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讓百姓“有得吃”“吃得飽”“吃得好”

  • 發佈時間:2015-02-16 01:31:13  來源:科技日報  作者:佚名  責任編輯:羅伯特

  □ 通訊員 許天穎本報記者 張 曄

  2月10日,由國家科學技術部基礎研究管理中心等部門組織的“2014年度中國科學十大進展”揭曉,南京農業大學萬建民教授課題組研究成果“闡明獨腳金內酯調控水稻分蘗和株型的信號途徑”入選,並位列“中國科學十大進展”首位。

  二十年磨一劍。萬建民教授團隊深入發掘出水稻廣親和、早熟和顯性矮稈基因,開發相應分子標記和育種技術,成功培育秈粳交高産水稻新品種,解決了中國百姓不斷提高的食品需求: “有得吃”“吃得飽”“吃得好”。

  研究聚焦糧食安全,推動了中國乃至全球農業和生命科學領域相關研究的最新進展。獎項、名譽的光環之外有著怎樣的科研堅守?在可以預見的下一個十年,團隊的科研將往何處去,這期間會涌現多少科研新星綻放光彩?帶著這些疑問,記者採訪了萬建民教授團隊。

   破解“秈粳交”雜種優勢有效利用難題

  由於氣候條件的差異,我國的水稻産區呈現“北粳南秈”的分佈態勢,即北方稻區以種植粳米為主,南方稻區則多種植秈米。研究表明,相比“粳粳型”或“秈秈型”亞種內雜種,水稻秈粳亞種間雜種具有強大的雜種優勢,一畝地增産達15%—30%。但秈粳雜種存在育性差、結實率低、植株偏高、易倒伏等問題,限制了秈粳雜種優勢的有效利用。

  萬建民教授團隊此次獲獎的項目就是圍繞這一問題展開,經過20多年的科研攻關,將上述難題一一攻克。一是發掘出17個不育位點及廣親和基因,併發明相應分子標記,聚合廣親和基因,創制廣親和恢復係和粳型親秈不育係,組配的秈粳交組合結實率穩定在85%以上,有效解決了秈粳雜種半不育難題。二是發掘早熟基因,提出基於感光基因型和光鈍感基因的分子設計方法,設計最佳育種方案,獲得理想熟期的秈粳交新組合,解決了秈粳雜種超親晚熟問題。三是發掘顯性矮稈及株型關鍵基因,克隆半顯性矮稈基因,闡明其控制株型的作用機理;克隆控制株型關鍵基因,明確其作用機理;開發相應分子標記,為培育秈粳交理想株型奠定基礎。

  簡而言之,就是圍繞水稻的育性、熟期和株型,通過對攜帶優質基因分子的挖掘、標記,再重新聚合的方式,培育出高産優質的秈粳新品種。項目組趙志剛教授告訴記者,與傳統的育種手段相比,分子標記聚合技術的優勢主要體現在兩個方面:一是可以將水稻培育週期縮短1—2年,加快了培育速度;二是提高了聚合優良水稻性狀的準確性,是一條有效克服“秈粳交”雜種優勢有效利用難題的技術途徑。

  通過構建分子標記聚合育種技術體系,萬建民教授團隊綜合秈粳水稻品種的優勢,從秈粳雜交後代中選育出粳稻品種3個,其中“寧粳3號”和“寧粳4號”分別被農業部評為超級稻新品種和超級稻主導品種。就目前品種通過情況來説,推廣面積超過100萬畝的水稻就是“大品種”,據不完全統計,“寧粳3號、寧粳4號”在全國的推廣面積已累計超過2000萬畝。

  團隊還通過聚合廣親和基因和早熟基因,培育廣適強優恢復係W107,組配的協優107和Ⅱ優107分別通過國家和安徽省審定,2006年協優107在雲南省永勝縣1.13畝上創畝産1287公斤的世界最高記錄。

  從“有得吃”到“吃得飽”,再到“吃得好”

