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[转载]山农20小麦获国家科技大奖背后的创新故事

已有 793 次阅读 2018-1-12 09:10 |系统分类:人物纪事| 小麦, 山农20, 国家科技奖 |文章来源:转载

山农20小麦获国家科技大奖背后的创新故事

本期作者:山东农大报

2018.1.8

      2018年1月8日,这是小麦育种专家田纪春教授最难忘的日子。

      国家科技奖励大会在北京人民大会堂举行,田纪春主持完成的“多抗广适高产稳产小麦新品种山农20及其选育技术”成果荣获2017年度国家科技进步二等奖。这是我校自小麦品种PH82-2-2、鲁麦15、小麦新种质“矮孟牛”之后在小麦育种领域获得的又一项重大成果。这个大奖距1997年“矮孟牛”成果获国家技术发明一等奖时隔整整20年,这个大奖再次证明了山东农大在小麦育种界的实力和水平。

      这项成果是田纪春和他的团队用18年辛勤汗水浇灌的,也是他在40年的科研道路不懈追求的结果。本期图文,我们专访了田纪春教授和他带领的小麦育种团队。

17年育成8个新品种

      田纪春1978年毕业留校后,在植物生理教研室从事教学科研工作。小麦生理是植物生理教研室的研究重点,著名植物生理学家郑广华先生大力倡导植物生理研究要为生产服务,很多老师结合主要农作物的生产开展研究。

      田纪春回忆说:“我记得,1978年全国科学大会开过不久,张忠义老师就提出,植物生理不仅要研究如何提高产量,也要研究如何提高品质。”这个观点在40年前刚刚改革开放时是非常超前的。

     1979年10月的一天,张忠义把从中科院西北植物研究所要来的长穗偃麦草与普通小麦远缘杂交的第2代育种材料给田纪春,让他上植物生理实验课时测一下营养成分含量。田纪春认真测定后惊喜地告诉张老师:“这个材料的蛋白质含量是15-16%,比普通小麦高了近3-4%。”

丰收的喜悦丰收的喜悦

    这个结果令张老师喜出望外:“这相当于1斤面粉多出1个鸡蛋的营养。”从此,田纪春跟着张忠义、梁作勤两位老师搞起了优质小麦育种。为了扩大材料的遗传变异,他们对这个育种材料用钴60进行了辐照处理,此后经过农艺和品质性状的多代选育,终于在1992年培育成功PH82-2-2小麦新品种。这是我国培育的第一个生产上应用的优质面包小麦品种。1993年,PH82-2-2成果获国家技术发明二等奖,田纪春作为第三成果完成人获政府特殊津贴,并先后被评为山东省优秀知识分子标兵和山东省优秀教师。

      获奖后张忠义老师于当年退休;令人惋惜的是,梁作勤老师于第二年去世。

      不惑之年的田纪春毅然挑起了我校优质小麦育种研究的重任。他说:“张老师开创了优质小麦育种研究的道路,我有责任把这项研究发扬光大,不断取得成绩。”

     1998年,山东省小麦工程技术研究中心在我校成立,为了组建该中心的小麦品质育种实验室,田纪春及品质育种团队由植物生理教研室调到农学院。在学校、农学院领导和余松烈、于振文两位院士的大力支持下,他们用短短3年建成了全国一流的小麦品质检测实验室,并在田纪春主持的国家发改委大型优质小麦基地项目支持下,2005年成功建成了全国第三个“农业部谷物品质检验监测中心(泰安) ”。从此奠定了我校优质小麦研究多年在全国的领先地位。

      田纪春的小麦品质育种研究不断取得令人瞩目的成绩。从2000年到2016年,他又先后培育山农优麦2号、山农优麦3号和山农11、山农12、山农19、山农20、山农26和山农102等8个小麦新品种。如果说PH82-2-2是营养品质改良的品种,那么新育成的8个品种分别是加工品质改良和健康品质改良阶段的代表性成果。其中,山农11是弱筋品种,山农12是典型的强筋面包小麦品种,满足了国家很长一段时间品质改良“抓两头带中间”的战略需求。山农优麦3号是审定的全国第一个高白度优质馒头新品种,比《小麦粉》国家标准禁止使用面粉增白剂整整提前了10年,深受加工企业的欢迎。近2年育成的山农26和山农102则是赤霉病抗性符合审定要求的新品种,对减少面粉中的呕吐毒素,保证食品安全具有重要意义。本次获国家奖励的山农20小麦品种则是将高产优质结合的一个典型。此外,田纪春还创制出PH85-4、PH85-16等多个优质小麦珍贵种质,被十几家单位利用,并育成了包括大面积推广的良星99等多个小麦新品种。

