为水稻育种提供优良基因(科技视点·种业科技自立自强⑥)
程在全团队成员殷富有在田间做实验。
刘佳政摄
一路蜿蜒,记者驱车来到云南省元江县,在围着篱笆的国家普通野生稻元江保护区门前停了下来。在保护区的一处水塘前,记者看到了外形酷似杂草的野生稻。
野生稻未开花前长得很像杂草,结穗后才容易区分。在科研人员眼里,野生稻是难得的宝贝:深入挖掘其中的有利基因,对提高水稻产量、保障粮食安全具有重要意义。
野生稻是水稻的祖先,全球共有20余种,中国有3种,即普通野生稻、药用野生稻和疣粒野生稻。云南是全国仅有的两个同时拥有3种野生稻的省份之一。20多年来,在云南省农科院研究人员的接续努力下,云南野生稻的保护与研究成效显著。
摸清家底,科学保护野生稻
“在漫长的自然选择中,野生稻形成了极强的环境适应能力,保留了抗病、抗虫、抗旱等有利于栽培稻改良的高产基因,对水稻品种改良具有重要价值。”云南省农科院研究员戴陆园告诉记者。
随着经济社会的快速发展、气候环境变化以及农业种养方式的转变,云南野生稻原生境面临被破坏的风险。
“有些老百姓把野生稻当杂草,用除草剂直接除掉;有些地区修建机场、水库,破坏了野生稻的生存环境。”每每看到这些场景,戴陆园都很痛心。
为尽快摸清云南野生稻的家底,上世纪90年代以来,戴陆园和同事程在全等科研人员多次深入调查,了解野生稻资源的分布情况,对已发现的野生稻种资源开展原位保护、异位保护、活体保存、DNA及其基因组文库保存,建立起多层次的立体保存保护技术体系。
在野生稻保护过程中,戴陆园团队创造性地提出“植物篱笆”的保护方法。国家普通野生稻元江保护区内,叶片带刺、体型高大的剑麻随处可见,成为阻隔人畜进出野生稻保护区的自然屏障。
“剑麻、刺合欢都是分布广泛的本土植物,它们生长着坚硬的针刺,是构建保护网的天然之选。”戴陆园说,“植物篱笆”在防止人畜进入的同时,还能有效防止水土流失、保护野生稻原生境的生态,从而保持野生稻种质资源与周围环境的互作,让野生稻自然生长。
近年来,云南已先后在元江、景洪、耿马等地建立了普通野生稻、药用野生稻、疣粒野生稻种质资源原位保护示范基地,野生稻居群明显增加。
2020年11月,经农业农村部批准,依托云南省农科院的国家高原野生稻种质资源圃勐海基本圃开工建设,计划今年6月投入使用。建成后,该资源圃将具备保存5000份野生稻的能力,为保护云南野生稻种质资源提供有力保障。
精准鉴定,筛选优异种质资源
普通野生稻叶片细长,形态匍匐,对白叶枯病、稻瘟病的抗性强;药用野生稻叶片宽大,茎秆粗壮,抗虫害能力强,高产潜力大;疣粒野生稻外形像小竹子,抗旱能力强、对白叶枯病达免疫水平……研究云南野生稻21年,谈起3种野生稻的外形和特性,云南省农科院研究员程在全如数家珍。
“用好野生稻种质资源,首先要搞清楚它们相比栽培稻有哪些优良特性。”程在全说。精准鉴定野生稻种质资源的抗病性水平高低、产量潜力等特性,既要在实验室开展分子实验,也离不开大量的田间性状调查和鉴定评价试验。
以鉴定元江普通野生稻抗白叶枯病性状为例,科研人员搜集了国内外15种高致病性白叶枯病原菌,在不同的生态环境中分别对元江普通野生稻各株系进行抗病能力鉴定评价,发现所有株系对白叶枯病均呈现高抗特性。为了精准定位元江普通野生稻的抗白叶枯病基因,科研人员又回到实验室,利用前期构建的群体材料进行分子标记连锁分析、基因组测序,最终精准锁定其抗病基因。