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河南定向育种高科技平台育种,山西省农科院作

本报讯能像工业生产那样,在实验室内设计出一个满足市场需求的农作物品种吗?4月14日,记者在省农科院了解到,该院刚成立的作物设计中心,为我省提供了一个利用现代生物技术进行农作物定向育种的高科技平台。

山西省农科院作物所依靠常规和高科技技术,培育出诸多优质农作物新品种 研究员比农民还累 上午9点半,气温已经上升到30多摄氏度,一股股热浪袭来。在这样的天气里,山西省农业科学院东阳示范基地的田地里,仍有许多忙碌的身影。7月18日,山西省农科院作物科学研究所段运平的“玉米种质改良与育种”课题组研究人员全副武装,草帽、长褂、长裤、手套……他们在玉米地里来回穿梭,给玉米一株一株地进行人工授粉。 “天气越热越要下地。”副研究员刘守渠正在玉米地里忙碌,面庞晒得黝黑,和普通农民别无二致。从6月下旬到8月上旬这段一年中最热的时期,他们最忙碌,因为这是给玉米人工授粉的最佳时期。他说:“花粉存活时间仅有6小时,授粉必须赶在9时至15时之间进行。玉米地里温度常常达35 以上,我们连续七八个小时弯着腰为玉米人工授粉,比农民还累。” 助理研究员郭峰演示了授粉过程。在每天8点半到9点温度适宜时,拍击、摇动前一天下午套上的授粉袋,让黄色花粉落入袋中,把它取下来,对准果穗,让花粉落到花丝上面,再把袋子密封。“看似简单的过程,我们要重复上万次。1个多月时间,课题组至少要做到套袋8万多个,授粉3万多株。”他说,授粉过程各种程序极其严格,要求果穗的花丝“两头不能见天”,才能不接触外面的空气,隔绝别的花粉,以保证材料的一致性和遗传的唯一性。 培育一个玉米新品系要选择几万个组合,授粉是培育良种至关重要的环节。特别是选出理想自交系以后,还要进行更为艰难的杂交种选育。面对众多组合,如何选定父本、母本,实现良种性状互补,都要对品系、品种精心筛选。一个新的品种,从开始选系到配制杂交组合,再到多年多点试验,通过审定,实现推广,需要近10年时间。 在试验基地,除玉米外,大豆棉花、向日葵、小杂粮等作物都采用这种常规育种方式。常规育种最大的优点是无需精密仪器,无论是设备优越的中央单位,还是条件相对差的地方科研单位,都可以利用这个方法进行新品种选育。 科技、常规两不误 当玉米等作物还在田间授粉时,小麦已经收割,进行分类装袋。 在作物所分子育种实验室,记者看到课题组副研究员李欣正带领一帮人在工作,他们正在给小麦脱粒、装袋、做标签。他说:“每一袋小麦材料有着自己的 家谱 ,把哪个麦穗放错了袋子,或者把标签贴错了,整个实验就会前功尽弃。” 在常规育种的基础上,小麦分子育种课题组还采用了分子育种技术。“分子育种是将分子生物学技术应用于育种中,通过分子标记、基因定位等方法确定基因位点,之后将有效基因导入现有材料中,从而培育出符合预想要求的新品种。”作物所研究员畅志坚介绍。 8月3日,在作物所实验室里,工作人员用移液枪将从叶片中提取的一个个DNA移入PCR板中,准备鉴定分子标记。“借助高通量分子标记检测平台,一天可做2000个DNA数据点,高效又准确。”畅志坚说,分子育种已成为国际作物育种主流,通过分子标记辅助选择,育种专家可以精准育种,选出产量高、品质优、适应性强的麦种。 “每个基因序列中的分子标记就如同高速路上的指示牌,标记性状一目了然。”李欣说,分子育种有利于提高育种工作效率,在提高产量、改善品质、增强抗性等方面具有非常大的潜力。随着生物芯片开发、基因组测序等技术的发展,分子技术将更深入的融入到育种当中。 畅志坚介绍,分子育种通过基因的直接选择和有效聚合,可大幅度提高育种效率,缩短育种年限,实现“精确育种”。比如,常规育种需要7代至8代才能选出育种材料,分子育种能缩短到3代至4代,育种周期缩短为原来的1/2至1/3。 作物所将现代植物染色体工程技术、基因组学的原理和方法与传统的方法相结合,为我省小麦遗传改良提供基因资源及重要信息,为现代小麦产业的形成和可持续发展提供基础和保障。 强力撑起现代农业 无论是在被太阳炙烤着的田地里与作物亲密接触,还是在实验室中潜心钻研分子育种技术,省农科院作物所的广大科研人员数十年如一日,兢兢业业坚守在岗位上。 “近年来作物所有多个品种成功转化,我们也越来越有信心培育出更好的玉米新品种。”刘守渠介绍,玉米课题组先后主持和承担国家级项目4项,省级项目20多项,获得奖项7项,先后培育出并单1号、并单5号、并单16号、华美368、华美468等优良玉米品种20个,很多品种技术转让给种业公司,给单位、公司和农民带来了很大的经济效益和社会效益。其中并单6号、并单16号作为我省特早熟区的对照品种,在生产上发挥了很大作用。 作物所与电子科技大学、四川农业大学合作完成的“小麦种质创新的细胞遗传学机制及外源抗病基因分子鉴定”曾获2012年度山西省自然科学奖一等奖。在国家自然科学基金委公布的2016年国家自然科学基金项目评审结果中,山西省农科院小麦遗传与分子育种山西省科技创新团队的“小麦-偃麦草创新种质CH7086中抗条锈基因Yr69的精细定位”和“小麦产量性状基因TaMYB-7A功能鉴定及其调控机制研究”均获得国家自然科学青年基金资助。 “十二五”期间,省农科院有246个农作物新品种通过省级审定,占全省审定品种的48.7%,39个品种通过国家审定,28个品种获国家植物新品种权。为扩大农业科技成果的覆盖率、到户率和应用率,推动全省现代农业发展,省农科院先后组织实施了农业技术推广示范行动、成果转化示范工程、粮食作物科技支撑计划、杂粮科技振兴计划等,项目实施以来,在水地小麦、旱地谷子、酿造高粱、旱地甘蓝、脱毒马铃薯等多个作物上创出高产纪录,效益显着,为全省特色现代农业转型跨越发展提供了强力科技支撑。 本报记者 周慧芳 实习生 庞明钰

“中心主要负责农作物分子设计育种。简单地说,就是变传统的随机育种模式为现代的定向育种模式。”省农科院作物设计中心的李玮博士告诉记者,传统育种模式主要依靠专家长年积累的经验,辅以生物统计方法,需要育种专家在田间做大量繁重的杂交组合配置和筛选工作,往往几千个组合中才能选出一个想要的组合。人们常说十年育一种,运气不好的话,有的人可能一辈子也找不到一个满意的品种。

“作物设计中心主要使用基因克隆、分子标记等现代技术,可以根据市场需要,在实验室内定向选择如抗病虫害、抗旱等作物性状,在农作物生长发育早期进行高效、精准的育种。”李玮说,运用这些现代技术显着缩短了育种周期,提高了育种过程、结果的可控性,极大地提升了农作物育种效率。

据了解,该中心目前着力开展小麦玉米油菜棉花等主要农作物的分子设计育种和功能基因组学应用研究,积极开展现代育种新技术、新方法的探索。随着平台的进一步建设,还将为培育超级农作物新品种提供技术支撑,提供育种技术推广服务。③12

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