如何在增加粮食产量的同时,控制水稻生长过程中产生的甲烷?英国《自然》杂志在23日公开发表的一项植物科学研究中,介绍了一种新研发的高淀粉水稻品种——S USIBA2,有望解决这一困扰农业科技界的难题。 该研究由中国福建省农业科学院、瑞典农业科学大学和美国太平洋西北国家重点实验室10多位专家,历时10年国际合作完成。 稻田产生的强效温室气体甲烷对全球气候变化有重要的影响。研究表明,甲烷是仅次于二氧化碳的第二大温室气体,其吸热增温效应是二氧化碳25倍,占全球温室效应的20%。每 生产100公斤稻谷,将向大气排放14公斤甲烷。 研究团队通过10年研究和大量前期工作,成功将大麦的转录因子植入水稻,有效调节水稻中碳水化合物的分配,使光合作用的产物,更多地储存于稻谷等地上部分,而 不是储存到水稻地下部分,从而减少甲烷排放。 三年试验表明,SUSIBA2水稻减少甲烷排放、增产稻谷的表现良好。这一技术全年可减少稻田甲烷排放50%以上,同时提高每公顷稻田产量4%。 专家团队认为,此项研究提出了一种新理念、新思路,距离选育出可供大面积推广的新品种还很远,但至少看到了甲烷减排、增产稻谷的新曙光。 据中国农业部统计,2014年,中国水稻总产量2.09亿吨,全球水稻总产量约7.34亿吨。若该成果的应用研究未来取得突破,选育出低甲烷的水稻新品种,按减排50%推算,预 计每年将使中国稻田甲烷减排1464万吨,全球稻田甲烷减排5136万吨。
国务院2011年8号文件把种业定义为国家基础性、战略性核心产业,种业安全是我国粮食安全的重要保障。为了进一步激发种业科技创新活力,创建公平竞争的市场环境,加强种质资源保护、品种权保护与管理,按照《国务院办公厅关于深化种业体制改革提高创新能力的意见》的要求,急需构建适应现代需求的以玉米为代表的农作物品种DNA身份鉴定体系。 同时,随着现代分子生物学的不断进步,尤其是近年来基因组学的发展,使利用基因组学的研究成果进行玉米品种管理和种子质量检验已经成为可能。另外,移动互联、大数据引发的产业变革,为品种管理向田间表型身份鉴定与室内基因型身份鉴定相结合的方向发展提供了有力的技术支撑。现代种业的发展对品种管理的数字化、便捷化、智能化提出了更高的要求,可以看出,构建以玉米为代表的主要农作物品种DNA身份鉴定体系构建具有非常重要的意义。 近20年来,以基因组学,高通量DNA测序技术和生物信息学为代表的现代生物技术科学获得了突飞猛进的发展,这些技术为建设以SNP检测为基础的新一代DNA身份鉴定体系打下了坚实的基础。因此,建设新一代玉米DNA身份鉴定体系从技术上已经完全成熟。 具体来讲,新一代玉米DNA身份鉴定体系主要包括针对3种不同类型资源-品种身份鉴定、育种材料确权、种质资源评价分别建立SNP鉴定标准。具体工作包括: 筛选适用于品种身份鉴定、育种材料确权、种质资源评价的不同检测目的的SNP位点组合。根据解决品种身份鉴定、育种材料确权、种质资源评价3类不同鉴定内容,分别制定SNP位点筛选原则、位点数目、位点组合等。 制定玉米品种SNP身份鉴定、育种材料确权、种质资源评价的检测技术规范。借鉴国际做法,依托SNP技术,在DNA样品制备、检测平台选择、结果表述、判定阈值等问题分别进行研究,制定适用于玉米品种身份鉴定、育种材料确权、种质资源评价3类不同目的的SNP分子标记检测技术规范。 玉米品种DNA身份鉴定体系技术验证。由全国农技中心、农业部科技发展中心分别组织相关检测机构、DUS测试中心等单位对玉米DNA身份鉴定位点组合和技术规范进行多实验室间验证。技术验证方案:制定和分发统一的技术操作规范、结果报告格式和验证样品,在不同实验室之间对利用相同位点组合构建SNP指纹数据的一致性验证,对品种鉴定结果的一致性验证。由项目主持单位汇总提交验证总结报告,全国农技中心、科技发展中心对提交的报告进行比对、分析及验收。 建立玉米品种DNA身份信息数据库及品种身份查询平台。依据制定的技术规范,建立玉米品种DNA身份信息数据库包括育成品种、育种材料、种质资源三大类样品的DNA身份信息。玉米DNA指纹数据库构建需重点研究确定指纹质量保证和数据库管理使用问题,同时解决不同分子标记技术、不同检测技术(芯片技术、测序技术、荧光扫描技术、电泳技术等)数据采集、数据结构格式不同的问题,实现数据可整合共享。
