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四十载追梦开创优良小麦育种新纪元

时间:2018-03-28 14:20:44来源:山东科技报

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一身朴实无华的装扮,一口朴实的乡音,就算数九寒天,他也在温室里仔细地调查着每棵扬花灌浆的小麦新品系。他看起来同农田里劳作多年的老农没有任何区别,但是,一提起获得2017年度国家科技进步二等奖的多抗广适高产稳产小麦新品种“山农20”,就不得不提到他——山东农业大学农学院博士生导师田纪春教授。他循着前人的足迹,带领着他的团队,走过了现代小麦育种的整整四十年,培育出了多个优质小麦新品种,也为小麦育种事业培育了大量人才。
从“营养品质”到“食品安全”
  育种目标前瞻十年设计
  从风华正茂到两鬓斑白,说到几十年的漫漫育种路,田纪春打开了话匣子:“选择小麦育种,是当时我的老师张忠义带来的灵感:他让我测定一个小麦样品的营养构成,我测量之后发现它的蛋白质含量达到16.67%,而一般的小麦蛋白质只有12%~13%。在那个缺衣少食的年代里,这样高的营养价值让我眼前一亮。”就是这个灵感让他们育成了全国第一个高蛋白优质小麦新品种PH82-2-2,并于1993年获得国家发明二等奖。
  随着生活水平的不断提高,人们对食品的加工品质有了更高的要求。为了实现“不用增白剂也要使馒头白起来”的目标,2002年,田纪春团队育成了全国第一个高白度优质小麦新品种——山农优麦3号,2003年,这个品种获得了山东省技术发明三等奖。
  除了传统的馒头、水饺和面条,吃面包的人也越来越多。“而当时的中低筋面粉,根本做不出好吃的面包来。”为了解决这一问题,他的团队在2005年育成了综合指标优异的“山农12”优质小麦新品种,曾被东阿等县30万亩规模化种植并被面粉厂加价收购,其产业化发展优质小麦的模式也引起了当时国务院领导的高度重视。
  随着我国进入社会发展的新时代,人们更加重视食品安全和健康,培育高抗多种病害的小麦新品种是保证食品安全的源头性工作。早在十几年前,田纪春就前瞻性地开始了小麦的抗病育种。获国家科技进步二等奖的“山农20”综合抗性突出,中国农科院植保所鉴定,免疫或高抗(慢)黄淮麦区白粉、条锈和叶锈三大病害。近几年又育成了符合“绿色标准”的中抗赤霉病的“山农 26”和“山农102”新品种。“一个新品种培育一般需要十年的时间,育种目标必须有提前十年的前瞻性。国家现在提倡小麦绿色生产,我们很快审定了抗赤霉病新品种,让人们吃上更放心的健康小麦制品,这是我更高兴的事。”说起这些,田纪春脸上露出了满意的笑容。
  从常规育种到分子标记辅助育种 “山东20”获国家科技进步二等奖
  杂交育种成功的关键,是在性状无指向性疯狂分离的各个世代,各种有利形状能否稳定、明显表达并准确选择和聚合在一起。然而,小麦是六倍体,有三个染色体组共42条染色体,杂交育种的重组和变异变量比其他植物多很多。因此,传统育种方法下,很多抗逆的性状必须经历足够严酷的外界环境才能显现出来——例如抗寒性状,如果连着数年暖冬,这个性状将一直无法在大田环境下被验证。“‘老天爷’不照顾的时候,我们也应该有自己的办法!”田纪春笑道。
  2000年,作为高级访问学者,带着常规育种选择效率较低的问题,田纪春去了美国Connecticut大学和美国农业部研究中心,寻找相关先进技术。在国外半年,他得出包括分子标记法等不同生物技术的适用面以及含有任何基因的新品种,最终都必须经过田间性状选育工序,常规育种者是运用现代生物技术创制新品种的最佳人群的结论。
  在20年前小麦的分子标记辅助育种国内外均没有成熟经验的情况下,田纪春决心建立一套与常规育种全程结合且高效利用的技术体系。于是,他制定了针对我国小麦资源和育种目标,进行小麦分子标记技术创新和应用的10年计划,构建了6个用于不同性状遗传解析的遗传群体(RIL、DH等)和分子遗传图谱,包括2个SNP高密度遗传图谱。由此,田纪春和团队进行了产量、品质、抗病和生理性状的全面数量性状基因定位(QTL)工作,山东农业大学也成为了国内发表遗传图谱构建和基因定位最早的单位之一。
