從2020年度國家科學(xué)技術(shù)獎勵大會上獲悉，中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物科學(xué)研究所王天宇研究員牽頭完成的“玉米優(yōu)異種質(zhì)資源規(guī)模化發(fā)掘與創(chuàng)新利用”項目獲國家科技進步二等獎。

 

　　玉米是我國重要的糧飼兼用作物，種植區(qū)域廣泛，生產(chǎn)條件復(fù)雜多樣，其中病害和干旱是阻礙玉米產(chǎn)業(yè)發(fā)展的主要因素，培育抗病、抗旱新品種是解決這一問題最經(jīng)濟、最有效的途徑，而加強種質(zhì)資源發(fā)掘與創(chuàng)新是培育抗病抗旱新品種和驅(qū)動種業(yè)發(fā)展的根本。種質(zhì)資源的研究與利用是一項系統(tǒng)工程，具有基礎(chǔ)性、復(fù)雜性、長期性和公益性的特點，不能一蹴而就。中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物科學(xué)研究所以國家科技攻關(guān)等項目為紐帶組建攻關(guān)團隊，針對我國玉米種質(zhì)資源多樣性匱乏、育種所利用優(yōu)異種質(zhì)遺傳基礎(chǔ)狹窄及研用銜接不緊密等突出問題，圍繞東北、黃淮海和西南三大主產(chǎn)區(qū)玉米育種和產(chǎn)業(yè)發(fā)展需求，20多年來，在拓展我國玉米種質(zhì)資源基礎(chǔ)上，以抗病、抗旱、配合力等重要育種性狀為抓手，攻克規(guī)模化鑒定評價技術(shù)難題，實現(xiàn)抗病抗旱性狀的規(guī)模化鑒定發(fā)掘，并在創(chuàng)新利用等方面取得突破，產(chǎn)生顯著社會、經(jīng)濟和生態(tài)效益。

 

 

　　巧婦難為無米之炊，我國不是玉米起源國，種質(zhì)資源多樣性匱乏由來已久。為了豐富我國玉米種質(zhì)資源的多樣性，項目牽頭人王天宇與同事們共同努力，親力親為、不辭辛苦蹲點到玉米種質(zhì)資源“富集區(qū)” “特色點”考察收集不同類型種質(zhì)資源；針對有價值玉米種質(zhì)資源收集困難的局面，還建立了“項目帶動入庫” “榮譽證書” “瑞士銀行制”等措施，從全國范圍內(nèi)征集代表性材料；與此同時，克服重重困難與壁壘，想方設(shè)法結(jié)合國際合作項目從美洲、歐洲、東南亞等國家新引進不同類型玉米種質(zhì)資源。經(jīng)過長時間的努力、積累，使庫存資源數(shù)量增加了110%，地方品種種族增加到146個，國外種質(zhì)資源占比從12%提高到28%，極大地豐富了我國庫存玉米種質(zhì)資源，實現(xiàn)了量與質(zhì)的同步提升，不僅為我國玉米育種與產(chǎn)業(yè)可持續(xù)發(fā)展擴充了戰(zhàn)略儲備，也為優(yōu)異種質(zhì)資源發(fā)掘及育種利用奠定了扎實的材料基礎(chǔ)。

 

 

　　針對育種上急需抗病、抗旱、高配合力種質(zhì)資源的重大需求，項目組協(xié)同創(chuàng)新抗病、抗旱精準(zhǔn)鑒定技術(shù)6項，極大地提升了鑒定結(jié)果的準(zhǔn)確性。組織建立“病窩子”自然發(fā)病初鑒和人工精準(zhǔn)評價相結(jié)合的玉米主要病害規(guī)模化鑒定技術(shù)配套，使抗病鑒定能力提高12倍，在新疆、甘肅、內(nèi)蒙古搭建的玉米抗旱鑒定平臺年鑒定能力較2000年前后提升了約20倍。創(chuàng)建雜種優(yōu)勢類群分子劃分新技術(shù)，使獲得鑒定資源類群結(jié)果時間由一年縮短至15天，搭建玉米雜種優(yōu)勢類群劃分和配合力規(guī)模化鑒定平臺，填補了11137份資源的雜種優(yōu)勢類群信息空白。玉米種質(zhì)資源的鑒定篩選是漫長、艱辛的，玉米生長表現(xiàn)的關(guān)鍵時節(jié)往往是一年中最炎熱難捱的時候，王天宇研究員帶頭在密不透風(fēng)的玉米田中觀察、記載、標(biāo)記目標(biāo)性狀，一站就是一天，吃住田間是常態(tài)。“功夫不負(fù)有心人”，項目組勵精圖治，從13875份資源中規(guī)模化發(fā)掘出雜種優(yōu)勢類群明確的抗病抗旱資源186份，為育種利用奠定了堅實的基礎(chǔ)。

 

　　構(gòu)建高效種質(zhì)創(chuàng)新技術(shù)體系 創(chuàng)新玉米育種利用新材料

 