  水稻的抗性、産量以及品質,是萬建民團隊的科研關鍵詞,這也對應著中國百姓不斷提高的食品需求:首先得“有得吃”,其次要“吃得飽”,溫飽之後,是如何“吃得好”。

  位於長江中下游的江蘇,是富足的魚米之鄉,“有得吃”似乎不應該成為問題,但由於缺乏廣譜抗性品種以及氣候等多種因素,導致病蟲害發生頻繁。例如2004年,由水稻害蟲灰飛虱介導的條紋葉枯病在江蘇大面積暴發,發病面積達2300多萬畝,絕收面積7.8萬畝,對水稻生産造成嚴重損失。萬建民教授團隊與江蘇省農業科學院等水稻育種單位協作攻關,建立了規模化水稻條紋葉枯病抗性鑒定技術體系,進行抗條紋葉枯病水稻種質與基因/QTL挖掘,創建了抗條紋葉枯病分子標記育種技術體系;選育系列抗條紋葉枯病高産優質水稻新品種,實現了南方粳稻區的快速應用,有效解決了我國南方粳稻區受條紋葉枯病危害的難題。“抗條紋葉枯病高産優質粳稻新品種選育及應用”成果因而獲得2010年國家科技進步一等獎。

  圍繞水稻抗性基因研究,團隊的科研攻關步伐並未停止,2014年成功克隆出第一個水稻抗條紋葉枯病基因STV11,並闡述了該基因的功能,成果在2014年9月10日國際權威刊物《自然通訊》上線上出版。在水稻抗褐飛虱研究上取得重要進展,克隆了水稻抗褐飛虱基因Bph3,並闡明瞭該基因的功能,2014年12月8日,國際權威刊物《自然生物技術》線上出版。劉裕強副教授告訴記者,“過去依靠分子標記的選育抗病蟲品種,相當於只知道抗病蟲基因在哪座城市,而現在知道了抗病蟲基因門牌號碼,將可以實現抗病蟲品種的精確選擇,育種效率更高,更可靠,進度更快。”

  有米吃了,什麼米才叫好吃?什麼人群適合食用什麼稻米?這成了萬建民教授團隊近年來研究的又一突破口。2004年,萬建民教授受任“全球營養強化項目”負責人,開始針對大米的多樣化需求,培育適合特殊人群食用的大米。如針對腎臟病人開發谷蛋白含量低於4%的低蛋白大米,針對糖尿病人研製的不容易轉化為糖的“高抗性澱粉”大米,此外,還在提升大米的口感和營養品質上下工夫,包括改變大米的粘性、彈性和韌性,提升大米中營養營養元素的含量,適應現代人個性多樣的主食需求。

   “想偷懶的學生,不敢來我的團隊”

  1月10日,開完國家科技進步獎表彰大會的後一天,和無數個平常的週末一樣,萬建民搭乘當天最早一班航班,回到南京,剛下飛機就一頭扎進了實驗室。在學校門衛師傅眼中,萬老師此行回寧,和往常一樣的腳步匆匆,一樣的表情嚴肅,唯一不同的,只是手裏多了個大紅本本。

  因為身兼中國農科院作物研究所所長的職位,萬建民與南農研究生們溝通的時間放在了週末,“週六最早航班回寧,週日最晚航班回北京,這樣的節奏一週都沒有打破,我的日程表中,沒有‘週末’這一説。”

  2013年12月以來,短短的一年多時間,萬建民教授團隊在影響因子9以上的國際權威期刊相繼發表重要論文,文章的第一作者大多是項目組的年輕教授、副教授以及博士研究生,萬建民為通訊作者。

  在外人看來,這是一支名副其實的科研高産夢之隊,作為團隊領頭羊,萬建民有著怎樣的帶隊經驗可供分享?“要進我的團隊,無非就是兩條,勤奮+興趣,興趣可以培養,關鍵是勤奮。想偷懶的學生,不敢來我的團隊。”

  萬建民看重的“勤奮”也對應著其帶隊作風的“嚴格”,除了每週抽出固定的時間和學生溝通科研進展外,在他的課題組,對科研進展的定期彙報必不可少,博士生平均一個月一次研究彙報,一年平均兩次實驗室全體成員的集中彙報,這個“規矩”雷打不動。

  萬建民看重“言傳聲教”,自我要求的嚴格正在慢慢影響他的學生,這也深得其在日本京都大學攻讀博士時的導師池橋宏先生的衣缽。“我的博士論文被池橋先生改動了25次,每一次都是在我的列印稿上親筆修改,大到內容數據,小到文字語法,25天每天一稿,這令我深受感動。”

  在導師的影響下,萬建民課題組的成員也都在這片可遇不可求的科研農田上,明確了各自的版圖,數十年如一日地躬耕不輟。

  對於未來的研究方向,萬建民方向明晰,“純碎象牙塔的研究是不會産生認同的,我們團隊要做的就是緊緊圍繞國家經濟發展和社會重大民生需求,去攻關、去開拓,真正惠及這片土地上的農民百姓。”

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