全球每年因病虫害多发区导致小麦减损高达21.5% 孔令让团队选育出抗赤霉病小麦品种
孔令让(右二)带领团队成员察看小麦材料生长情况。食为政首,粮安天下。小麦是世界重要粮食作物之一。世界上约有1/3以上的人口以小麦为主食。在我国,小麦种植面积位居第三,成为仅次于水稻的重要口粮作物。小麦生产安全与否,是安天下、稳民心的大事。
山东省小麦产业技术体系首席专家、“泰山学者攀登计划”专家、山东农业大学农学院院长孔令让率领的团队,攻坚克难,通过寻找攻克小麦顽疾的基因密码,创新优异种质资源,为良种选育铺路筑石,为粮食安全生产、丰产保驾护航。
国际粮食减损大会召开之际,农村大众报记者来到位于泰山脚下的山东农业大学,对孔令让进行了专访。
病害触目惊心
“与大家熟知的餐桌上的浪费相比,粮食在端上餐桌之前的损失更易被忽视。党中央提出粮食减损增效,意义重大。”9月6日,细雨蒙蒙,山东农业大学作物生物学国家重点实验室内,孔令让开门见山地说。
小麦是跨年生作物,不可避免会受到冻害、旱灾、涝灾、干热风以及病虫害等危害。全球每年因病虫害多发区导致小麦减产高达21.5%。
孔令让说:“我们山东省是小麦大省,种植面积、单产和总产均居全国第二位。2021年,山东省小麦总产量达527.33亿斤,占全国小麦产量的20%左右,通俗点说,全国每5个馒头,就有一个是用山东小麦面粉制作的,为端牢中国饭碗贡献了‘山东力量’。”
孔令让介绍,影响小麦生产的主要病虫害有30多种,但最让人头疼的病害之一是小麦赤霉病。
小麦赤霉病别名麦穗枯、烂麦头、红麦头,是世界范围内极具毁灭性且防治困难的真菌病害,素有小麦“癌症”之称。
赤霉病已成为威胁粮食安全的重大国际性难题。感染该种病菌之后,小麦发芽率下降、发芽势减弱,籽粒干瘪,千粒重降低,淀粉与蛋白质含量降低,出粉率降低,湿面筋含量减少,面粉质量差、色泽灰暗,商品价值大大降低。
我国是小麦赤霉病受害面积最大的国家,年均超过6000万亩的麦田因此病害减产。一般年份可减产20%-30%,严重时可超过50%,甚至颗粒无收。据国家农技部门统计,2020年我国赤霉病发生面积为9000万亩,需预防控制面积超过1.5亿亩次。
“2020年9月15日,农业农村部已把小麦赤霉病列入《一类农作物病虫害名录》。足见其危害之大。”孔令让说,“更可怕的是,染病的小麦籽粒,还会严重威胁人畜健康。”
病原菌分泌的霉菌毒素广泛污染谷物籽粒。染病的小麦籽粒含有呕吐毒素,这种毒素被世界卫生组织定为三级致癌物,人畜食用之后可引起呕吐甚至机体中毒。
“小麦赤霉病已成为威胁粮食安全和食品安全的‘卡脖子’难题。长期的生产实践证明,小麦赤霉病基本不可治,预防难度也非常大,因此选育抗病品种成为最佳选择。”孔令让说。
找到主效基因
“‘巧妇难为无米之炊’。缺乏抗病基因,妄谈选育抗病品种。”孔令让说,放眼全球,关于抗赤霉病小麦品种选育的研究,半个多世纪以来,科学家一直在追求和探索,举步维艰。
早在20年前,孔令让开始小麦抗赤霉病研究工作,随后,在小麦的近缘植物——长穗偃麦草中发现了抗赤霉病的基因,按照国际统一命名法,称之为“Fhb7”基因。可是这个基因在哪里,抗病原理又怎样,能否应用于小麦育种上?20年来,孔令让和他的团队成员经历了巨大的考验。
“做科研就要耐得住寂寞,做科研就要经得起失败,科研来不得半点马虎。”孔令让说,为了定位基因,仅PCR(PolymeraseChainReaction:聚合酶链反应)实验,团队就做了30余万次。
采访中,孔令让讲了这么一个故事。
在追溯Fhb7基因的进化历史时,团队反复对基因组序列进行比较分析,结果在已经测序的植物基因组中没有发现Fhb7的同源基因,却在偃麦草的共生菌——香柱内生真菌中发现了同源性高达97%的基因。
“我们第一时间怀疑可能是基因组组装被内生真菌污染了,非常沮丧,因为这意味着几年的努力全部白费了。然而过了几天,我们又对不同的偃麦草和遗传重组体进行数据分析,发现该基因的有无与植物的抗、感病表型明显相关,让我们意识到这个候选基因才是我们要找的Fhb7基因。”孔令让说。沮丧与兴奋交织,倍受煎熬的同时,也让他们感受到从事科研的挑战和乐趣。
