种子是粮食生产的“要害”。一个个新品种是从一群“无名英雄”——种质资源中被培育筛选出来的。对种质资源的发掘与创新,是培育新品种的基础,也是驱动种业发展的根本。2020年度国家科学技术奖励大会上,中国农业科学院作物科学研究所王天宇研究员牵头完成的“玉米优异种质资源规模化发掘与创新利用”项目获国家科技进步二等奖。这项经历20多年的工作终于以国家奖的形式得到认可。近日,记者走进中国农业科学院,与王天宇研究员交流玉米种质资源背后的故事。
既要“多备菜”又要“备好菜”
“基础性、复杂性、长期性和公益性是种质资源研究的特点。”王天宇说。我国不是玉米起源国,种质资源多样性匮乏由来已久。
“巧妇难为无米之炊”。为了让育种家们有米为炊,收集尽量多且有用的资源,王天宇与同事们不辞辛苦。他们到玉米种质资源富集区“蹲点”,考察收集不同类型的种质资源;发明“项目带动入库”“荣誉证书”“瑞士银行制”新点子,从全国范围内征集代表性材料;打破封锁和壁垒,想方设法结合国际合作项目从美洲、欧洲、东南亚等国家引进资源,一直坚守在种质资源收集第一线。
20多年来,在王天宇团队的努力下,我国玉米种植资源的库存资源数量增加了110%,地方品种种族由9个增加到146个,国外种质资源占比从12%提高到28%。据王天宇介绍,新中国成立以来,经过几代人的辛勤收集整理,先后有3万多份玉米种质资源进入国家种质库保存,这些无疑是我国农业中长期发展不可或缺的至宝。
王天宇常对学生们讲,育种工作像炒菜,种质资源工作就像是“备菜”。多备菜、备好菜,炒菜才能色香味俱全。来自五湖四海的种子收集整理后,下一步就是鉴定它们的特性。项目组创建分子划分技术,使获得鉴定资源类群结果时间由一年缩短至15天,填补了11137份资源的杂种优势类群信息空白。他们还建立“病窝子”自然发病初鉴和人工精准评价相结合的玉米主要病害规模化鉴定技术配套体系,使抗病鉴定能力提高12倍,在新疆、甘肃、内蒙古,王天宇项目组搭建的玉米抗旱鉴定平台年鉴定能力较2000年前后提升了约20倍。
玉米种质资源的鉴定筛选是漫长、艰辛的,玉米生长表现的关键时节往往是一年中最炎热难捱的时候。王天宇带头在密不透风的玉米田中观察、记载、标记目标性状,一站就是一天,吃住田间是常态。王天宇还时常给工人们做饭,擀面条、烙饼、蒸馒头样样娴熟。
功夫不负有心人,项目组从13875份资源中发掘出抗病抗旱资源186份,为下一步的育种工作“备好了充足且可用的食材”。
让育种材料从“偏才”到“全才”
“玉米是全球竞争性作物,和发达国家比,我们许多研究工作起步晚、效率低,需要在培育新品种上不断下苦功夫。”王天宇认为,产量是玉米育种永恒的话题。我国玉米平均产量只有发达国家的三分之二,要占领玉米育种制高点,需要培育产量更高、抗性更强、利用成本更低的新品种。
将一个育种材料通过性状改良制成新品种,就是一个从“偏才”向“全才”的过程。分子标记、基因型鉴定,帮助育种家早日筛选出优异资源,应用于育种实践。王天宇项目组从筛选出的优异资源中挖掘产量、抗旱和抗病等相关主效基因78个,在此基础上创制出新种质46份。
利用这些新材料,王天宇项目组育成抗病抗旱高产新品种22个,其中18个品种抗病性突出、8个抗旱性强,17个区试产量超对照8%以上。截至2016年,项目组内培育品种已应用1.9亿亩。另据不完全统计,外单位利用项目组提供的优异种质资源育成新品种94个,累计应用3.8亿亩。
“当前市场上,对适宜机收籽粒的玉米品种需求越来越大。适应机械化的要求是我们近五年的努力方向。”王天宇介绍,他们已经制定机收籽粒品种的标准,其中产量、脱水率和抗倒性是三大关键。玉米机收籽粒对品种有特殊的要求,一般选择耐密、抗倒、后期脱水快的品种,通常要求收获时籽粒含水量在25%以下、倒伏倒折率之和在5%以下,产量不能低于当地主栽品种。
让种质资源主动走出“目录”走向田间
“前20年我们和国外研究所共享种质资源十分方便,他们会主动寄来我们需要的资源。如今,种质资源越来越成为各个国家的战略资源,态度更加谨慎,壁垒随处可见。可见关于种质资源储备的竞争愈发激烈。”王天宇表示。
在这种情况下,王天宇积极推动全国玉米种质资源共享利用。自2005年开始,王天宇项目组尝试举办全国优异玉米种质资源田间展示会。田间展示牌上标明了育种材料的提供单位,来自各个种质资源单位的新材料让下游育种单位“看得见、摸得着、可追溯”,关于玉米育种的技术、信息、新材料的交流十分火热。这种“把好材料种出来”的方式让优异种质资源为全国同行所知所用,得到业内普遍认可。
“在我国玉米主产区举办田间种质资源展示会是我们最先提出与实施的,目的就是变‘被动服务’为‘主动服务’,把种质资源更大范围推广利用起来。曾经需要种质资源的企业单位都要到一本官方目录上查找,然后去相关研究所申领,手续十分繁琐。如今,我们主动让这些种质资源走出‘目录’、种到田间,请社会各界、种业企业来参观比对,直观地选择自己需要的育种材料,且当场就能‘免费下单’。”王天宇说。
“要主动把乒乓球拍递到球员手里。”王天宇项目组迄今已无偿向全国科研育种教学单位及种子企业等分发共享玉米种质资源3万份次以上,辐射带动玉米学科整体进步。这种不计名利、一心为公的奉献精神广受业内称赞。
“未来希望玉米种业能建立更加坚实的全国协作平台,推动玉米种质资源有序、依法交流,和全国各个科研单位和企业共同努力,把几代人积累下来的优质资源充分利用起来。”作为国家玉米良种重大科研联合攻关专家委员会秘书长的王天宇,更加认识到只有团结起来形成统一战线,才能研制更多高效、绿色的新品种,全面提升我国玉米产业的国际竞争力,打一场漂亮的“玉米种业翻身仗”。
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