武大红莲稻:40年产学研启示录

2010-12-22 09:02 来源: 科学时报
收藏到BLOG

  “一粒种子可以改变一个世界,一个品种可以造福一个民族。”抱此信念,中国工程院院士朱英国和他的科研团队一起求索了近40年。

  因为执著,他们培育的“红莲型”杂交水稻一路飘香,与日本培育的“包台型”和中国工程院院士袁隆平培育的“野败型”一起成为同行公认的三大细胞质雄性不育类型,种子远销东南亚和非洲。

  源于热爱,他们40多年来一直专注于水稻雄性不育与杂交水稻研究,形成了一支基础研究、应用育种与产业化相结合的“魔稻”团队。

  武汉大学,这所拥有悠久历史的综合性学府,为中国红莲稻的孕育注入了优良血统。如今,红莲花开,香溢四方。

从基础中来:坚持原始创新

  “如果把杂交水稻研究比作山,袁隆平的野败型稻就如同泰山之雄伟,朱英国的红莲型稻犹如黄山之神奇。”全国政协委员、湖北省统计局副局长叶青在个人博客上如是说。

  在叶青看来,红莲型和野败型之间的科研重点、技术路线、外部环境大不相同,“野败型长于产业化推广,红莲型的优势则在于基础研究的突破”。

  事实上,基础研究的薄弱一直是世界杂交水稻发展的软肋。武汉大学以基础研究为主体的研究特色正好为红莲型杂交稻的自主原始创新提供了肥沃的土壤。

  在武汉大学生命科学学院,中国科学院院士杨弘远(于2010年11月逝世)领衔水稻等植物的生殖与发育生物学研究;朱英国长期从事植物小孢子发育、植物雄性不育与杂种优势利用研究;中国工程院院士茆智致力于世界领先的新型水稻节水灌溉技术研究。这里人才济济,百花齐放。

  早在20世纪70年代,朱英国及其团队就成功培育出红莲型细胞质雄性不育系红莲A,成为我国杂交水稻发展的重要基石之一,该研究成果于1978年荣获全国科学大会奖。

  随后,他们利用各种分子标记结合RNA表达分析,成功克隆了与红莲型细胞质雄性不育相关的嵌合基因orfH79,和育性恢复基因Rf5、Rf6。“基因成功克隆是理论上的重大突破。”朱英国告诉记者,这搞清楚了“不育”与“恢复”之间的关系,为指导红莲型杂交稻新不育系、强恢复系选育和强优势新组合选配提供了坚实的理论基础,在国内属首例。

  上世纪80年代,朱英国又突破了理论界认定的水稻雄性不育资源只能从野生稻中获得的定式,从水稻农家品种中发现了的雄性不育细胞质新类型,培育出马协型水稻不育系马协A,马协型不育细胞质的创建与利用研究成果荣获2002年国家技术发明奖二等奖。

  野生稻是珍贵的遗传资源。他们从国内外收集了大量的普通野生稻、农家品种,从野生稻转育后代中选育了一批有重要应用价值的抗虫材料,克隆了世界上首个抗褐飞虱基因Bph14,并先后在PNAs、Plant Physiology、Genetics等国际学术刊物上发表论文近30余篇,为我国水稻生产中褐飞虱的防治提供重要的基因和理论支持。

  “创新源于积淀。”朱英国长期坚持植物雄性不育和杂种优势的基础研究,将遗传学、细胞生物学和分子生物学相结合研究其机理,共发表研究论文200多篇,其中SCI收录50余篇,先后合作出版专著4部。

  2005年,朱英国当选为中国工程院院士,并于2007年获得湖北省科学技术突出贡献奖。

 
到应用中去:注重出产品

  “应用研究必须从基础研究入手。”在朱英国看来,做科研不仅要发论文,更重要的是出产品。

  为了确保繁殖优质、高产、亲本,减少杂交稻生产用种的风险,朱英国团队研究出红莲型杂交稻提纯技术,建立了亲本提纯繁殖体系,使红莲不育系大面积繁殖的纯度达到99.96%以上,为红莲型杂交稻实现产业化奠定了坚实基础。

