华夏时讯

保护与利用野生稻 维护国家粮食安全 ——“中国野生稻种质资源保护与创新利用”获得国家科学技术进步二等奖

从日前举行的2017年度国家科学技术奖励大会上获悉,中国农业科学院作物科学研究所杨庆文研究员牵头完成的“中国野生稻种质资源保护与创新利用”获得国家科学技术进步二等奖。

野生稻是水稻品种改良重要的基因资源,也是国家重点保护野生植物,被誉为“植物中的大熊猫”。我国境内分布着三种野生稻:普通野生稻,药用野生稻和疣粒野生稻,是世界上野生稻资源分布最丰富的国家之一。海南野生稻“野败”不育基因的发现,成功实现了水稻的三系配套,解决了我国乃至世界粮食紧缺的问题。自20世纪80年代起,我国野生稻自然居群急剧减少,面临野外灭绝危险。党和国家领导人高度重视,多次做出重要指示,要求抢救和保护野生稻。同时,由于野生稻遗传异质性高、不利基因出现频率高且多与有利基因连锁等因素的影响,利用野生稻进行水稻品种改良周期长、成功率低。如何克服野生稻资源利用中的障碍,提高野生稻优良基因发掘和利用效率一直是国内外水稻专家孜孜追求的目标。

中国农业科学院组织全国优势单位力量,组成了以杨庆文研究员为首席专家的野生稻研究团队,历时18年,系统查清了全国三种野生稻居群的精准信息,采集并保存了野生稻种质资源19153份,为我国水稻育种和种质资源研究提供了丰富的基础材料;研发的原生境保护技术,保护了包括大量的野生稻极度濒危居群和濒危居群;鉴定的野生稻优异资源和创新的种质被全国100多家单位利用,育成水稻新品种114个,新增产值44.14亿元。社会经济效益显著。

系统调查,首次获得全国野生稻资源的精准信息

我国的三种野生稻分布于南方的江西、湖南、福建、广东、广西、云南、海南七省区。主要生长于700米以下的江河流域,平原地区的池塘、沟渠、沼泽等湿地。以往的野生稻调查收集缺乏统一的技术和标准,分布点位置、面积等全部依靠人工记载,地点只能到小地名。项目组在总结以往调查经验基础上,创建了以GPS精细定位为基础、以居群的地形、气候、土壤、小生境、伴生植物以及当地民族、文化、习俗、农民认知等为技术指标的野生稻调查技术体系。组成严格培训的专业调查队,对七省区及适合野生稻生存的浙江、江苏和贵州三省进行全面调查。发现我国仍然只有三种野生稻且未发现新的分布省。原记载的三种野生稻已经丧失了76.41%,濒危状况十分严重。在以往调查未曾到达的偏远地区新发现58个野生稻居群,其中广东河源新发现的药用野生稻为我国药用野生稻分布最东限,向东扩展了1°30′E,该居群也为目前我国分布最北的药用野生稻;云南普洱的疣粒野生稻为世界上唯一海拔超过千米的居群(1068m)。

保护与利用野生稻 维护国家粮食安全 ——“中国野生稻种质资源保护与创新利用”获得国家科学技术进步二等奖

项目组利用分子标记检测研发了居群采集技术,设定居群遗传多样性阈值,结合遗传多样性分析,制定了取样间距以及取样数量的标准。克服了以往凭经验随机取样,取样单株少,代表性差等问题。利用分子标记剔除重复后获得野生稻资源19153份,是我国1996年保存总数(5599份)的3.42倍,极大地丰富了我国野生稻基因库。同时,按照野生稻种质资源描述规范和数据标准,对野生稻形态性状和典型特征进行标准化,结合居群GPS定位信息及图像信息,建立了包括所有居群地理信息、生态环境、特征特性、典型特点等基本信息以及栖息地、野生稻单株及其典型特征等图像信息的GPS/GIS信息系统,并纳入国家农作物种质资源信息系统,实现了国内用户的信息共享。使野生稻基础研究者和育种家在未来任何时期都能随时准确获得任一居群的全部信息,开展跟踪监测、保护生物学研究、起源进化和利用研究等,还可为农业部制定保护规划提供科学依据。

科学保护,在国际上率先实现了野生稻濒危居群的原生境保护

我国已形成了野生稻种质库和种质圃相结合的异位保存体系,但尚无异位保存技术标准。项目组集成国内外野生稻种质库、种质圃保存技术,并根据国际发展趋势,优化各项技术指标,制定了《农业野生植物异位保存技术规程》,由农业部发布实施。按规程入库入圃安全保存了从694个居群19153份,最大限度地保证了野生稻的遗传多样性。