记者23日从北京大学获悉,该校生命科学学院郭红卫教授带领的研究团队在植物激素乙烯信号转导领域取得突破性进展,发现了由EIN2蛋白调控的新的乙烯信号转导机制。应用该成果,将可以人为控制乙烯信号“ 开关”,让植物抵御各种环境因素的胁迫,或延迟果实的成熟和农作物的衰老,为农业生产实践服务。相关研究成果在线发表于最新一期的《细胞》杂志。 植物激素乙烯因其具有促进香蕉、番茄等果实成熟的作用而为人们所熟知。植物自身可以产生乙烯,并用其调控诸如种子萌发、花与叶片的衰老和脱落、细胞的程序性死亡等生长发育过程。采 摘后的果实会因产生大量的乙烯导致过熟从而大大缩短仓储期和货架期;不利天气因素和严重的病虫害会诱导农作物产生大量的乙烯进而导致早衰减产,这些都给农业生产带来很大的损失。 科学家经过二十多年的研究,鉴定到了模式植物拟南芥中乙烯信号转导过程中的一些关键调控组分,其中,EIN2是植物相应乙烯的核心正调因子,其功能缺失会导致植物完全丧失乙烯反应,这 是目前已知的唯一的单基因缺失突变导致乙烯完全不敏感的突变体。自EIN2基因于1999年被克隆以来,人们一直想知道定位于内质网膜的EIN2蛋白是如何调控乙烯信号转导的。 郭红卫团队的研究发现EIN2蛋白在细胞质中的一项新功能,并揭示了一条新的乙烯信号转导通路。同时,他们的研究成果在植物信号转导领域第一次表明mRNA的3’UTR非编码区像一个“感受器”感 知上游信号并向下传递,对植物学的研究具有重要的启发意义。 该研究得到了国家自然科学基金、科技部973计划和北大-清华生命科学联合中心的资助。
以山西省农科院卫保国研究员为首的课题组经过30多年不懈努力,在杂交大豆高效繁育制种技术上取得了重要突破,为中国乃至世界大豆的杂种优势利用开辟了广阔前景。 以山西省农科院卫保国研究员为首的课题组,从上世纪80年代初就开始进行大豆杂交研究。1985年,卫保国首先发现了大豆光敏不育材料,此后,他带领课题组开始尝试拓展杂交大豆“三系”选育,并 有创造性地进行“两系”选育,经过近30年的潜心研发,目前在该领域取得了实质性突破——大幅提高了亲本繁育和F1杂交制种产量。 今年9月底,中国工程院院士盖钧镒、国家大豆产业技术体系首席科学家韩天富率专家组对卫保国承担的“大豆杂交种的创制与应用”项目进行了田间考察,重 点对杂交大豆繁育制种异交率和产量等关键性指标进行了现场鉴定。鉴定结果表明,不育系异交率为73.18%,最高为86.5%;杂交种制种产量每亩60.27公斤,最高为87.47公斤,均达到国际领先水平。 盖钧镒院士说:“对于大豆杂交育种产业化,我们超前了一小步,但这一小步让我们看到了突破大豆杂交育种的前景。” 据卫保国介绍,该项技术还实现了大豆杂交种不育系、保持系和恢复系三系的技术配套,并已应用于杂交种的配置和生产,选取出的2个大豆强优势组合生产试验示范平均亩产250公斤,增产效果十分显着。 业内专家表示,此次在杂交大豆高效繁育制种技术上的突破,使大豆在杂交种选育、繁育、制种技术方面达到或接近产业化指标,将为中国杂交大豆产业化、保证国家大豆生产安全,提供有力的科技支撑。
作为农业产业上游的种业,早已被中国划作战略性新兴产业,其国际化受到政府支持。视觉中国资料 中国首个转基因玉米种子产品,将进入世界顶尖农业科技公司的本土主场——美国。 据路透社12月6日报道,农业生物技术企业北京奥瑞金种业股份有限公司(NASDAQ:SEED)宣布将试水美国市场。美国市场一直以来被转基因巨头孟山都等企业把持,这 是中国企业进入这一高技术产业的又一突破。 作为农业产业上游的种业,早已被中国列为战略性新兴产业,其国际化受到政府支持。但路透社称,中国对转基因作物的政策有颇多矛盾之处。 