2020年5月22日,国际顶级学术期刊《科学》以封面文章刊登孔令让团队在小麦赤霉病研究领域的重大成果——他们在全球首次找到并克隆抗赤霉病关键基因Fhb7,并揭示了其抗病分子机制,这也是我国小麦研究领域首篇Science文章。孔令让团队的这一发现为解决小麦赤霉病世界性难题找到了“金钥匙”,更让中国人把小麦抗赤霉病种质资源牢牢掌握在了自己手里。
这一成果获得了“2020中国十大科技进展”“2020年度中国生命科学十大进展”“中国高校十大科技进展”和“山东省十大科技进展”等多项殊荣。
成果发布后,邓兴旺院士、康振生院士、程顺和院士等国际权威学者给予了高度评价。袁隆平院士生前认为,Fhb7基因是禾谷类作物种质改良和创新的难得基因,其发现和抗病机制解析对水稻、玉米等作物育种同样具有重要意义,将有力提升我国农作物种质资源创新水平,为产业提质增效、确保国家粮食安全提供重要保障。
“这份沉甸甸的成果,凝聚着多届学生以及每一位参与实验的团队成员的心血和汗水。它的诞生,离不开科研人员不计回报的付出,更离不开国家对农业及种子研究工作的重视、学校‘学术至上’良好研究氛围的创建。”孔令让动情地说,“团队骨干李安飞教授几十年如一日,坚守在农学试验站!青年教师、团队骨干,王宏伟教授腰椎间盘突出,疼痛厉害,但是为了赶时间,带病坚持工作。这种奉献精神是我们农大‘十年磨一剑’的农学人品质的展现,更是一个农学人的初心和担当。”
新品种小麦即将推广
人工气候室内,小麦材料正在蓬勃生长；农学试验站内,团队成员正在认真地考种,以备新一轮栽种选培……
孔令让兴奋地告诉农村大众报记者,“咱们学院选育的抗赤霉病小麦品种山农48,目前,已经完成了预备试验、区域试验和生产试验,这两天将会被山东省农作物品种审定委员会审定。审定后,今年秋播就可以大面积推广种植了。”
据介绍,山农48是我国携带Fhb7的第一个小麦新品种。这个品种以济麦22为亲本,具有高产、优质、综合抗病性好等特点。特别值得一提的是,这个品种还富含叶黄素,能抗氧化、防衰老,对眼睛具有保健作用。
“成果落地,造福于民,是对我们科研工作者最大的嘉奖。”孔令让说,“一直以来,我们学校都有一种精神与传承,就是作为一个科研工作者,一定要争取‘顶天立地’。”
孔令让介绍,这一传承源自他们的首任校长。
山东农业大学前身是山东高等农业学堂,首任校长王景禧先生提出“学用结合,学以实为贵”的办学理念,坚持“理论联系实际”,从生产一线发现凝练科学问题。坚持基础研究自主创新,实现高水平科技自立自强,即,争取基础研究领域实现“顶天”。与此同时,将科研创新转化为生产力,造福于民,实现“立地”。
正是这种要将学问做到“顶天”,要把成果转化“立地”的理念,使山东农业大学创造了一项项令人瞩目的科研成果,转化为造福百姓的生产力。
李晴祺教授率领团队历经26年,完成的“冬小麦新种质矮孟牛的创造及研究利用”荣获1997年国家技术发明一等奖。“矮孟牛”之后,山东农业大学育成“山农”号系列小麦新品种,几十个小麦品种,目前已经顺序排到“山农”48号。山农28、山农29、山农38等多个品种通过国家和山东省审定,均在省内外大面积推广,其中山农28还创出我国冬小麦高产纪录,成为山东省第二大种植品种。
中国现代小麦栽培学的奠基人、中国工程院院士余松烈先生生前一直在山东农业大学工作。他研创出了“小麦精播高产栽培技术”和“宽幅精播高产栽培技术”；余先生的学生,中国工程院院士于振文先生,长期担任农业农村部小麦专家组组长,率领团队创制了“小麦氮肥后移”“测墒补灌”等小麦栽培技术。上述技术一直被列为农业农村部主推技术,在黄淮麦区乃至全国推广利用。这些成果形成的品种和技术,在全国累计推广面积达15.7亿亩,增产小麦324.75亿公斤,覆盖了我国小麦总种植面积的50%左右。
……
“目前,我们的抗赤霉病种质材料已发放全国70多家单位育种利用。我们团队通过杂交、回交、分子标记辅助选择以及加代技术,试图将长穗偃麦草抗赤霉病基因Fhb7转移到全国主要麦区的主栽品种中,未来能在全国不同省份陆续培育出抗赤霉病小麦新品种。”孔令让坚定而又充满自信地说。
“广大科技工作者要把论文写在祖国的大地上,把科技成果应用在实现现代化的伟大事业中。”孔令让和他的团队,正在用实际行动践行着这一伟大期许。
农村大众报记者姬飞燕
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