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植入“抗病程序”,小麦“癌症”攻克了

来自话题:#粮食作物
2022-06-13
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世界农化网中文网报道: 谈起小麦,农民最担心被称为小麦“癌症”的赤霉病。这种病不仅会导致小麦大幅减产甚至绝收,产生的毒素还会影响人畜健康,是“优粮”变“等外粮”元凶之一。


  令人高兴的是,江苏里下河地区农业科学研究所小麦育种专家高德荣带领科研团队持续攻关,成功选育抗赤霉病、高抗白粉病“双抗”优质高产新品种“扬麦33”,综合表现突出,已经通过国家农作物品种审定委员会审定,今年秋播期间将在长江中下游赤霉病重发地区推广,有望成为新一代主导品种。

  利用分子育种技术攻克世界性难题

  “在我国小麦种植区,普遍采用化学方法来防治赤霉病,有时多次喷洒农药仍达不到预期效果,还增加成本,影响生态环境。”高德荣说,20世纪90年代,研究所的科研团队育成一批中抗赤霉病的小麦品种,其中“扬麦158”是当时抗性最好的品种,在长江中下游麦区年推广面积达2000万亩以上,有效缓解了赤霉病的发生。

  然而,随着气候变化、小麦播期推迟等影响,赤霉病日益频发,中抗赤霉病品种已不能满足生产需求,急需选育出高抗小麦新品种。此前未见有高抗赤霉病品种大面积推广,高德荣带领团队下决心啃下这块“硬骨头”。

  科研人员在研究了小麦品种(系)和各类种质资源的赤霉病抗病基因组成后发现,“扬麦”品种对赤霉病表现出较好的抗性,但多数并不携带世界范围内广泛使用的抗性基因Fhb1。“我们采用品种间杂交的方法,将Fhb1基因导入‘扬麦’遗传背景,聚合现有品种抗病基因,协同提高抗病性和丰产性。通过多组合、大群体选择,终于育成抗赤霉病品种‘扬麦33’。”

  2021年5月下旬,江苏省农业科学院专家组对“扬麦33”示范田进行评鉴,专家组经过充分研讨,认为不进行赤霉病化学防治的“扬麦33”示范田和防治一次的对照田,赤霉病发生程度差异并不显著,均明显低于中抗品种防治两次的发生程度;“扬麦33”赤霉病抗性突出,同时兼抗白粉病等,综合性状优良,实现了抗赤霉病与高产协同遗传改良的重大突破,有望成为我国新一代主导品种。

  “‘扬麦33’达到了目前全球赤霉病抗性最高等级,今年秋播预计推广面积达到40万亩,明年有望突破150万亩。”江苏里下河地区农业科学研究所所长李爱宏表示,自2012年以来,“扬麦系列”品种推广面积达1.2亿亩,新品种比对照品种平均每亩增产25公斤,总计增产粮食超过30亿公斤。

  新品种植入“抗病程序”抗性好产量高

  种子是农业的“芯片”,攻克小麦“癌症”,在“芯片”里植入“抗病程序”是一良方。

  高德荣介绍,“扬麦33”利用分子标记辅助选择技术,实现了抗赤霉病主效基因Fhb1与来源于“扬麦”本身的抗赤霉病位点相结合,从而完成“抗病程序”的植入。

  2021年,在江苏省高邮市开展的大面积示范种植结果显示,“扬麦33”未防治赤霉病的病穗率1.99%,平均严重度0.82,病情指数0.52;中抗对照品种“扬麦20”未防治赤霉病的病穗率13.18%,平均严重度1.91,病情指数8.7。“今年大田生产同样表明‘扬麦33’即使不采取防治措施,其发病程度也轻于中抗品种防治两次的发病程度。”高德荣说。

  “扬麦33”攻克了抗赤霉病难高产问题,“身体”好产量也高。理论测产结果显示,“扬麦33”示范田亩有效穗28.3万,每穗粒数50.2粒,预估千粒重42克,理论产量达596.7公斤每亩。高德荣介绍,此前不少抗赤霉病材料虽然抗性达到要求,但农艺性状不理想,不利于育种利用,也无法在生产上推广,比如茎秆过高易倒伏、生育期过晚导致迟收等。

  “我们历时十多年,反复开展田间试验,终于使‘扬麦33’在保证优良农艺性状的前提下,实现了赤霉病抗性与产量协同提高。”高德荣告诉记者,“扬麦33”在国家小麦良种联合攻关两年度大区试验中平均比对照增产5.18%,在2019-2020年度生产试验中平均较对照增产5.74%,居参试品种第1位,增产点率100%,实现了抗赤霉病同时又能获得高产的重大突破。

  此外,受访专家介绍,“扬麦33”籽粒硒含量高于其他小麦品种,稳定性好,具有较高营养价值,适应人民群众对健康食品的需求。

  由“经验育种”向“精准育种”转变

  农业农村部小麦专家指导组组长、扬州大学农学院教授郭文善介绍,多年来,小麦赤霉病在长江中下游和黄淮小麦产区高发,年发病面积超过1亿亩。高德荣告诉记者,“扬麦33”已在江苏、安徽、湖北和浙江等地示范种植,目前田间抗病性和丰产性表现突出,今年秋播期间将在长江中下游赤霉病重发地区推广。

  小麦育种由“经验育种”向“精准育种”转变。中国工程院院士张洪程认为,“扬麦33”的育成为抗赤霉病改良做出了贡献,巩固了我国抗赤霉病育种在国际上的领先地位。中国农业大学农学院副院长倪中福表示,“扬麦33”利用分子育种技术手段加强各类抗性基因聚合,大幅度提高育种效率和性状改良精准性。

  受访专家介绍,“扬麦33”主要实现了在保证优良农艺性状的前提下将公认的抗赤霉病主效基因与来源于扬麦本身的抗赤霉病位点相结合,使赤霉病抗性与产量协同显著提高。同时,“扬麦33”还利用分子育种技术导入了抗白粉病基因Pm21,实现高抗白粉病,可减药增效,生态效益突出。

  在高德荣看来,当前我国粮食生产向现代化迈进过程中,一家一户小生产对农药、化肥等投入成本意识不强,更关注产量。但家庭农场、种植企业等不仅关心产量,更关注成本投入、生产风险,要求品种抗病抗逆性强、高产稳产和节本高效,更有利于良种普及。他认为,持续提高小麦抗病抗逆性,提高农民种粮效益,助力保障国家粮食安全,是农业科研工作者应尽职责,他将踔厉奋发、继续探索。


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