  功夫不负有心人。田纪春育成了聚合多个有利性状基因的“山农20”,获2017年度国家科技进步二等奖;同时发表了40多篇论文,获得了从标记开发方法、分子标记开发和育种应用方面包括“与小麦常规育种结合的全过程多位点分子标记辅助育种技术”的6项国家发明专利。
  值得一提的是,田纪春教授集20年小麦的QTL定位和分子标记辅助育种工作编纂的《小麦的遗传解析和分子标记辅助育种》专著,2014年由中国科学出版社出版。2015年,内容更为丰富的《Genetic Analyses of Wheat and Molecu⁃lar Marker-Assisted Breedin》一套两部英文专著由国际著名的Springer出版社出版,得到澳大利亚著名植物遗传生理家Peter Langridge教授和英国诺桑育种试验站著名小麦育种家Martin Parry 教授等的好评:“两部专著是国际小麦研究领域新的里程碑,由中国小麦研究团队提供的现代小麦研究宏图,为全世界小麦研究者提供了中国经验。”
  从两大麦区审定到全国主推品种 “山农20”创高产记录
  对于此次获得的国家科学技术进步奖,田纪春十分谦虚:“这是一个育种工作者应该做的,国家颁给了这么高的荣誉说明对农业的重视。习近平总书记在颁奖时‘中国人的饭碗里要盛中国的粮食’的嘱托,永远是我们的力量源泉。获奖对我来说是很大的鼓舞,非常感谢团队这些年来的坚持。”
  这次获奖的“山农20”是田纪春育成的十几个品种中的代表性品种之一,审定后第三年种植面积就达到了1000万亩,第六年达到1700万亩,是连续4年推广面积超1000万亩的全国三大品种之一。“该品种实现了抗病、抗旱和抗冻耐寒等基因的聚合,农艺综合性状好。‘山农20’综合抗性突出,高产国家区试(中国农业科学院植保所)接种鉴定,‘山农20’白粉病免疫,条锈病免疫,慢叶锈病,中感纹枯病,是同期参加区试的唯一白粉病、条锈病免疫的品种。河北省农科院旱作所旱棚和大田干旱鉴定,‘山农20’为抗旱性强的品种;2015年山东省科技厅对渤海粮仓种植品种实打验收证明,‘山农20’抗盐碱性优良。2010年‘山农20’以亩产720公斤的产量创下了安徽省当年的最高记录;2012年以亩产 767.8 公斤的产量,获山东省当年高产攻关第一名和粮王大赛总冠军。在农业部万亩方高产创建中,专家组抽取37 点次验收,平均亩产709.7公斤。其中,曹县同一地块有连续3年亩产767.8公斤、751.2公斤和 808.5公斤的高产重复,河南修武县有连续2年亩产795.7公斤以上的高产重复。”
  2016年,“山农20”又获新疆维吾尔自治区审定,生产试验折合亩产578.51公斤,在所有参试品系中排在第一位。2018年“山农20”在天津进入了生产试验,在甘肃进入了第二年区域试验,均表现出很好的适应性,有望在更多麦区审定推广,也有望在与新疆的土壤和气候特点相似的巴基斯坦等“一带一路”沿线国家推广种植。
  从育种到育人 对年轻的农业科技工作者寄予厚望
  不仅是科研方面有所建树,田纪春还曾荣获山东省优秀教师和省优秀知识分子标兵等荣誉称号,特别是“结合作物遗传育种学科特点,培养理论与应用结合型研究生”项目,曾获山东省省级教学成果奖二等奖。
  “种子是生命的最开始,是充满着希望的载体。学生就像一颗颗种子,是国家的未来,也是我们农业和粮食科技工作的接班人,培养好学生与选育出好品种一样重要。第一,我希望学生们能够有一种责任感,现在好好学习就是为将来担负起家庭责任、国家责任和历史的使命奠定基础;第二,学生们要懂得吃苦,懂得奋斗,扎扎实实、勤勤恳恳地努力,一时的挫折不可怕,只要一步一步的向前走,将会造就将来的大成功;第三,要学农爱农,成为既懂生物技术又懂田间育种的专业人才。我要求团队里的每个学生都要参加育种实践工作,都要学会播种计划设计和田间品种选育。”
  山东科技报 山东科技网记者李一凡郎伟超

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