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蔡得田:多倍体水稻掀起新绿色革命 技术创新破解国际性难题

作者:吴珊  编辑:王义芳  来源:新闻中心   发布时间:2016/10/10

水稻是世界上最主要的粮食作物之一,20世纪后半叶,以袁隆平院士的研究成果为标志,我国水稻育种曾取得举世瞩目的成就,之后又面临着高产徘徊的局面。

目前,探索新的水稻育种技术途径有许多,多倍体水稻将是继袁隆平院士多年培育的“超级稻”之后,又一具有突破性的“水稻革命”。对此,袁隆平称:“水稻今后要取得大幅度增产突破,多倍体水稻的应用前景十分广阔。”

世界研究多倍体水稻,已有百余年历史,但由于结实率低的瓶颈难以突破,不少国外科学家断言,多倍体水稻育种是“不可能完成的任务”。湖北大学教授蔡得田1999年提出多倍体育种新战略,被袁隆平院士评价“居国内外领先水平”。2015年,蔡得田团队选育的多倍体水稻结实率达到85%,突破了结实率低的技术瓶颈,大而优的“胖米”有望3到5年内端上市民餐桌。

9月24日、25日,全国多倍体生物育种学术研讨会在湖北大学召开,袁隆平院士、谢华安院士、朱英国院士等国内生物育种界权威专家齐聚湖北大学,充分肯定多倍体水稻育种的重大突破,期待多倍体水稻开辟水稻大规模增产新路径,引领新的绿色革命。

 

创新成果:多倍体水稻育种取得重大突破“胖米”有望上餐桌

1999年,蔡得田教授和袁隆平院士、湖北省农科院卢兴桂研究员,在多年研究实验的基础上,在我国最先提出了多倍体育种新战略:利用远缘杂交和多倍体双重优势进行育种,在杂交稻产量达到极限的条件下,实现水稻产量和质量的倍数提高。该战略的基本原理是:“超级稻”(即杂交水稻)同普通水稻均为二倍体,但在“超级稻”的优势基础上,运用多倍体技术培育多倍体水稻,就可以在“超级稻”产量达到极限的条件下,实现水稻产量和质量的倍数提高。2001年,三人将这一水稻育种新战略写成著作共同署名发表,并于2002年获国家发明专利授权。

多倍体指的是个体细胞中含有3套或3套以上的染色体。目前普遍种植的水稻,包括超级杂交水稻,都是二倍体,即2套染色体,而多倍体水稻植株发育高大粗壮,穗大粒大,比二倍体水稻重3/5以上,有米质优,抗逆性强,增产幅度大等优点。

“不同于转基因,形成多倍体是植物进化的趋势。”蔡得田介绍,在自然界中许多农作物为多倍体,如小麦、棉花、花生、烟草、甘薯、马铃薯、香蕉等均为天然的多倍体物种,而巨峰类四倍体葡萄、小黑麦、三倍体无籽西瓜等是人工合成的多倍体物种,多倍体在生产上得到广泛利用。多倍体水稻能比二倍体杂交水稻增产10%至15%。

2015年,蔡得田团队选育的多倍体水稻结实率达到85%,突破了结实率低的技术瓶颈。“团队历经十余年,完成多倍体水稻从实验室到试验田、再到大田种植过程中一系列理论和技术难题,在国际上率先奠定了多倍体水稻育种的理论基础,建立了多倍体水稻育种的完整技术体系,将多倍体水稻育种理论成功应用于品种选育。”

目前,该团队通过连续多年试验田种植,筛选出一大批育种新材料,其中20个品系具备进入区域试验的条件,并有2个品系计划申报省级品种区试,可进入区域试验的水稻多倍体品系综合经济性状均显示出明显优势。

“我们将用3年到5年的时间,完成技术‘三步走’,实现水稻单产增长25%的目标。届时,‘又粗又大’的多倍体稻米有望端上武汉市民餐桌。”蔡得田介绍。

 

攻关之路:做源头创新的驱动者院士评价“国内外领先”

“我的名字注定与水稻有一份不解之缘。”黝黑的皮肤,专注的神情,浓厚的乡音,多倍体水稻育种领军人、湖北大学蔡得田教授向记者讲述自己的水稻情结:因出生于1952年土改时期,父母给他取名“得田”以示感恩;1972年原本应该学医,结果被欣赏他的招生老师安排学农学;1975年毕业后参加湖北杂交水稻协作组,见证了第一代三系杂交稻的诞生;1986年首批主持863无融合生殖水稻课题。从1999年至今,蔡得田一直专注于多倍体水稻的育种研究。

“不断学习与创新,尤其是要做源头创新的驱动者。”1999年,在美国访问时,他读到一篇关于化石生物倍性进化论文而突发灵感:主要粮棉油作物是多倍体,它们都经由二倍体进化到多倍体后产量成倍增加,那么,利用远缘杂交和多倍体双重优势选育超级稻的做法将具有广阔前途。

回国后,在与袁隆平院士、卢兴桂研究员(湖北省农科院,时任863生物领域专家委员会委员)仔细研究后,论文《二十一世纪育种新战略——利用远缘杂交和多倍体化双重优势进行超级稻选育》于2001年发表于《作物学报》。由袁隆平在内的四个院士和国内顶尖专家组成的专家组评价其多倍体水稻研究是“原创性育种新途径”、“居国内外领先水平”。

