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自治区牧草与特色作物生物技术重点实验室——

打造优良特色作物种业“芯片”

实验室培养的不飞絮杨树幼苗。
正在培养的马铃薯芽。
哈斯阿古拉教授查看实验室作物长势。
用瞬时表达技术探究大豆花叶病毒机理的本式烟草叶片。
  □文/本报记者  白莲  图/胡红波

  采撷一颗颗原生种子,通过现代生物育种技术手段,精心呵护它们发芽、成长,培育适应本地环境条件的牧草和特色作物新品种,是自治区牧草与特色作物生物技术重点实验室(以下简称实验室)科研人员十余年如一日坚持在做的事。

  优良品种、突破性品种的成功培育,来自种质资源的挖掘利用,作物品种的种质资源被称为种业“芯片”,是培育新品种的基础。

  利用我区丰富的特色植物资源,通过现代栽培及生物技术,提高作物的产量和品质,培育自主知识产权的牧草与特色作物品种,是重点实验室成立的初衷和主要攻关方向。

  实验室自2003年成立以来,以国家科技发展方针为导向,面向国际科技发展前沿,紧密围绕自治区农牧业生产实际需求,立足依托单位内蒙古大学生物学学科基础和优势,通过科研创新打造特色种业“芯片”,为自治区牧草与特色作物改良基础研究和草原生态环境保护建设奠定基础。

  破解“抗逆性”难题

  破解“抗逆性”难题,开展植物抗逆分子生物学研究,对于自治区牧草和优势作物培育有着重要意义。

  内蒙古属于我国干旱半干旱区,存在大面积盐碱化、荒漠化土地,且冬季寒冷、持续时间长,干旱、寒冷的气候环境加上土地盐碱化等危害极大的非生物逆境,成为制约我区农牧业产业发展的重大科学问题。

  在大自然的基因库里,寻找对需要改良的种质资源有价值的遗传特性,是育种科研工作者们进行新品种培育的源头活水。

  在过去十多年中,实验室植物抗逆性研究团队一方面系统掌握了内蒙古特有天然抗逆境植物分布和种属信息,另一方面深入研究了长叶红砂、沙冬青、白刺等植物在盐渍土环境中耐盐性的生理机制,并且利用现代分子生物学技术对耐盐性的分子遗传背景进行了有效探索。

  王迎春教授告诉记者,分子生物学技术全面系统地挖掘这些天然抗逆境植物体内抗逆境基因,阐明抗逆相关基因的分子功能及作用机制,为培育高产优质牧草新品种及北疆生态环境建设提供科学依据。

  内蒙古是我国重要的牧草基地,是三大苜蓿主产区之一,然而,在干旱、半干旱地区盐碱土壤上种植推广的苜蓿品种很少,制约了苜蓿的种植和推广应用。

  现在,培育高产、抗逆苜蓿新品种成为自治区牧草育种科研工作者们的重要科研任务之一。随意推开一间植物人工培养实验室的房门,看到的都是满眼的绿意,其中不乏紫花苜蓿的身影。

  在齐艳华教授的实验室,采用雾培技术培养的紫花苜蓿长势旺盛。该技术实现了温度、湿度、光照、营养液等培养条件可控模式化研究,将紫花苜蓿原本一年收获2-4茬提高至8-10茬,实现了一年四季苜蓿鲜草的生产,为创立智能植物工厂、大规模生产优质苜蓿提供了技术支撑。

  “我们的中长期目标是应用植物学、分子生物学及生物技术等多学科手段,开展我区重要抗逆植物、牧草及特色作物种质资源收集和保存,抗逆性形态学基础、生理特性、分子机制等研究,培育适宜在本地区种植的抗逆高产优质牧草与特色作物新品种。”实验室主任哈斯阿古拉教授告诉记者。

  把论文写在大地上

  “羊草种质资源背景复杂,种子结实率、发芽率低,随着自然条件恶化,产量越来越少,正面临危机。目前,提高内蒙古草原羊草覆盖率,亟需依靠人工获得。”正在做实验的博士生马利娟告诉记者,现在,羊草团队率先在国内建立起完整的野生羊草品种愈伤组织转化体系,通过人工驯化繁育获得羊草植株。体系建成后,为羊草品质、产量提升奠定了基础。