潜心探索育种新途径

      在育种实践中,田纪春经常思考一个问题,如何能把更多高产、抗逆、优质的基因聚合在新品种中,如何提高育种的效率。他说:“随着产量不断提高,小麦生产存在三个关键问题:一是多种病害及干旱、霜冻等非生物逆境胁迫呈加重趋势;二是常规育种在跟踪聚合优异等位基因方面有一定局限性;三是高产条件下增穗数与倒伏矛盾突出。”他认为,解决这些矛盾,要在育种方法和手段上进行创新、大胆突破。在山农20育种目标确定的同时,他制定了将常规育种与分子标记技术辅助选择结合的技术创新计划。

      小麦的分子标记技术是上世纪八九十年代开始应用的生物技术。作物的产量、抗性、品质等性状是由数量性状基因决定的,育种过程中如果能用分子标记技术对决定某个性状的基因进行标记跟踪,就可以提前知道培育的新品种能够具有什么性状,这可以大大提高育种的针对性。但分子标记辅助选择如何与常规育种不同阶段结合,怎样在育种实践中高效利用却没有现成模式和经验。

     为培育新品种和创制新技术,他带领团队在对1232 份国内外种质和骨干亲本遗传多样性及系谱关系分析的基础上,1999年选择自主育成的PH82-2-2 为中心母本,与11 个不同来源的父本配制组合群。其中与山东省农科院选育的954072 的组合表现突出。PH82-2-2 含有长穗偃麦草血缘,成穗率高、抗逆广适性好;而954072抗病性好,大穗大粒、抗倒伏性强。在其后代系谱选育中,科研人员根据不同世代的选择重点和难点,进行了品质、抗病和产量等性状的标记辅助选择。

      在此过程中,他们构建和使用了6个同组自交系和双单倍群体的分子遗传图谱,开发验证了22 个使用效果好的分子标记,为分子标记辅助选择提供了必要前提;他们还创制了18 份含有产量、抗病等有利基因位点的亲本材料。在此基础上,结合山农20 的选育,创建了获国家发明专利的“与常规育种结合的全程多位点标记辅助选择技术”,为聚合抗病、高产等性状的新品种培育提供了技术支撑。利用该专利,除山农20外,项目组近2年快速育成了综合抗性同样优异的山农26、山农102等审定品种;安徽隆平高科种业公司、江苏大华种业公司等6 家公司也育成了130 个稳定品系,其中26 个正在参加国家和省各类区域试验。

田纪春教授在山农20 实验田田纪春教授在山农20 实验田

       由于有了科学的育种技术路线和先进的育种方法,山农20能够把抗性、产量、品质的优良特性聚合在一起。它有四个突出特点一是综合抗性突出。该品种对严重危害小麦生产的白粉病、条锈病免疫;它的抗旱性达 2 级(强)标准。二是广适稳产。山农20通过了国家黄淮南部、北部两麦区及新疆维吾尔自治区审定,适宜7 个冬小麦主产省种植,在高产水浇田、旱地和盐碱地均可大面积推广。三是产量高。经农业部对37 个万亩高产创建方抽样验收,山农20平均亩产709.7公斤;曾在5个省创当年当地高产纪录;2016年在山东、河南两省三个示范方创造了亩产超800 公斤的高产。四是品质优。山农20是优质中筋品种,被农业部评为蒸煮品质优良的小麦。

      田纪春说,运用分子标记辅助育种技术,让育种的目标和方法更加明确,提高了育种效率,促进了育种水平的提高。2017年1月在由中国工程院刘旭院士、赵振东院士等专家参加的成果评价会上,专家们认为,这项成果“在常规育种与多位点分子标记辅助选择技术相结合方面达到国际领先水平。”