多年来,在那些一株株饱满的稻穗伴随下,蔡得田对多倍体水稻的研究从无到有,从精到尖。2012年,湖北大学与武汉同创工程设备有限公司开展多倍体生物技术合作,共同成立“武汉多倍体生物科技有限公司”,蔡得田为公司首席科学家,共同致力于以多倍体水稻为代表的多倍体生物技术的研究与推广应用。“科研与市场结合,做到产学研一体化,才能真正可能通过推广应用多倍体水稻实现缓解粮食危机的目标。”蔡得田说。

在产学研一体化过程中,蔡得田团队在多倍体水稻的研究和育种上取得重大进展,获得5000多个多倍体水稻材料,200多个优良品系,近10个可进行品种区试的品系。“更为重要的是,多倍体水稻亩产稳定,结实率达到80%以上,已经突破困扰业内几十年的瓶颈。”

2013年10月,袁隆平、谢华安、朱英国在三亚观看了多个结实率高的四倍体水稻株系后,对常规多倍体水稻品种的结实率能达到80%以上倍加赞赏,并指出这是水稻育种的一个重大突破。

2015年5月,农业部审批通过“国家武汉多倍体水稻育种创新基地”。12月,科技部农村司和农村中心组织专家对多倍体水稻安全性进行质询和研发论证,确认多倍体水稻育种是基因组的加倍,不涉及转基因,并建议国家在“十三五”相关科技计划中予以支持。

2016年1月,武汉市市长万勇批示,要用“革命性”改革财政专项资金的办法支持多倍体水稻研发和“国家武汉多倍体水稻育种创新基地”的建设。6月,万勇一行参观湖北大学蔡得田教授团队实验室,表示武汉市会继续加大力度支持重大科学发现及研究课题。未来3至5年,市科技局、农委、相关产业基金将为多倍体水稻研究项目提供有力的资金支持。

9月24日,首届全国多倍体生物育种学术研讨会在湖大举行,让起源于湖北大学的这一水稻培育创新成果走向全国,走向世界,引领新的绿色革命。

袁隆平院士指导多倍体水稻研究

朱英国院士指导多倍体水稻研究

 

研发未来:开辟水稻大规模增产新路径引领新绿色革命

民以食为天。

粮食产量的稳定和质量直接影响到一个国家的粮食安全。目前,农药化肥和除草剂过度施用,工业化进程带来的环境污染,让不少人对食品安全心存畏惧。

湖北大学自上世纪70年代成立水稻激光育种课题组开展水稻培育研究以来,多年来形成了较为成熟的早稻培育团队和多倍体水稻研究团队。以周勇、居超明、徐国成组成的早稻培育“铁三角”,30余年来培育稻种3800余种。其中,历经十余年培育的早稻种子两优287,成为我国第一个稻谷品质达到国标一级的早稻品种,是农业部首批确认的超级稻品种、目前唯一的国标一级超级早稻品种。截至目前,团队已获三项湖北省科技成果一等奖。

科学研究方兴未艾。蔡得田领衔的多倍体水稻研究团队在基础研究阶段先后获得国家自然科学基金9项资助、农业部重点专项、湖北省科技厅、武汉市农委和武汉市科技局的各类研究项目资助,获批建设武汉市农科院国家多倍体水稻育种创新基地、武汉市农科院作物研究所院士工作站及武汉市多倍体植物育种研究工程技术等几个研发平台。

2014年8月,多倍体水稻研究获得由科技部、农业部等6部委组织的第二届全国现代农业科技创新创业大赛三等奖。2015年8月,多倍体水稻研究团队首席专家蔡得田荣获2015年3551“光谷人才计划”荣誉证书。

2016全国多倍体生物育种学术研讨会期间,袁隆平、谢华安、朱英国齐聚江城,对蔡得田团队多倍体水稻研究成果给予了高度评价。谢华安介绍,多倍体水稻在结实率上的突破是研究取得的最大成功,突破了世界多倍体水稻研究百余年发展中的瓶颈问题。

“多倍体水稻育种技术研发与推广将开辟一条水稻大规模增产新途径,不仅将改变我国粮食供给日益依赖外部市场的局面,还将重新奠定我国作为世界优质、安全水稻大国的地位。”博鳌亚洲论坛研究院执行副院长杨希雨说。

“多倍体是水稻育种新的发展方向,未来单产可能超过二倍体。武汉专家取得的成就是重要突破,很不简单。”袁隆平介绍道,多倍体水稻能实现亩产800公斤,是一个不小的进步。今后要考虑如何从小范围的高产扩大到更大的范围。

“水稻是世界上最主要的粮食作物之一,全世界仍有8亿到10亿人饱受饥饿,必须不断探索新的育种技术途径。自2001年我与袁隆平院士一起提出了‘多倍体水稻育种’原创性育种新途径以来,目前我们又解决了多倍体水稻结实率低的国际性瓶颈问题,使多倍体水稻育种成为新绿色革命的推动者,一批特色的、高产多倍体水稻品种将首先在中国出现,以湖北武汉为核心,扩展全国,影响世界,使多倍体水稻引领绿色革命的宏愿即将成为现实。”稻花香里说丰年,畅谈未来,蔡得田满怀期待。

四倍体水稻(左)与二倍体水稻(右)米粒比较

原文载于《湖北大学报》 第1106期,转载请注明出处

原文链接:http://xb.cnhubu.com/HTML/2016-10-10/5470.html

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