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竹稻远缘杂交挑战育种难题

竹稻远缘杂交挑战育种难题

时间:2019-03-03 18:55 来源:网络整理 作者:鸿运机械 点击:
在梅州市蕉岭县新铺镇矮岭村,76岁的钟章美被誉为

 

 

   "竹稻之父"钟章美研究竹子与水稻杂交四十余年

    竹稻远缘杂交挑战育种难题

    竹子和水稻杂交的结果是什么?

    钟章美40多年来探索的结果是:竹稻!

    在梅州市蕉岭县新铺镇矮岭村,76岁的钟章美被誉为"竹稻之父",从农校毕业后曾在海丰县农科所和蕉岭县农科所工作。上世纪60年代末开始,为了把竹子的耐寒、耐热、抗倒伏等特性转移到水稻上,他开始挑战竹子与水稻远缘杂交的世界难题,经过长期大量的实验,终于得到了竹稻。

    这一研究成果在学界引起轰动,围绕着竹稻中竹子基因的成分与所起到的作用等问题,争议不断。而竹子和水稻远缘杂交育成的品种能否通过品种审定,也还是个未知数。

    已经76岁的钟章美极其希望竹稻品种可以通过审定,他不希望此生留下遗憾。

    ●南方日报记者 汤凯锋 李秀婷 摄影 梁文悦

    实习生 朱成方 莫金 梅州蕉岭报道

    "不可能"的探索

    竹子与水稻是同科不同属的植物,要想远缘杂交成功,首先要解决两大技术难关,一是花粉受精技术,二是杂交后代不育问题

    上世纪六十年代,水稻经常遭遇干旱、倒伏等灾害。从农校毕业的钟章美有一天无意间看见竹子开花,他突发奇想:竹子一身都是宝,有60多种元素是人体所需的,如果能把竹子的优良基因转移到水稻上来该有多好!

    竹子是竹亚科,水稻是禾亚科,两个完全不同物种的杂交通常不亲和,具有排他性,这种被称为远缘杂交的技术一直是世界难题,很多人认为钟章美的想法"根本不可能实现".

    "要想竹子与水稻远缘杂交成功,首先要解决两大技术难关,一是花粉受精技术,二是杂交后代不育问题。"浙江大学生物系统工程与食品科学学院教授张英告诉记者,超远缘杂交在理论上可以实现,就像驴和马杂交可以得到骡,但骡是不育的,如果可以解决骡的育性难题,那就是大突破。

    考验一个接着一个。

    在研究过程中,钟章美首先遇到了水稻与竹子开花的时间差难题。青皮竹每年3-6月为开花季节,早上5-7时开花散粉,而水稻则在上午10时左右才开花散粉。钟章美通过温汤处理并拍打稻穗等方法,水稻终于在早上5-7时提前开花。

    选择何种水稻进行杂交是另一个考验。1970年,钟章美尝试选用"铁骨矮"、"广解九号"、"科情3号"做母本材料,均杂交配对失败。最后,他采用籼稻与粳稻杂交,并把杂交后所得的材料作为中间桥梁,再与青皮竹杂交。

    1971年,钟章美终于得到三粒竹稻杂交种子。三粒种子均发芽,但其中两株半途夭折,仅剩的一株禾苗经过736天的种植,长到2.5米高才开始抽穗,一共抽出14穗谷子,穗长一尺多,但都不结实。

    正当研究陷入困境时,时任中国农林科学院院长的金善宝听到消息后,专程从北京赶来考察竹稻。为了解决远缘杂交后代不育的难题,金善宝指导钟章美用秋水仙素进行处理,终于得到162粒种子。"有了种子就说明竹稻可能得到后代。"

    竹稻杂种后代的特点是表现优势大,分蘖力强、根粗叶旺、茎叶坚实、秆壁厚、硬度大、叶片长且硬等。但由于染色体重组,稳定性被动摇等原因,竹稻的杂种后代严重分离,出现生育期变异、结实变异、发芽力变异和形态变异等情况。

    为此,钟章美将竹子与水稻超远缘杂交成功的材料与水稻不断回交、复交,经过十六七代的培育,终于得到比较稳定的"竹稻966"和"竹稻989"等。

    基因检测的争议

    由于缺乏资金等客观原因,基因检测无法完成,竹稻在学术上一直存在质疑,不过也有专家认为,竹稻超远缘杂交的成功不用怀疑

    2003年,钟章美与梅州市农校开展竹稻研究合作,并邀请福建农林大学作物遗传改良研究所的专家为"竹稻966"和"竹稻989"进行遗传组成的检测。结果显示:初步推断"竹稻966"和"竹稻989"的基因组中含有来自"青皮竹"基因的成分。

    与此同时,一些专家提出了学术上的质疑。有专家认为,竹稻仍然需要更高层次的检测认定,来确定是否含有竹子基因;也有专家提出,需要看水稻杂交后一代、二代等标本,查阅整个选育过程的记录,才能判断竹稻的成分;由于目前的竹稻种经过十多代的培育,生长特性比较趋同于常规水稻,因此还有专家说,竹子基因对竹稻产量、抗性等贡献难以确定,甚至有专家担心竹子有效基因在选育过程中不断流失。

    目前的争议主要集中在基因检测上。"但做一个基因检测就要几百万元,单靠我的力量,根本不可能。"钟章美说。

    华南农业大学农学院副院长刘向东教授相信当时竹稻远缘杂交肯定取得了成功。"钟老保留了很多竹稻品系样本,这些样本确实与普通水稻不同。"

    张英的观点和刘向东一致。在她看来,钟章美所培育的竹稻,从香味、抗旱性、生长特性等外部特点来看,确实具有竹子的特性。她提出,其实不一定从基因学研究才能证明竹稻超远缘杂交的成功,即使做了基因检测,也不一定就可以证实,因为竹子的基因库现在还不完善。广东省农科院水稻研究所副所长王丰也认为,生物的任何性状都是受基因控制的,由于原始的杂交亲本水稻材料丢失,要完全区分竹稻中哪些DNA序列来源于青皮竹,确实不容易,况且青皮竹的基因组测序尚未完成,其基因库还不完善。

    王丰说,钟章美早年一些有关竹稻的材料确实具备竹子特性,而且他记载的数据也相当翔实清晰,比如关于种子不结实的记载,符合远缘杂交后代不育的规律;再比如用秋水仙素处理,用多倍体原理来育种,"这些都是当时业内非常盛行的做法。"

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