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【国家奖】发掘优异玉米种质资源 夯实种业振兴基础

记国家科学技术进步奖二等奖“玉米优异种质资源规模化发掘与创新利用”

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  从2020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王天宇研究员牵头完成的“玉米优异种质资源规模化发掘与创新利用”项目获国家科技进步二等奖。

  

  玉米是我国重要的粮饲兼用作物,种植区域广泛,生产条件复杂多样,其中病害和干旱是阻碍玉米产业发展的主要因素,培育抗病、抗旱新品种是解决这一问题最经济、最有效的途径,而加强种质资源发掘与创新是培育抗病抗旱新品种和驱动种业发展的根本。种质资源的研究与利用是一项系统工程,具有基础性、复杂性、长期性和公益性的特点,不能一蹴而就。中国农业科学院作物科学研究所以国家科技攻关等项目为纽带组建攻关团队,针对我国玉米种质资源多样性匮乏、育种所利用优异种质遗传基础狭窄及研用衔接不紧密等突出问题,围绕东北、黄淮海和西南三大主产区玉米育种和产业发展需求,20多年来,在拓展我国玉米种质资源基础上,以抗病、抗旱、配合力等重要育种性状为抓手,攻克规模化鉴定评价技术难题,实现抗病抗旱性状的规模化鉴定发掘,并在创新利用等方面取得突破,产生显著社会、经济和生态效益。

  

  夯实玉米种质资源基础 增加玉米研发战略储备

  巧妇难为无米之炊,我国不是玉米起源国,种质资源多样性匮乏由来已久。为了丰富我国玉米种质资源的多样性,项目牵头人王天宇与同事们共同努力,亲力亲为、不辞辛苦蹲点到玉米种质资源“富集区” “特色点”考察收集不同类型种质资源;针对有价值玉米种质资源收集困难的局面,还建立了“项目带动入库” “荣誉证书” “瑞士银行制”等措施,从全国范围内征集代表性材料;与此同时,克服重重困难与壁垒,想方设法结合国际合作项目从美洲、欧洲、东南亚等国家新引进不同类型玉米种质资源。经过长时间的努力、积累,使库存资源数量增加了110%,地方品种种族增加到146个,国外种质资源占比从12%提高到28%,极大地丰富了我国库存玉米种质资源,实现了量与质的同步提升,不仅为我国玉米育种与产业可持续发展扩充了战略储备,也为优异种质资源发掘及育种利用奠定了扎实的材料基础。

  攻克玉米种质资源鉴定关键技术 规模化发掘优异资源

  针对育种上急需抗病、抗旱、高配合力种质资源的重大需求,项目组协同创新抗病、抗旱精准鉴定技术6项,极大地提升了鉴定结果的准确性。组织建立“病窝子”自然发病初鉴和人工精准评价相结合的玉米主要病害规模化鉴定技术配套,使抗病鉴定能力提高12倍,在新疆、甘肃、内蒙古搭建的玉米抗旱鉴定平台年鉴定能力较2000年前后提升了约20倍。创建杂种优势类群分子划分新技术,使获得鉴定资源类群结果时间由一年缩短至15天,搭建玉米杂种优势类群划分和配合力规模化鉴定平台,填补了11137份资源的杂种优势类群信息空白。玉米种质资源的鉴定筛选是漫长、艰辛的,玉米生长表现的关键时节往往是一年中最炎热难捱的时候,王天宇研究员带头在密不透风的玉米田中观察、记载、标记目标性状,一站就是一天,吃住田间是常态。“功夫不负有心人”,项目组励精图治,从13875份资源中规模化发掘出杂种优势类群明确的抗病抗旱资源186份,为育种利用奠定了坚实的基础。

  构建高效种质创新技术体系 创新玉米育种利用新材料

  为了尽快将筛选出的优异资源应用于育种实践,项目组开展重要性状的遗传解析和分子标记开发。利用自主构建和引进的巢式关联分析群体,应用简化基因组测序方法进行基因型鉴定,构建了玉米超高密度遗传图谱(Bin Map),从筛选出的优异资源中,挖掘产量、抗旱和抗病等相关主效QTLs/分子标记 78个,克隆基因7个,发掘杂种优势类群特征分子标记308个。综合应用筛选出的优异资源、研制的技术和分子检测信息等,构建抗旱抗病种质穿梭改良、导入系种质创新、多亲本复合杂交、分子标记辅助选择等方法融合的高效种质创新技术体系,创制出杂种优势类群明确、目标性状突出的新种质46份。进行玉米规模化导入选择和抗病抗旱穿梭改良是项目组在玉米上提出并实施的新方法,实践证明效果显著。以筛选出的优异资源为供体、骨干自交系为轮回亲本,获得含供体12.5%和25%的导入系6200个,通过在新疆、甘肃、北京、海南等地高强度胁迫,筛选出抗旱、抗病导入系13份,经分发共享,以此为基础材料育成品种16个;经抗病抗旱穿梭育成的XP6群体抗旱性强,且兼抗小斑病和茎腐病,用其为基础已育成品种6个。创新种质为可持续育种提供了优良的亲本来源。

  创建玉米种质资源共享利用体系 推动我国玉米学科整体进步

  为了提高玉米种质资源的利用效率,项目组创建“技术、材料、信息三位一体”的玉米种质资源高效共享利用体系,让优异种质资源为全国同行所知所用。自2005年开始,王天宇带领课题组率先举办全国性的优异玉米种质资源田间展示,让育种家“看得见、摸得着、可追溯”,得到业内普遍认可。迄今已无偿向全国科研育种教学单位及种子企业等分发共享玉米种质资源3万份次以上,在提供育种利用的同时,还支撑科研、教学等单位完成国家自然科学基金、973等各类项目、发表学术论文和培养硕士、博士高水平人才,辐射带动作用大,取得显著社会效益,推动玉米学科整体进步。这种不计名利、一心为公的奉献精神受到大家广泛称赞。

  培育抗病抗旱新品种  积极推动玉米绿色发展

  丰富种质资源多样性基础,鉴定发掘与创新优异玉米种质资源,其终极目标是解决生产中存在的关键问题,推动种业科技进步,使我国粮食安全、生态安全得到保障。为此,项目组构建了定向组配和定向选择相结合的玉米生态育种模式,开展类群间定向组配和目标性状定向选择,利用创新种质育成抗病抗旱高产新品种22个,其中18个品种抗病性突出、8个抗旱性强,17个区试产量超对照8%以上,3个被选为区试对照。截至2016年,项目组内培育品种已应用1.9亿亩。另据不完全统计,项目组外单位利用项目组提供的优异种质资源育成新品种94个,累计应用3.8亿亩。这些抗病抗旱高产新品种在生产中的利用,节约了农药和水资源用量,在推动玉米绿色发展中迈出了可喜的一步,取得显著经济、社会和生态效益。

  近五年来,王天宇研究员作为国家玉米良种重大科研联合攻关专家委员会秘书长,不计个人得失、兢兢业业为全国同行服务,积极参与玉米攻关工作的顶层设计,课题组加强了鉴定筛选符合绿色、高效发展要求优异种质资源的力度,拓建了国家机收籽粒玉米品种测评体系和玉米绿色品种指标体系,促进我国实现玉米高效、绿色发展,为全面提升我国玉米生产的国际竞争力作出了积极贡献。

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