小小芝麻 大大成果

新华网2017-01-10 08:23:29

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在日常生活中,几乎没有人没接触过芝麻或芝麻油,谁都知道芝麻是重要的优质油料作物。但是,很少有人知道,我国是世界芝麻生产与科研强国! 河南省农业科学院芝麻研究中心“十五”以来,在芝麻...

在日常生活中,几乎没有人没接触过芝麻或芝麻油,谁都知道芝麻是重要的优质油料作物。但是,很少有人知道,我国是世界芝麻生产与科研强国!

  河南省农业科学院芝麻研究中心“十五”以来,在芝麻基因组、重要性状遗传解析、优异种质创制、分子标记辅助育种等芝麻遗传育种研究领域取得了重大突破,创制出一批突破性优异新种质,建立了复合杂交与分子标记选择相结合的聚合育种技术体系,实现了多个优异基因的聚合,选育出一批优质、高产、稳产芝麻新品种,显著提升我国芝麻品种的稳产性、专用性和机械化适应程度,在新疆5.98亩土地上创造出亩产268.8公斤的世界最高纪录!……这些科研成果是芝麻研究中心主任、国家芝麻产业技术体系首席科学家张海洋研究员团队十多年来努力奋斗的结果,也是2016年度国家技术发明二等奖“芝麻优异种质创制与新品种选育技术及应用”的重要组成部分。

  张海洋介绍说,近十年来芝麻研究团队刻苦攻关,取得了一批原创性成果,在芝麻重要性状遗传解析、优异种质创制与鉴定技术、分子育种技术等方面的突破,为我国进一步选育优质高产高效芝麻新品种奠定了坚实的材料和技术基础,对世界芝麻遗传育种研究也将起到巨大的推动作用。

  中国芝麻产量居世界首位,但仍有差不多一半的缺口需要进口来满足实际需求

  我国芝麻年总产量约70万吨,占全球的15%,位居世界首位;加工制品2600多种,远销86个国家,在国际芝麻贸易中具有重要地位。即便如此,与我国年需求芝麻130万吨的实际需求量相比,还有差不多一半的庞大原料缺口,需要进口来弥补;为保障安全供给,迫切需要提高我国芝麻的生产能力。

  然而,在过去的芝麻生产中,我国所用品种一直存在稳产性差、专用性差、不适于机械化种植等突出问题,严重制约着我国芝麻生产的发展。而解决上述品种问题,又面临三方面的技术瓶颈:一是资源贫乏、缺少优异育种材料;二是重要性性状遗传解析滞后、优异基因聚合缺乏理论指导;三是优异种质创制与聚合育种技术相对落后,效率低。

  在新世纪的钟声敲响之际,作为“国家芝麻产业技术研发中心”和“国家油料改良中心河南芝麻分中心”的建设依托单位,河南省农业科学院芝麻研究中心面对国家芝麻产业的发展需求与瓶颈,他们依靠自己的科研实力勇于为国担当。在国家“973”“948”、农业产业技术体系专项、农业行业科研专项等重点项目的资助下,张海洋带领团队开始了优异种质创制与新品种选育技术的研究工作。那时,他们就确定了这样的总体思路:开展优异种质创制与鉴定技术研究,同时进行重要性状遗传解析和分子标记开发筛选;在此基础上,搭建综合高效育种技术平台,选育优质高产稳产新品种。

  十五年协作攻关,在基础理论和应用技术方面取得一系列成果

  整整15年,张海洋团队协作攻关,在基础理论、应用技术方面取得一系列突破,相关核心技术形成四大发明点:

  他们创建了芝麻种间远缘杂交、化学诱变、农杆菌介导遗传转化等种质创制技术体系,首次将染色体加倍、胚培养、桥梁亲本转育技术相结合,攻克了种间远缘杂交幼胚败育的难题,发明了远缘杂交后代分子鉴定技术;将野生种抗病耐渍性状导入栽培种。发明了芝麻EMS高效诱变方法,采用种子诱变后处理技术,使突变体成活率提高32%,可遗传突变率高达0.84%;发明了芝麻愈伤组织诱导与高效植株再生技术,解决了困扰芝麻科研人员几十年的芝麻下胚轴愈伤组织植株再生困难的技术难题;创建了农杆菌介导遗传转化技术体系和外源基因检测方法。创建了完善的芝麻产量、品质、抗病、抗逆等重要性状鉴定与评价技术,显著提升了鉴定的准确性和效率;实现了芝麻品质无损快速检测,使芝麻含油量和蛋白含量测定时间从3小时缩短到2分钟。在上述技术发明的基础上,拓展了创造变异的途径和方法,创制出一批育种中急需的突破性优异新种质,并应用于育种实践。其中,适于机械化种植的4份:有限花序、短节密蒴、多花、抗裂蒴新种质;抗病耐渍新种质3份:高抗枯萎病和茎点枯病、强耐渍;高产优质新种质3份:高油(62.7%)、高蛋白(26.75%)、高木酚素(1.73%);解决了选育适于机械化收获、抗病耐渍、优质专用新品种所需资源材料匮乏的问题,为新品种选育奠定了基础。