协同攻关创高产

      搞农业研究强调“良种良法配套”,田纪春团队在山农20的研究过程中,也把育种研究与栽培研究相结合,开展协同创新。田纪春说:“到生产中考察品种,王振林教授等栽培专家经常和我们一起,大家共同研究山农20在生产中的问题,提出加强栽培管理的技术措施。”

      栽培专家通过播期、群体构建与调控、肥水运筹等试验,专门针对山农20 提出了高产超高产的个体与群体、肥水调控和产量结构指标:群体达到亩穗数45-55 万、穗粒数34-37 粒、千粒重44-49 克,既能实现亩产650公斤以上高产又能实现800公斤左右的超高产。他们还创建了“增群体、防倒伏、增穂重”的山农20 高产超高产栽培技术,实现了增穂不倒、穗重不降、大面积高产稳产的目标。得益于良种良法配套,2016 年山农20分别在山东、河南三个地点创出了亩产超过800公斤的高产,成为农业部实打验收的全国第一个同年份重复超过800公斤的品种。

     由于在产量、抗性、品质等方面均表现出色,山农20成为农业部主导品种。该品种在审定后第三年(2013 年)推广面积就超过了1000 万亩,并连续四年年推广面积超1000万亩,是全国种植面积最大的三大品种之一,目前已累计推广8016.7万亩。

“育种是最幸福的事业”

     了解田纪春的人都知道,他对小麦育种到了痴迷的程度。他平日里想的是育种、和大家交流谈的是育种。他说:“我这人没别的兴趣爱好,育种就是让我最快乐的事,就是我最大的爱好。”

      问他为什么对育种如此着迷,他深思片刻对记者说“我是从农村出来的,工作以后又经常到农村跑,知道农民对优良品种的期望。有了好收成,粮食能卖好价钱,农民高兴咱心里也快乐;遇到病害、自然灾害粮食减产,我也和农民一样伤心难过。我们搞农业科学研究,不就是要生产更多的粮食、让农民有更好的收成、让企业有更多的利润吗?”

      正是基于这个想法,田纪春在科研中总是考虑如何提高产量、如何减轻病害、如何增强抗性,以及市场需要什么样的品种、现在的品种如何改良等问题。他说:我们搞育种的必须要看到未来十年的育种方向,这样才会把握主动。这就是我们科研的动力。

      也许有些人觉得这些科研人员整天和麦子、土地打交道会单调、枯燥,但田纪春却不这么看。他说:“搞育种是最幸福、最充满希望的事业。”从我们把种子播到地里那一刻开始,就盼着出苗;出苗后又盼着返青、拔节,然后再盼着开花、灌浆、抽穗。一天天生长的麦苗,既像是自己做的艺术品在逐渐完美,也像是自己的孩子在一天天长大。这里面有无穷的乐趣。当你用育种手段把一个个品种性状问题解决了,那种幸福感是别人无法体会的。

2015年山农20小麦在盐碱地获亩产517.08公斤高产2015年山农20小麦在盐碱地获亩产517.08公斤高产

       也正是有这种幸福感和希望,田纪春有空就爱看麦子,天冷的时候他喜欢到温室看,去一趟温室,也等于散散步;天暖和了,他就喜欢到试验田里跑,一头扎到地里不知道什么时候出来。

      正是凭着这种对事业的痴迷,田纪春四十年来在科研道路上孜孜以求、不懈攀登。如今早已是花甲之年的他依然不知疲倦地工作。他办公室的灯晚上经常亮到大楼关门,他每年总要有80多天在外考察小麦生产。对他来说,这就是最大的快乐和满足。

田纪春教授在山农20收获现场田纪春教授在山农20收获现场

       田纪春告诉记者:“我们的粮食生产由过去的追求产量到强调质量再到现在强调绿色发展,都是为了保障国家粮食安全,满足人民群众对美好生活的向往,解决农业生产经常出现的发展不充分不协调问题。农业科技工作者担负着解决这些问题的神圣的使命。虽然已经过了退休的年龄,但我依然热爱这份事业,愿意继续培育新的品种,为国家的农业现代化作出自己的贡献。”

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