  针对我国杂交水稻高产而不优质、优质而不高产这一难题,他们从水稻优质种质筛选入手,通过分析不育系的综合性状,选择外观好、食味优良、抗逆和抗病性较强、开花习性好、配合力强的优质品种作为骨干亲本,培育不育系和恢复系。

  近10年来,他们成功选育出优质的红莲型不育系珞红3A和红莲型杂交稻组合红莲优6、珞优8号和粤优9号等优质组合,获2004年湖北省科技进步奖一等奖,为优质杂交稻的发展起到重要推动作用。其中,珞优8号最高亩产达876公斤,达到了国家二级优质米标准,2009年被农业部确认为我国第三批示范推广的超级杂交稻品种。

  试验表明,红莲型杂交稻在长江流域、四川盆地、华南地区和河南南部均能种植;经过连续多年在菲律宾、越南、斯里兰卡、孟加拉、莫桑比克等国试种,比当地品种增产20%~50%,出口良种潜力巨大。

  与野败型、包台型不同的是,红莲型杂交稻发展空间更大,适应性更强。据介绍,野败型杂交水稻只能用于籼稻,包台型杂交水稻只能用于粳稻,而红莲型水稻既适用于籼稻,也可用于粳稻。

  在生产实践中,朱英国团队紧密跟踪生物技术前沿,注重将现代生物技术和常规育种技术相结合。在何光存实验室成功克隆世界上首个抗褐飞虱基因Bph14后,他们着力培育出聚合Bph14、Bph15等抗虫基因的水稻两系新不育系Bph68S,配组的杂交稻新品种“两优234”在湖北省通过品种审定,具有高产、优质和抗褐飞虱等特点,并开始大面积推广应用。

  坚持“从基础(研究)中来、再到应用(育种)中去”,是朱英国团队不断取得成功的法宝。在他们取得的一系列科研成果中,已通过湖北省科技厅主持鉴定马协型杂交稻不育系5个、籼型光敏核不育系4个、红莲型杂交稻不育系2个,审定或认定的水稻品种20多个,这些品种在大面积生产示范中均表现出良好的发展前景。

安心干事业:三军齐开颜

  朱英国的办公室不大,里面堆满了资料和书籍。他告诉记者,他的团队由3支队伍组成。一支做基础研究,算上研究生有150多人;一支做应用育种,他们常年在田间工作,“有的已经坚持了30多年”;还有一支负责产业化推广,目前已经成立了两家种业公司。

  在朱英国的团队中,包括“长江学者奖励计划”特聘教授2名、“973”项目首席科学家2名和从国外引进的一批骨干人才,其中青年教授学者12名。经过40年发展,目前已逐步形成了一支结构合理、学风严谨、团结奋斗、相对稳定的学术队伍,先后被评为国家创新研究群体、教育部创新团队、湖北省创新团队等。

  2002年,在武汉大学产业部的支持下,武汉武大天源生物工程公司成立,负责推广红莲优6。2006年,课题组采用转让形式,将珞优8号品种权转让给深圳市俊达成股份公司,成立武汉国英种业有限公司。

  统计表明,红莲型及其姊妹系列——马协型这两个新的细胞质雄性不育系和多个籼、粳光敏核不育系新品种,在湖南、河南等全国20多个省市累计推广种植面积达4000余万亩。

  “近几年杂交水稻发展很快,但必须要有多样性。”朱英国向记者透露了他的担心,“基因一致的农作物品种的广泛采用,使农作物更容易遭受病虫害。”因此,杂交水稻多样性推广对保障国家粮食安全的意义不言而喻。

  历史经验证明,朱英国的担心并非空穴来风。上世纪70年代,暴发于美国南部的玉米叶斑病使美国的玉米产量锐减15%。同样的教训在爱尔兰显得尤为惨痛,由于当地农民只种植单一品种的土豆,当土豆枯萎病暴发时,引发了全国性饥荒,人口数量急剧下降。

  值得关注的是,2009年,红莲型杂交水稻珞优8号在越南创下3项第一:单个品种销售量第一,单个品种种植范围第一,品种综合质量评比第一,并被越南农业部授予粮食安全金奖。

  对于荣誉,朱英国显得非常淡然。他说,科研需要艰苦奋斗,创新就是扎扎实实工作,“令人欣慰的是,在市场经济大潮的冲击下,我们的团队都坚定不移地走在第一线”。