保护与利用野生稻 维护国家粮食安全 ——“中国野生稻种质资源保护与创新利用”获得国家科学技术进步二等奖

野生稻分布范围广,生态环境复杂,确定重点区域和重要居群是原生境保护的关键。项目组进行了中国野生稻遗传结构和生态环境特点研究,发现广东广西南部和海南北部为我国普通野生稻和药用野生稻的遗传多样性中心、海南和云南西南部为疣粒野生稻遗传多样性中心、北回归线以南的珠江流域为我国水稻起源中心、野生稻遗传结构受山体阻隔且具有典型的流域特征等特点,且江西东乡、湖南茶陵、云南元江等边缘居群生态环境脆弱。确定了以广东广西南部和海南北部为重点区域、其它区域按山体和流域确定重点居群、优先保护边缘居群的原生境保护策略。结合濒危状况调查,明确提出了23个极度濒危的野生稻居群,列入了农业部生物资源保护规划。

项目组在在野生稻资源调查过程中,对野生稻居群的威胁因素进行了系统分析,结合对野生稻居群分布、生态环境、交配系统、遗传侵蚀、外来入侵物种、人畜活动、伴生植物、当地农民素质等因素的综合分析,研制了威胁因素评估技术,阐明了导致野生稻不同居群的致濒因素。创立了适宜不同生态环境和社会经济条件、以消除主要威胁因素为导向的原生境保护技术。制定了《农业野生植物原生境保护点建设技术规范》行业标准。应用原生境保护技术,指导建设了65个野生稻原生境保护点(30个国家级、35个省级),在30个国家级保护点中,保护了列入农业野生植物原生境保护规划中的23个极度濒危居群。原异位保护的野生稻数量均居世界第一。

创新利用,发掘的优异种质资源促进了水稻产业的快速发展

项目组研发了《农作物种质资源鉴定技术规程-野生稻》和《农作物种质资源评价技术规程-野生稻》两个标准,对新收集的野生稻资源进行农艺性状精准鉴定,对育种急需的目标性状进行重点鉴定评价。共鉴定三种野生稻资源42239份(次),评价出抗病虫、抗逆、优质等优异资源658份。其中,鉴定出在栽培稻中未发现的高抗南方黑条矮缩病、抗冻和强耐淹资源,为解决我国水稻生产出现的新病害南方黑条矮缩病和直播稻冷害严重、出苗差等重大问题储备了丰富的基因资源。首次在稻属植物中发现抗冻与耐盐基因。

保护与利用野生稻 维护国家粮食安全 ——“中国野生稻种质资源保护与创新利用”获得国家科学技术进步二等奖

针对野生稻遗传异质度高、育种利用难以稳定等问题,利用优异野生稻资源,整合远缘杂交、胚拯救、花粉管导入与分子标记辅助选择、基因聚合等技术,创制了503份目标性状突出(抗病、抗虫、耐旱、耐寒、耐热、耐淹、大穗大粒等)的优异新种质。获得的抗病、抗旱、耐瘠薄新种质突破了疣粒野生稻(GG基因组)资源利用的瓶颈;从江西东乡野生稻与栽培稻杂交后代选育出抗冻的新种质是世界上仅有的能够在北纬28°地区越冬的水稻材料;利用胚拯救和复合杂交育成将AA基因组的栽培稻和普通野生稻和CC基因组的紧穗野生稻(来自非洲)基因聚合,育成了一批株型紧凑、香味醇厚、抗稻瘟病的优质水稻新种质。极大地提高了野生稻资源的可利用性。

项目组创新了以信息化为基础的共享利用技术,建立中国野生稻GPS/GIS信息系统并纳入中国作物种质资源信息网,解决了野生稻保护和种质创新与育种家结合不紧密的问题。收集的新资源、鉴定评价获得的优异资源及创新种质、新品种被全国育种、科研、教学和生产单位广泛利用,实现了种质、技术和信息共享。全国213个单位(次)利用项目组提供的野生稻优异资源和新种质14015份(次),育成品种114个,累计种植面积2.3亿多亩。2014~2016年推广5282.16万亩。项目组研制的技术、标准和产品已在野生稻保护和水稻育种中发挥重要作用,其广泛应用将为野生稻长久保护和水稻产业发展产生深远影响。

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