中国投资了数十亿美元用于相关技术研发,希望确保14亿人口的粮食供应,与此同时,受制于深层次的对转基因食品的抵触情绪,迄今没有一种主要粮食作物品种获批用于种植。 此外,根据国家统计局7月15日发布数据,今年全国夏粮总产量2821.3亿斤,比2014年增产89.4亿斤,增长3.3%。粮食作物连续第十二年获得丰收,客观上也消减了应用生物技术的紧迫。 稍早时候,有报道称中国化工集团公司(China National Chemical Corp)为收购世界顶级农化公司——瑞士先正达(Syngenta),努力寻求规避国内的政策约束。 “消费者态度是一回事,政府态度更为重要。”中国农业科学院生物技术研究所教授黄大昉表示。他补充说,这使得类似奥瑞金种业的公司在中国市场的盈利渠道大为减少。 在美国纳斯达克上市的奥瑞金种业,自2005年起,在生物技术领域已投资了超过3亿元。根据其在美国证券交易委员会网站的公告,该公司计划2016年进入美国市场。 奥瑞金首席财务官陈政表示,进入美国市场需要完善好几个步骤,例如必须获得技术许可,还要在当地设立机构。 专家提醒称,在美国这个高度竞争的市场上站稳脚跟,并不容易。 奥瑞金种业最为先进的产品是一种具有两种特殊特性,或称“性状”的玉米种子,以对抗虫害。而孟山都公司已面市的转基因玉米种子,结合了多达八种特性。 “他们进入市场的唯一途径是:技术费用低于孟山都。”罗格斯大学的农业、食品与资源经济学系教授卡尔·普瑞(Carl Pray)分析称。 普瑞还提到了北京大北农科技集团在阿根廷的技术测试协议,2013年底,大北农宣布在拉美开展大豆种子合作育种。他认为与之相比,美国的竞争无疑更为激烈。 但陈政分析认为,奥瑞金产品拥有市场空间,“我们知道这一技术的价值所在,美国农民也在寻找替代产品。“ 该公司目前正接洽潜在的合作伙伴。不过,即使是与当地公司合作,中国产品进入美国也需要监管部门批准,耗时可能长达数年。 奥瑞金种业现估值为3390万美元。该公司认为,由于中国市场容量有限,公司市值被大幅低估。奥瑞金打算出售其常规种子业务的多数股份。陈政表示,“如果我们吸引更多投资,公司市值将大为提升。” 以长远目光来看,进入最高段位的美国市场,意味着如获得成功,将增强市场对中国技术的信心,从而也为中国政府批准更多转基因产品扫清障碍。
国家杂交水稻工程技术研究中心在湖南长沙市芙蓉区本部基地做肥效试验,选取洋丰超级稻专用肥等5个知名品牌肥料进行对比性种植试验,在种植条件、种植面积、作物品种(超优千号)、施 肥时段和用肥量相同的情况下,在18个面积和植株相等的小区,5种肥料各种3个小区,另种3个不施肥小区对比,每个小区30平方米,设置“擂台”一比高下。10月13日,人工收割并现场称重,并 于收割前的10月12日对各小区分别取3株进行考种,洋丰超级稻专用肥肥效名列第一。 由中国工程院院士袁隆平领衔,国家杂交水稻工程技术研究中心进行该项试验,以提高超级杂交水稻“超优千号”产量为目的,验证5种肥料的增产效果,筛选适宜于超级杂交稻生长发育特征的肥料品种类型。该 中心选取的5种肥料氮磷钾总量一致,不足部分通过调整用量补足,对肥料适用小区实行信息保密,编号登记备案,专人管理,现场收割称重并公布所对应肥料名称的方式,以产量为主要评价指标。经试验,洋 丰超级稻专用复合肥对水稻产量潜力的提升最大,具体表现为最大化增加有效穗、提升结实率这两种产量构成因素较为明显。
◆他们先后前往浙江、福建多地近海海域进行出海采样,共采集水样超过2000份,从自然水样中分离出17株微藻纯种株。 ◆首次确定以EPA、AA、DHA含量为饵料微藻营养价值的参考指标,对分离所得的17株微藻进行脂肪酸营养分析,同时制定实验技术路线,结合生态培养试验,初步筛选出具有高营养潜力的4株饵料微藻。 ◆将饵料微藻进一步应用到育苗生产企业,进行第二阶段的生产试验和验证筛选。 日前,在广东工业大学举行的第十四届“挑战杯”全国大学生课外学术科技作品竞赛上,宁波大学学生展示的“滩涂贝类幼苗优质饵料微藻筛选和快繁应用研究”成果赢得了专家们的一致肯定,获得了全国一等奖的殊荣。