  羊草是草原重要的建群种、乡土物种、优质饲草。内蒙古大学对羊草的研究有着深厚的历史渊源,自建校以来,该校师生围绕羊草草原生态学开展了大量深入系统的研究。

  1962年,生物系赵一之教授,发表了内蒙古大学第一篇羊草论文《羊草草原产量形成的因素探讨》。而早在1956年,内蒙古大学第一任常务副校长李继侗先生,亲自实地考察了位于呼伦贝尔盟谢尔塔拉牧场及莫达木吉苏木羊草草原,进行了植被调查,建立了草原定位监测样地。1979年,该校刘钟龄教授在锡林浩特市白音锡勒牧场进行围栏封育,建立业内知名的“羊草样地”,40多年坚持进行植被监测。依托这些研究平台,如今,祁智教授等组建了“羊草生物学研究团队”,已发展成为国内以单一草原植物为研究材料,研究方向最完善的一流研究团队。

  培育特色作物优良新品系

  在本式烟草的叶片上,科研人员拿黑笔认真画着一个个小圆圈做标记,然后将含有病毒和基因的接种液注射入标记处,观察注射部位基因的抗性。

  这种瞬时表达技术,以我区特色主栽作物大豆为研究材料,重点探讨了病毒的致病机理,为培育抗病高产种质材料和分子育种奠定了基础。同时,对大豆种质资源进行内蒙古地区种植及品质产量评估,选育适合在东部地区种植的优质高抗大豆新品种,以期为农牧业发展和农业政策调整提供科技支撑。

  哈达教授告诉记者,农作物病害是严重危害产量和品质的限制因素,团队目前还在做自治区特色作物向日葵抗列当的相关防控研究,该研究建立了宿主及寄生植物的基因沉默方法,阐明向日葵列当的寄生机理,为培育抗病高产种质材料和分子育种奠定基础。

  农业以种为先。据统计,良种在农业增产中的贡献率达45%以上,是农业科技原始创新与现代种业发展的物质基础。我区作为国家重要的商品粮和特色农产品生产基地,拥有大豆、玉米、向日葵、马铃薯、小麦、水稻等6大主栽作物,还有油菜、荞麦、甜瓜等丰富的特色种质资源,通过育种创新,将资源优势转化为产业优势,有着重要战略意义。

  熊志勇教授团队将国际上最先进的精准分子育种技术应用于我区优势作物马铃薯育种研究,改良马铃薯重要农艺性状。目前,团队已经建立高效、多基因、多靶点的马铃薯基因组编辑技术体系,获得多个龙葵素含量极低、支链淀粉含量高和抗低温糖化的自主知识产权马铃薯新品系。

  “其中,低龙葵素新品系在马铃薯发芽或变绿的情况下,龙葵素含量低于国家标准,即获得马铃薯发芽或变绿无龙葵素毒害的马铃薯,从而消除了食品安全隐患;高支链淀粉新品系的支链淀粉含量由原来的80%左右提高到99.1%,使马铃薯淀粉有更好的工业用途;此外,抗低温糖化新品系在低温储藏1个月后,油炸薯片维持商品级水平,解决了马铃薯低温糖化引起的油炸薯片变黑难题。”熊志勇教授介绍说,以上指标均优于或不低于国际报道的成果技术指标,这些成果为马铃薯功能研究提供了强有力的方法和工具。

  在李东明研究员的实验室里,本土的谷子品种和来自其他地区的谷子品种正在进行生长周期和穗长等试验数据比对,结合传统杂交育种与现代分子育种方法,筛选和培育产量、口感更优的谷子新品种。

  “通过各项实验数据比对后我们发现,内蒙古谷子的品质最优。将营养、外观、产量等不同优异品质定向聚合到一起,实验室每年都会培育一些适合本地的新的品系,今年又有2个品系将要申报新的品种鉴定。”李东明研究员表示,研发培育拥有自主知识产权的新品种,将为新旧动能转换和农牧业高质量发展提供强大的技术支撑。

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