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一粒水稻良种是这样育成的
发布日期: 2023-02-15 10:06  访问量:       来源: 仪征市科协        保护视力色:

2022年4月,习近平总书记到海南考察,来到国家南繁科研育种基地的“大脑”——三亚市崖州湾种子实验室。总书记说:“只有用自己的手攥紧中国种子,才能端稳中国饭碗,才能实现粮食安全。”

南繁,大批农业工作者周而复始的迁徙之旅。每年9月到翌年5月,他们从各地来到海南,利用这里独特的热带气候条件,开展作物种子繁育等一系列科研活动,“南繁”之名由此而来。

眼下,正是南繁时节。让我们跟随一粒水稻种子,去观察从创制材料到育种、制种,它将会经历怎样的成长历程。

取样——海南三亚

10年辛苦才出一个好品种

有的刚刚播种还是秧苗,有的绿油油在抽穗,还有的已经金灿灿待收割了——走进中种集团三亚南繁基地,你可以一睹各个生长阶段的水稻。

“海南的优势是光温资源充足,我们在这里每一两个月就要播种一次。”中种集团水稻育种助理石义涛是庄稼地里的好把式,“农民会的,我们都会;农民不会的,我们也懂。”


一年的工夫,他像照顾小孩一样守着试验田,宽宽的脸庞晒成了古铜色。“每天勤浇水细观察,防螺防鸟防老鼠。就想让每株苗都发芽,茁壮成长。”石义涛说。

风大、雨大、太阳大,这是南繁人对当地气候的概括。

烈日下播种,有时,半天工夫要躲四五次雨。每逢下雨,石义涛都提心吊胆:苗小的时候,怕大雨一来,把营养土冲起来,把苗给冲走了;水稻长一点,赶上台风,田里积水60多厘米,就剩个穗头在水面,顶风冒雨一次次蹚水排涝,“危险不怕,啥都没有保住苗重要。”

试验田一角,铁皮围挡深深扎进土里,一小块稻田受到了特别照顾。“专门防鼠的,怕啃材料。”石义涛轻轻拉开铁皮小门,走过一段田埂,翠绿挺拔的秧苗映入眼帘。

“这些是导入低镉基因的育种材料R1607,已经是分蘖期了。”石义涛说着弓下身,用镊子取下一片片叶片,长约1厘米,小心放到深孔板里,“希望一次取样就能成功。”

从2021年夏天到现在,这批材料已在海南连续种了三季,加上2020年冬天在海南的一季、2021年初在湖北的一季,两年多时间不断杂交、回交、自交,已经5代。实验室初检数据表明,低镉基因的遗传性状已然在后代里显现。

“如果复检数据没问题,成熟以后就可以从这2000株里挑选长势最好、实验室基因数据最优的一株试制种了。”石义涛说。

就挑一株,会不会太少了?

“你可别小看它,结实率很高,一株也有一两千粒,稻穗有半条胳膊那么长。这也是水稻品种荃优607受市场青睐的原因。”

“如果把荃优607比喻成一个优秀的‘宝宝’,那R1607就像一名出色的‘父亲’。”中种集团水稻测试总监周华说,R1607不仅聚合了8个稻瘟病抗性基因、3个抗倒伏基因,还聚合了纹枯病抗性、耐寒、耐淹、氮高效基因及17个产量基因。现在导入低镉基因后,水稻即便在镉含量超标的田里种植,对镉元素也是低吸附或者吸收不敏感。

育成荃优607这样的优良品种,需要多久?

“从选育到审定品种,用了整整10年!”荃优607的研发团队负责人、中种集团水稻育种总监郑瑞丰说,创制新材料不确定性很大,“先后做了52个杂交组合,最终只育成了R1607这一个。”

研发团队紧接着将导入抗白叶枯病基因、抗稻飞虱基因、香味基因等,不断进行升级改造,让R1607成为全能冠军,这样“生”出来的“宝宝”会更优秀。育种最难的是什么?

