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【國家獎】發掘優異玉米種質資源 夯實種業振興基礎

記國家科學技術進步獎二等獎“玉米優異種質資源規模化發掘與創新利用”

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  從2020年度國家科學技術獎勵大會上獲悉,中國農業科學院作物科學研究所王天宇研究員牽頭完成的“玉米優異種質資源規模化發掘與創新利用”項目獲國家科技進步二等獎。

  

  玉米是我國重要的糧飼兼用作物,種植區域廣泛,生產條件復雜多樣,其中病害和干旱是阻礙玉米產業發展的主要因素,培育抗病、抗旱新品種是解決這一問題最經濟、最有效的途徑,而加強種質資源發掘與創新是培育抗病抗旱新品種和驅動種業發展的根本。種質資源的研究與利用是一項系統工程,具有基礎性、復雜性、長期性和公益性的特點,不能一蹴而就。中國農業科學院作物科學研究所以國家科技攻關等項目為紐帶組建攻關團隊,針對我國玉米種質資源多樣性匱乏、育種所利用優異種質遺傳基礎狹窄及研用銜接不緊密等突出問題,圍繞東北、黃淮海和西南三大主產區玉米育種和產業發展需求,20多年來,在拓展我國玉米種質資源基礎上,以抗病、抗旱、配合力等重要育種性狀為抓手,攻克規模化鑒定評價技術難題,實現抗病抗旱性狀的規模化鑒定發掘,并在創新利用等方面取得突破,產生顯著社會、經濟和生態效益。

  

  夯實玉米種質資源基礎 增加玉米研發戰略儲備

  巧婦難為無米之炊,我國不是玉米起源國,種質資源多樣性匱乏由來已久。為了豐富我國玉米種質資源的多樣性,項目牽頭人王天宇與同事們共同努力,親力親為、不辭辛苦蹲點到玉米種質資源“富集區” “特色點”考察收集不同類型種質資源;針對有價值玉米種質資源收集困難的局面,還建立了“項目帶動入庫” “榮譽證書” “瑞士銀行制”等措施,從全國范圍內征集代表性材料;與此同時,克服重重困難與壁壘,想方設法結合國際合作項目從美洲、歐洲、東南亞等國家新引進不同類型玉米種質資源。經過長時間的努力、積累,使庫存資源數量增加了110%,地方品種種族增加到146個,國外種質資源占比從12%提高到28%,極大地豐富了我國庫存玉米種質資源,實現了量與質的同步提升,不僅為我國玉米育種與產業可持續發展擴充了戰略儲備,也為優異種質資源發掘及育種利用奠定了扎實的材料基礎。

  攻克玉米種質資源鑒定關鍵技術 規模化發掘優異資源

  針對育種上急需抗病、抗旱、高配合力種質資源的重大需求,項目組協同創新抗病、抗旱精準鑒定技術6項,極大地提升了鑒定結果的準確性。組織建立“病窩子”自然發病初鑒和人工精準評價相結合的玉米主要病害規模化鑒定技術配套,使抗病鑒定能力提高12倍,在新疆、甘肅、內蒙古搭建的玉米抗旱鑒定平臺年鑒定能力較2000年前后提升了約20倍。創建雜種優勢類群分子劃分新技術,使獲得鑒定資源類群結果時間由一年縮短至15天,搭建玉米雜種優勢類群劃分和配合力規模化鑒定平臺,填補了11137份資源的雜種優勢類群信息空白。玉米種質資源的鑒定篩選是漫長、艱辛的,玉米生長表現的關鍵時節往往是一年中最炎熱難捱的時候,王天宇研究員帶頭在密不透風的玉米田中觀察、記載、標記目標性狀,一站就是一天,吃住田間是常態。“功夫不負有心人”,項目組勵精圖治,從13875份資源中規模化發掘出雜種優勢類群明確的抗病抗旱資源186份,為育種利用奠定了堅實的基礎。

  構建高效種質創新技術體系 創新玉米育種利用新材料

  為了盡快將篩選出的優異資源應用于育種實踐,項目組開展重要性狀的遺傳解析和分子標記開發。利用自主構建和引進的巢式關聯分析群體,應用簡化基因組測序方法進行基因型鑒定,構建了玉米超高密度遺傳圖譜(Bin Map),從篩選出的優異資源中,挖掘產量、抗旱和抗病等相關主效QTLs/分子標記 78個,克隆基因7個,發掘雜種優勢類群特征分子標記308個。綜合應用篩選出的優異資源、研制的技術和分子檢測信息等,構建抗旱抗病種質穿梭改良、導入系種質創新、多親本復合雜交、分子標記輔助選擇等方法融合的高效種質創新技術體系,創制出雜種優勢類群明確、目標性狀突出的新種質46份。進行玉米規模化導入選擇和抗病抗旱穿梭改良是項目組在玉米上提出并實施的新方法,實踐證明效果顯著。以篩選出的優異資源為供體、骨干自交系為輪回親本,獲得含供體12.5%和25%的導入系6200個,通過在新疆、甘肅、北京、海南等地高強度脅迫,篩選出抗旱、抗病導入系13份,經分發共享,以此為基礎材料育成品種16個;經抗病抗旱穿梭育成的XP6群體抗旱性強,且兼抗小斑病和莖腐病,用其為基礎已育成品種6個。創新種質為可持續育種提供了優良的親本來源。

  創建玉米種質資源共享利用體系 推動我國玉米學科整體進步

  為了提高玉米種質資源的利用效率,項目組創建“技術、材料、信息三位一體”的玉米種質資源高效共享利用體系,讓優異種質資源為全國同行所知所用。自2005年開始,王天宇帶領課題組率先舉辦全國性的優異玉米種質資源田間展示,讓育種家“看得見、摸得著、可追溯”,得到業內普遍認可。迄今已無償向全國科研育種教學單位及種子企業等分發共享玉米種質資源3萬份次以上,在提供育種利用的同時,還支撐科研、教學等單位完成國家自然科學基金、973等各類項目、發表學術論文和培養碩士、博士高水平人才,輻射帶動作用大,取得顯著社會效益,推動玉米學科整體進步。這種不計名利、一心為公的奉獻精神受到大家廣泛稱贊。

  培育抗病抗旱新品種  積極推動玉米綠色發展

  豐富種質資源多樣性基礎,鑒定發掘與創新優異玉米種質資源,其終極目標是解決生產中存在的關鍵問題,推動種業科技進步,使我國糧食安全、生態安全得到保障。為此,項目組構建了定向組配和定向選擇相結合的玉米生態育種模式,開展類群間定向組配和目標性狀定向選擇,利用創新種質育成抗病抗旱高產新品種22個,其中18個品種抗病性突出、8個抗旱性強,17個區試產量超對照8%以上,3個被選為區試對照。截至2016年,項目組內培育品種已應用1.9億畝。另據不完全統計,項目組外單位利用項目組提供的優異種質資源育成新品種94個,累計應用3.8億畝。這些抗病抗旱高產新品種在生產中的利用,節約了農藥和水資源用量,在推動玉米綠色發展中邁出了可喜的一步,取得顯著經濟、社會和生態效益。

  近五年來,王天宇研究員作為國家玉米良種重大科研聯合攻關專家委員會秘書長,不計個人得失、兢兢業業為全國同行服務,積極參與玉米攻關工作的頂層設計,課題組加強了鑒定篩選符合綠色、高效發展要求優異種質資源的力度,拓建了國家機收籽粒玉米品種測評體系和玉米綠色品種指標體系,促進我國實現玉米高效、綠色發展,為全面提升我國玉米生產的國際競爭力作出了積極貢獻。

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