　　為了盡快將篩選出的優(yōu)異資源應(yīng)用于育種實踐，項目組開展重要性狀的遺傳解析和分子標(biāo)記開發(fā)。利用自主構(gòu)建和引進的巢式關(guān)聯(lián)分析群體，應(yīng)用簡化基因組測序方法進行基因型鑒定，構(gòu)建了玉米超高密度遺傳圖譜（Bin Map），從篩選出的優(yōu)異資源中，挖掘產(chǎn)量、抗旱和抗病等相關(guān)主效QTLs/分子標(biāo)記 78個，克隆基因7個，發(fā)掘雜種優(yōu)勢類群特征分子標(biāo)記308個。綜合應(yīng)用篩選出的優(yōu)異資源、研制的技術(shù)和分子檢測信息等，構(gòu)建抗旱抗病種質(zhì)穿梭改良、導(dǎo)入系種質(zhì)創(chuàng)新、多親本復(fù)合雜交、分子標(biāo)記輔助選擇等方法融合的高效種質(zhì)創(chuàng)新技術(shù)體系，創(chuàng)制出雜種優(yōu)勢類群明確、目標(biāo)性狀突出的新種質(zhì)46份。進行玉米規(guī)模化導(dǎo)入選擇和抗病抗旱穿梭改良是項目組在玉米上提出并實施的新方法，實踐證明效果顯著。以篩選出的優(yōu)異資源為供體、骨干自交系為輪回親本，獲得含供體12.5%和25%的導(dǎo)入系6200個，通過在新疆、甘肅、北京、海南等地高強度脅迫，篩選出抗旱、抗病導(dǎo)入系13份，經(jīng)分發(fā)共享，以此為基礎(chǔ)材料育成品種16個；經(jīng)抗病抗旱穿梭育成的XP6群體抗旱性強，且兼抗小斑病和莖腐病，用其為基礎(chǔ)已育成品種6個。創(chuàng)新種質(zhì)為可持續(xù)育種提供了優(yōu)良的親本來源。

 

　　為了提高玉米種質(zhì)資源的利用效率，項目組創(chuàng)建“技術(shù)、材料、信息三位一體”的玉米種質(zhì)資源高效共享利用體系，讓優(yōu)異種質(zhì)資源為全國同行所知所用。自2005年開始，王天宇帶領(lǐng)課題組率先舉辦全國性的優(yōu)異玉米種質(zhì)資源田間展示，讓育種家“看得見、摸得著、可追溯”，得到業(yè)內(nèi)普遍認(rèn)可。迄今已無償向全國科研育種教學(xué)單位及種子企業(yè)等分發(fā)共享玉米種質(zhì)資源3萬份次以上，在提供育種利用的同時，還支撐科研、教學(xué)等單位完成國家自然科學(xué)基金、973等各類項目、發(fā)表學(xué)術(shù)論文和培養(yǎng)碩士、博士高水平人才，輻射帶動作用大，取得顯著社會效益，推動玉米學(xué)科整體進步。這種不計名利、一心為公的奉獻(xiàn)精神受到大家廣泛稱贊。

 

 

　　豐富種質(zhì)資源多樣性基礎(chǔ)，鑒定發(fā)掘與創(chuàng)新優(yōu)異玉米種質(zhì)資源，其終極目標(biāo)是解決生產(chǎn)中存在的關(guān)鍵問題，推動種業(yè)科技進步，使我國糧食安全、生態(tài)安全得到保障。為此，項目組構(gòu)建了定向組配和定向選擇相結(jié)合的玉米生態(tài)育種模式，開展類群間定向組配和目標(biāo)性狀定向選擇，利用創(chuàng)新種質(zhì)育成抗病抗旱高產(chǎn)新品種22個，其中18個品種抗病性突出、8個抗旱性強，17個區(qū)試產(chǎn)量超對照8%以上，3個被選為區(qū)試對照。截至2016年，項目組內(nèi)培育品種已應(yīng)用1.9億畝。另據(jù)不完全統(tǒng)計，項目組外單位利用項目組提供的優(yōu)異種質(zhì)資源育成新品種94個，累計應(yīng)用3.8億畝。這些抗病抗旱高產(chǎn)新品種在生產(chǎn)中的利用，節(jié)約了農(nóng)藥和水資源用量，在推動玉米綠色發(fā)展中邁出了可喜的一步，取得顯著經(jīng)濟、社會和生態(tài)效益。

 

　　近五年來，王天宇研究員作為國家玉米良種重大科研聯(lián)合攻關(guān)專家委員會秘書長，不計個人得失、兢兢業(yè)業(yè)為全國同行服務(wù)，積極參與玉米攻關(guān)工作的頂層設(shè)計，課題組加強了鑒定篩選符合綠色、高效發(fā)展要求優(yōu)異種質(zhì)資源的力度，拓建了國家機收籽粒玉米品種測評體系和玉米綠色品種指標(biāo)體系，促進我國實現(xiàn)玉米高效、綠色發(fā)展，為全面提升我國玉米生產(chǎn)的國際競爭力作出了積極貢獻(xiàn)。