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大豆1年可繁4代,水稻60天收获!他们是怎么做到的?

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生物技术育种 2021-09-17 21:33

近期,中国农业科学院作物科学研究所大豆育种技术创新与新品种选育创新团队利用我国黄淮海和华南地区夏季相对较短的日照和高温条件,分别实现北方春大豆和黄淮海夏大豆的异地夏繁2代,成功构建了完全依赖自然光温条件的低成本、高效率大豆快速育种技术体系。8月17日,该研究成果在线发表于《植物科学前沿( Frontiers in Plant Science )》上。

常规育种是通过品种间杂交创造遗传变异,选育出基因重组的新品种的方法。在大豆杂交育种过程中,从杂交组配到品种审定至少需要经过10个世代,其中前5-6个世代主要进行杂合材料的自交纯合,整个育种过程十分费时费力,严重制约了大豆性状改良的速度。因此,通过加快早期世代的自交繁殖速度来缩短育种周期一直是大豆育种工作者追求的目标。

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中国农业科学院作物科学研究所大豆育种团队在对大豆光温反应特性和我国各地生态条件进行长期深入研究的基础上,利用我国黄淮海和华南地区夏季相对较短的日照和高温条件,分别实现北方春大豆和黄淮海夏大豆的异地夏繁2代,结合冬季南繁、鲜粒直播和分子标记辅助选择(MAS)技术,成功构建了完全依赖自然光温条件的低成本、高效率大豆快速育种技术体系。

据韩天富研究员介绍,该技术主要包括以下环节:

(1)在春、夏、秋季,将北方春大豆和黄淮海夏大豆育种材料,分别种植在比其原产地日照更短、温度更高的黄淮海华南地区使其在自然条件下完成异地繁殖2代(统称夏繁)

(2)将植株中下部处于鼓粒后期的新鲜种子从荚果中剥出后不经干燥处理直接播种,进一步缩短大豆单个世代的繁殖周期;

(3)冬季在海南岛繁殖2代(冬繁);

(4)对高代材料(如 F 5 )进行 E 1 -E 4 等生育期相关基因的检测,根据单倍型组合预测其生育期组和适宜种植区域。

上述快速育种系统,有效整合了异地夏繁和冬繁加代鲜粒直播分子标记辅助选择技术可在自然条件下实现1年繁殖4代实现大规模、低成本的大豆快速育种该方法对其他短日照作物育种效率的提高也具有借鉴价值。

该研究成果于2021年8月17日在线发表于《Frontiers in Plant Science》。中国农业科学院作物科学研究所硕士毕业生房裕东、博士毕业生王立伟和Enoch Sapey为共同第一作者,韩天富研究员与孙石研究员为共同通讯作者。该研究得到国家重点研发计划、国家现代农业产业技术体系及中国农业科学院农业科技创新工程的资助。

论文链接:

https://doi.org/10.3389/fpls.2021.717077

不光光是大豆,水稻育种也加速了。近日,中国农业科学院都市农业研究所植物工厂创新团队与中国水稻研究所钱前团队合作,在植物工厂环境下成功实现水稻种植60天左右收获的重要突破,将传统大田环境下120天以上的水稻生长周期缩短了一半。这为加速作物育种提供了新的技术途径。

水稻抽穗(图片由受访者提供)

据团队首席科学家、都市所研究员杨其长介绍,这次试验的水稻是由钱前团队提供的矮秆品种,其株型较矮,空间利用率高,适合在植物工厂环境下进行多层立体栽培。

据了解,这次水稻种植试验是在有四层栽培架的全人工光植物工厂进行的,采用定制光谱的LED光源为水稻不同生育期提供最佳的光环境,将水稻种植在营养液栽培槽中,根据不同时期的营养需求精准供给养分。同时,植物工厂内部的环境要素,如光照、温度、湿度、二氧化碳浓度等都受到精准调控,为各生育阶段提供最佳生长环境。

在供试的6个矮秆品种中,2个品种表现出较高的产量潜力,定植后45天抽穗,63天收获,单株分蘖数达89个,单层栽培架的综合产量为每平方米0.98公斤,相当于亩产650多公斤。

中国科学院院士、中国农科院作物科学研究所所长钱前表示,高效的育种产业是保障国家粮食安全的关键。使用传统育种方法,通常一年只能产生1至2代,即使在温室环境下或在热带地区,一年也只能产生2至3代。

“对于大多数作物来说,要想培育出新的优良种质,需要经过若干代繁殖,通常需要几年甚至数十年时间。依靠植物工厂技术,打破了这个时空瓶颈。”钱前说。

在植物工厂里,通过调控环境与营养要素,能够显著提升作物的光合作用速率,诱导早期开花和促进作物快速生长,大幅缩短作物生育周期,实现“快速育种”。植物工厂育种加速系统可不受土地、空间和气候条件的约束,建在实验楼或育种单位附近,一年四季均可进行加代育种。

杨其长表示,未来有望实现每年6茬以上的“快速育种”,栽培层数可以达到10层以上。这一技术的突破为水稻与其他作物的加代育种和高效栽培提供了新思路。下一步,研究团队将针对植物工厂环境可控以及多层立体栽培的特征,选育出适宜植物工厂种植的水稻品种,提高产量水平。

“目前这项研究刚起步,我们期待未来水稻可以实现精准营养供给和光温调控,可以实现无菌空间和立体栽培、全程机械化,农民可以到工厂进行操作。”钱前说,这项研究不仅改变了传统的育种与栽培方法,而且为未来工厂化栽培奠定基础。

综合自:国家大豆产业技术体系、新华社、人民日报

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