育成环保稻种 破译耐盐密码
2007上海科学技术奖获奖名册上,水稻是最闪亮的“获奖明星”,一举摘得两项最高奖:上海农业生物基因中心主持的“水稻基因资源创新和分子育种技术”和中科院上海生命科学研究院完成的“水稻耐盐复杂数量性状的遗传机理及其应用研究”,分别获得上海市科技进步一等奖和自然科学一等奖。
让水稻高产又“环保”
水稻产量,关系百姓饭碗。上世纪50年代,我国实现水稻矮化育种,让水稻少长个,多长“肉”,产量翻番;70年代初,袁隆平等育成“东方魔稻”——世界上第一个杂交水稻品种,中国水稻亩产再翻番——每年增产300亿公斤粮食,多养活7000万人。
不过,高产的中国杂交稻,需要精耕细作,免不了“养尊处优”,常患有三高“症状”——高水、高肥、高投入。能否找到高产又“环保”的水稻新品种呢?在国家“863”、“973”项目支持下,上海市农业生物基因中心和合作单位展开了“水稻基因资源创新和分子育种技术”研究。
项目第一完成人,中心首席科学家罗利军指出,现代水稻“娇生惯养”惯了,丢掉了“先辈们”耐旱、抗病的“传统美德”,在缺水少肥的环境下,生产能力明显下降。为此,研究人员遍搜古今中外的150个水稻品种,与中国高产水稻杂交、回交,选留出14287个“特种”水稻株系。
它们“暗藏”许多历史悠久或远道而来的功能基因,表现出优质、高产、节水、抗病,或善于利用肥料等优良品质,组成了一座珍贵的水稻功能基因“资料馆”。水稻专家想要培养“喝水”少、产量高、不太生病的水稻新品种,只需直接拿来,就能“组装聚合”,大大提高育种效率。
目前,水稻功能基因“资料馆”和分子标记技术,已经帮忙创造出35份应用前景广阔的新种质,育成6个“热心环保”的水稻新品种,累计增加产值20亿元。
让盐碱地里风吹稻浪
水稻专家选育的高产“环保”型水稻,种到地里,却可能被我国大面积盐碱耕地拖了后腿,产量大减。
要想将来在盐碱地里翻稻浪,就得解开水稻耐盐的“基因密码”。中科院上海生命科学院植物生理生态所研究员林鸿宣带领课题组,展开“水稻耐盐复杂数量性状的遗传机理及其应用研究”,发现水稻若能平衡钾和钠,长在盐分较高的土地里,也能颗粒饱满。
一种抗盐不抽穗的古老水稻品种nonabokra,引起研究人员的兴趣。原来,它身上有一把开启抗盐之门的“金钥匙”——skc1。skc1耐盐基因是个“专情”的“搬运工”,只运钠离子而不直接运输钾离子。生长在盐胁迫条件下的水稻,茎叶中积累了大量钠离子,会产生毒害,不利于生长。导入skc1基因后,过多的钠离子便能被“搬运”到水稻根部,及时将水稻从“盐中毒”的险境中解救出来。
经过反复试验,课题组成功克隆skc1基因,创制其分子标记。中国农科院和中国水稻研究所等尝试应用skc1,探索水稻耐盐分子育种。作为世界上第一个成功克隆的水稻耐盐基因,这项成果已被国际顶级遗传学杂志《自然—遗传学》刊载,并配发了“让农作物更加耐盐”的短评。
当然,调控水稻耐盐的基因,不止skc1一个。研究人员还发现了另外10个水稻耐盐基因,逐一定位后,系统研究其耐盐遗传机理。目前,林鸿宣和同事们正努力破译更多的水稻抗盐基因,争取读懂水稻耐盐的“密码书”。
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