  第二大发明点,就是首次绘制出与芝麻栽培种遗传图谱、物理图谱以及13对染色体对应的基因组精细图,发现并定位了一批与重要农艺性状显著相关的主效QTLs、基因位点,发掘出了相关重要基因,为优异基因挖掘奠定了基础。基于芝麻基因组和转录组信息,发掘出芝麻SSR、SNP、INDEL分子标记3581个,为分子遗传图谱构建奠定了基础;构建了首张芝麻分子遗传图谱和高密度SNP图谱,定位与产量、品质、抗病、抗逆等性状显著相关的主效QTL52个,表型解释率均10%以上;基于芝麻核心资源重测序,发掘出与重要农艺性状相关的基因位点58个,显著性<10—8;结合图位克隆和突变体重测序技术,发掘出花序有限等与产量、品质、抗病相关基因6个,发明了关联分子标记,并应用于选择育种,为多个优异基因聚合和分子标记选择育种提供了理论依据和技术支撑。

  第三大发明点是他们发现了芝麻基因组中与产量、品质、抗病、抗逆等重要性状相关的优异基因群13个,发明了与之紧密连锁的分子标记32个;首次阐明了芝麻染色体区段连锁关系与重组热点,针对芝麻重要产量、品质性状受多基因控制的特点,提出了以优异基因群为育种元件开展优异基因聚合育种的观点,实现了应用少数标记精确跟踪选择多个优异性状。创建了芝麻复合杂交与分子标记选择相结合的高效育种技术体系,提高了复杂性状选择的准确性和效率,实现了亲本选配高效、目标性状鉴定高效、后代选择高效,缩短育种周期2—3年。

  第四大发明点,他们利用创制的高效育种技术,将多个优异基因聚合,培育出生产上急需的突破性芝麻新品种6个;显著提升了我国芝麻品种的稳产性、专用性和机械化适应程度。首次选育出花序有限新品种豫芝DS899,短节密蒴新品种豫芝Dw607;这二个品种,株型紧凑、耐密植,成熟一致,解决了芝麻机械化种植品种问题。选育出高蛋白食用型新品种郑芝12号,是目前蛋白含量最高的品种。选育出高油高产新品种郑芝15号,含油量58.66%,区试增产14.42%,实现了高油与高产性状的结合;选育出超高产新品种郑芝13号,创造出亩产268.8公斤的世界最高单产记录。选育出高产稳产新品种豫芝23号,引入了野生种抗源,实现了高产和抗病耐渍的协同提升。

   未来5年,他们要为我国芝麻亩产再提高10%—15%而努力

  通过品种改良提高芝麻单产、降低生产成本对农民增收具有重要意义。张海洋团队 针对芝麻 遗传基础狭窄、育种技术落后等问题,围绕芝麻育种对机械化收获、抗病耐渍、优质专用等性状的迫切要求,在过去的15年里,系统开展了芝麻新种质创制、优异基因聚合、分子标记选择等关键技术研究。

  与国内外同类技术先进性相比,在种质创制方面,国内外未见远缘杂交、化学诱变后代应用于育种的报道,他们选用远缘杂交与化学诱变后代已育成了新品种。在重要性状遗传解析方面,他们的研究率先开发了芝麻分子标记、构建第一张芝麻分子遗传图谱、QTL定位起步最早,数量最多;首次发现了芝麻优异基因群。在育种技术方面,他们首次创建了复合杂交与分子标记选择相结合的高效育种技术体系。在育成品种方面,首次选育出有限花序、短节密蒴芝麻新品种;引入野生种抗源,显著提高了品种的抗病耐渍性;创造出世界最高单产纪录。

  在2011—2015年,这些新品种累计推广应用1257万亩,占全国芝麻面积的30%以上;近三年累计应用850.0万亩,新增产值13.3亿元;创制出的DS899等一批优异种质提供给16家单位利用。目前,获国家授权发明专利11项,审(鉴)定新品种6个,申报新品种权3项;发表相关论文52篇。解决了芝麻优异种质匮乏、育种技术落后的问题,培育出生产上急需的新品种,显著提升了种质创制与育种技术水平,为芝麻学科和产业发展做出了突出贡献。

  张海洋表示,“十三五”期间,他们将进一步加强科研和团队建设力度,打造国际一流芝麻科研团队。重点开展芝麻基因组与功能基因组学、重要性状遗传解析与关键基因克隆、优异种质创制、优异基因及基因群聚技术等研究,为进一步开展优质、高产、稳产、高效芝麻新品种选育提供理论、技术及材料支撑。未来5年,通过技术创新、新品种选育及应用使我国芝麻亩产再提高10%—15%,推动芝麻产业健康快速发展,实现农民增收、企业增效。

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