粒型细长、整精米率高、垩白少,实现美观美味的同时保持了杂交稻高产的优势,亩产较普通稻高10%—20%。同“泰丰A”配套组合的优质杂交稻,已有42个品种通过国家或省级审定,其中,15个次品种获国家和省级优质稻食味鉴评金奖和银奖。8月30日,王丰领衔的《杂交稻优质不育系泰丰A的创制与应用》项目斩获“海大杯”广东种业科技创新大比武总决赛冠军。
“泰丰A”的成功,反映出水稻育种的三大主题:高产、优质、抗病。然而,新品种的培育成功,不代表此后可以高枕无忧,客观情况的变化不断给育种提出新的要求。
比如广东水稻的主要病害稻瘟病和白叶枯病,一直在不断变化,因此要求水稻的抗病能力也要跟上。同时,人们的消费理念也在变,以前广东消费者喜欢颗粒小、口感硬爽的“虾仔米”,现在口感软糯的五常大米也广受欢迎。
外部环境瞬息万变,若育种专家预判不准,数十年辛劳恐付诸东流。近年来分子育种的出现,则为提高育种效率提供了全新思路。
无论是传统方式育种,还是分子育种,研发新品种的基因“材料”往往来自野生稻资源。因此,育种开始之前,团队往往需要跋山涉水,搜罗适合育种的野生稻材料,花费时间可达数十年。随着国家种质广州野生稻圃建设的不断完善,这一情况得到了改善。
目前,国家种质广州野生稻圃已扩建至6.3亩,设置普通野生稻、药用野生稻、疣粒野生稻及外引野生稻四个保存区,保存材料超过7000份。“比如,在药用野生稻区保存的材料中,我们已经发现抗稻瘟病和白叶枯病的关键基因。未来,如果病害再发生变异,我们可以及时利用这些基因,加速育种研发进程。”王丰说。
此外,在种质资源恢复方面,国家种质广州野生稻圃也逐渐发挥出相应的作用。王丰回忆,团队在调研中曾发现,一些重要的野生稻自然保护区出现了退化的情况。近年来,通过培养移植野生稻圃中保存的种质资源,这些保护区已经逐渐恢复了往日的样貌。水稻所相关负责人介绍,“除此之外,保存的种质资源在未来还有更多应用场景等待发掘。”水稻所相关负责人说。