郑瑞丰这样回答:表现“杠杠”的品种,放到其他地方试种,就可能出现一些意想不到的情况,比如不抗高温,不抗低温,有时候不抗倒伏,不抗某一种病,或者对某种气候比较敏感,“这会让之前所有的付出和投入都归零”。

前期研发,难是难,但心还不太悬着,一旦进入大面积生产,心里的弦就绷得紧紧的,推广面积越大,越担忧。“如果农民粮食歉收,我们会寝食难安的,收获的时候,才会如释重负。”郑瑞丰说。检测——湖北武汉

育种专家戴上“基因眼镜”

湖北武汉市,中种集团生命科学技术中心基因分型实验室,从三亚基地送来的低镉样本,终于迎来关键的实验环节——提取DNA遗传物质,进行基因分析。

实验室负责人张小波轻敲按钮,震荡仪、离心机、PCR仪器相继运行。数据显示:差异位点的回复率是88.7%,全基因组水平的回复率达到97.5%。

这些数据意味着什么?“这说明低镉基因确实稳定遗传到了R1607的后代里,升级版的R1607成熟之后可以开启新的试制种流程。”张小波解释。

“育种过程中,实验室与试验田紧密联动。”中种集团科技中心技术平台部副总监叶荣建说,低镉基因导入后的遗传表现靠经验难以观察,“镉元素是不是吸附到水稻籽粒里面了,肉眼根本看不出来。”

“当初创制R1607的时候,分子生物育种技术刚开始,我们走的是传统杂交育种结合分子育种辅助选择的路子。现在分子标记做检测、基因组育种技术已经很普遍了,这就好比给育种专家戴上了一副能够透视基因功能的眼镜。”郑瑞丰说,未来的智能育种,依托人工智能、大数据、生物技术,将更高效更精准。

当然,这副“眼镜”功能的强大,有赖于基础研究的突破。“低镉基因导入之所以两年多就有了结果,是因为对低镉基因功能序列已十分清楚。”叶荣建介绍,水稻预测约有5万个基因,目前克隆并清楚功能的约4000个,一个基因的功能认知可能要花费好多年,未来的路还很漫长。

“实验室不仅承担检测分析任务,也在探索基因奥秘。”种子管理员聂东明推开厚重的安全门,保存着10多万份水稻材料的种质资源库呈现在眼前。在这里,4摄氏度的温度下,种子进入休眠状态,可以安全储存5-10年。

周华说,种质资源库是创制育种材料的宝库。当年,袁隆平院士就是在三亚发现了野生水稻不育株“野败”这一特殊材料,才实现了杂交水稻育种的突破。

R1607在抗稻瘟病上取得突破也有种质资源库的功劳。“当时,我们正对抗稻瘟病的技术进行突破,听说中科院发现了一个基因,抗性很强,但育种专家手头没有这个材料。我们就到种质资源库去搜索,竟然找到了原始材料。”郑瑞丰介绍,用这个农家品种去跟籼稻品种杂交、回交,育成了一系列含有抗稻瘟病基因的材料。

“自然界的东西如果丢了,未来你想用的时候,可能就找不到了。种质资源库的重要性,现在大家有了越来越深刻的体会。”郑瑞丰说,在还不清楚它的价值、没有挖掘出种质资源优点优势的时候,就是一种源头上的保护。

周华介绍,中种集团与崖州湾种子实验室面向全国一流的科研院所和高校联合发榜,产学研联动整合基因资源,仅水稻领域就有10多个课题。除了低镉基因的进一步合作研究,还有抗除草剂、抗稻曲病等方面的合作。“目标是让优良的水稻品种浑身都是宝。”

制种——海南东方

制种1亩地能供100多亩大田用

“燕梅,扔把苗给我!”“好,接着!”符燕梅头也不抬,一束青嫩的水稻秧苗脱手而出,飞过八九个躬身劳作的妇女,在水田上空划出一道弧线,精准“投送”到曾亚蓓身旁。

2月3日,海南东方市感城镇,春节后制种水稻插秧已经忙了一周多。村民们配合熟练,大田里插秧你追我赶,不时传出阵阵欢声笑语。

这样忙碌欢快的场景,在制种过程中时常出现。整个制种过程,最吸引人的要数抽穗扬花,也叫赶粉。

天空放晴,温度升高,稻田里的父本和母本材料开花吐蕊,淡黄色的小花点缀着浅绿色的稻穗在微风中轻轻摇曳。40米长的绳子,呈一道弧线悬在稻穗上。两名工人各执一端,快步平行向前走,绳子所过之处,稻穗碰触,雄蕊抖动,花粉飘向母本雌蕊,霎时田间荡起道道浅黄的粉雾。

海南农乐南繁科技公司总经理王仕明介绍:“育种是带一包种子来,背一包种子回去。制种可不一样,制种1亩地能供100多亩大田用。”

制种流程多,要倒排工期播种,让父母本花期相遇。比如,荃优607的父本播种到开花需要100天,母本需要80天,所以父本要提前20天播种;之后不断观察叶期,分析花期,有时候还要通过水肥等进行调节,确保花期相遇。

“人工赶粉能提高杂交水稻的结实率。”王仕明介绍,多年前,来自江西萍乡市的“制种大军”在海南曾有10万人之多。近些年,国家振兴种业,萍乡也出台了制种大户补贴叠加种粮补贴等举措。受此鼓舞,不少在海南制种的江西农民已返乡发展。

“育秧插秧,抽穗授粉,收割晒种,选种包装,我打小就会。”王仕明跟着父辈到海南制种已经20多年了,皮肤晒得黑红,讲起话来慢条斯理。他所在的东方市2022年被认定为国家级制种大县,百万亩感恩平原土地肥沃,“冬季制种每年12月底开始,第二年4、5月收种,刚好是长江中下游地区下秧的时间。”

受地租和人工成本上升影响,海南水稻制种一直在西移,从最初的三亚市转到乐东黎族自治县,又转向东方市。“东方每亩土地流转年平均1300元,而在三亚早都超过了3500元。”王仕明说。

2022年9月中下旬,当中种农业科技公司生产部副经理文民操收到紧急任务,荃优607海南制种面积从原来的六七千亩一下子提到2万亩以上时,他脑袋嗡嗡响,到哪去找生产商和生产基地呢?

中种实行订单制,每年都会下计划给遍布全国的生产商和专业队伍。但冬季内地农时已过,难以制种;海南虽然可以制种,但又是冬季瓜菜季节,空地少,地租高,交种时间早,一时“抢基地”有些激烈。

多亏了王仕明多方联络,文民操仅用一个星期,6000亩地就达成意向,总算喘了口气。“制种大县支持生产加工仓储包装物流一体化,政策利好下,我们同当地生产商签订了生产供应链一体化合作框架,就地生产就地包装发往市场,卖不完的还可以就地储存。”

一切努力都是值得的。

在长江中下游,尝到甜头的农户,早早就惦记上了好种子。在湖北省枣阳市吴店镇施楼村,种粮大户陈帮国种完冬小麦,三两天就给吴店镇的种子经销商邱云泽打次电话。

“好种子抢手啊!当初试种荃优607的时候,还是老邱找上门来推销,他打了保票,说种不好赔我产量。结果一亩地多打了两三百斤稻谷,我高兴地请老邱吃了饭!”陈帮国说。“前期打造样板田展示,收割测产都请大户去现场观摩,让更多农户看到品种对比优势。后期收集高产农户信息,制作宣传海报,苗期到抽穗的时候,还组织看苗会,扩大影响力。”说起好种子的推广经验,中种集团湖北区销售副经理王汉勇滔滔不绝。

希望的田野,季季接续,一粒良种的故事还将被不断讲述着。

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