而这背后,正是宁波大学微藻应用技术研发团队和贝类产业团队近十年来的默默坚持和不懈追求。 海洋滩涂贝类养殖业一直是我国东南沿海海水养殖的支柱特色产业,占海水养殖总量的75%,而90%以上的贝类苗种来自于人工培育。本世纪初,在宁波大学严小军研究员、徐继林研究员等指导下,该校十来位来自水产养殖、海洋资源与环境、生物技术、生物科学等专业的学生们,在贝类育苗基地的实践和调研中发现,人工育苗产量很不稳定,最根本的问题是贝类幼苗的饵料问题,表现为使用的常规饵料微藻种类受营养、气候条件等因素限制,难以满足规模化大规格贝类苗种繁育需求。国内外学者研究也认为,目前贝类培育还没有人工配合饵料能够应用于滩涂贝类的苗种繁育,只有新鲜培养的活体微藻细胞才是贝类苗种培育的唯一饵料选择。因此,能否筛选得到高效优质的微藻种质,是贝类行业中一个重要的科学命题和生产关键。 在老师的指导下,团队成员很快确定研究思路并付诸实践。首先,他们先后前往浙江、福建多地近海海域进行出海采样,共采集水样超过2000份,从自然水样中分离出17株微藻纯种株。其次,团队成员通过查阅大量权威的文献资料,突破了传统饵料筛选经验主导的观念,把握文献重要线索,进行反复的试验验证,同时依托先进的实验室平台与指导老师所在实验室多年来微藻营养学的研究成果,首次确定以EPA、AA、DHA含量为饵料微藻营养价值的参考指标,对分离所得的17株微藻进行脂肪酸营养分析,同时制定实验技术路线,结合生态培养试验,初步筛选出具有高营养潜力的4株饵料微藻。 实践是检验真理的唯一标准。团队成员不满足于实验室的数据分析结果,他们在团队指导老师的帮助联系下,将饵料微藻进一步应用到育苗生产企业,进行第二阶段的生产试验和验证筛选。几年来,团队成员不分寒暑假不断往返学校实验室和象山、福建的贝类育苗场。功夫不负有心人,团队成员最终筛选出了两种新型高效饵料微藻,分别是威氏海链藻和拟微型海链藻,一株解决了微藻饵料与贝类幼苗之间营养匹配的难题,另一株解决了微藻饵料受阴雨天气候条件限制无法稳定扩繁的难题。这两种新型高效饵料微藻也获得中国典型培养物保藏中心编码保藏。宁波大学严小军研究员认为,这两株微藻对滩涂贝类苗种饵料生产格局的升级具有重大意义,特别是拟微型海链藻,从种质角度解决了气候限制问题,比原来从人工光源角度解决更具环保价值,并大大提升了生产推广的可行性。 在解决了高效饵料微藻种质问题的基础上,团队成员又大胆尝试,通过利用鱼饲料浸出液提供有机胺,发明了一种新型的规模化生产微藻高效扩繁培养液。生产中试表明,该培养液使海洋微藻的繁殖最高密度和平台期维持时间远高于常规培养营养液,在同样水体条件下可以提供更多的微藻供应,并利于实际贝类育苗规模化生产过程中微藻量控制和生产管理。该发明专利申请一年后,就获得授权。自课题研究以来,团队成员已经发表了48篇学术论文,总引用次数超过了250篇次,申请了国家发明专利近20项,其中9项已经获得授权。同时,团队成员将理论与实践有机结合起来,建立了一整套新型苗种培育规范。中国工程院院士、中国最知名的水产动物营养和饲料专家麦康森教授对该团队成果给予高度评价,认为项目成果“可大规模应用到各类滩涂贝类的苗种繁育中”。 项目团队现已与宁波甬盛水产种业有限公司、宁波海的水产种苗科技有限公司与福建省宝智水产科技有限公司3家行业龙头企业建立了良好的长期合作关系,筛选出的新饵料微藻及其配套技术也已在合作企业实际生产中得到应用。生产实践表明:企业微藻供给量提高50%以上,而成本降低了88%。同时大大提高了合作企业贝类苗种生产能力,销售的各类贝类种苗从每年143.6亿粒大幅提高到463.8亿粒。 为使科研成果更好地服务于生产,宁波大学会同宁波市科技局还召开了“滩涂贝类优质饵料微藻新种株发布会及其规模化扩繁技术交流会”,活动免费向所有参会企业赠送了微藻团队新筛选出的2种3株饵料微藻新种株,并配有印刷精美的《滩涂贝类育苗微藻饵料扩繁技术应用手册》。来自宁海县佳鑫水产育苗场的老板许伟初和其他育苗场企业一起,高兴地领取到了三瓶试管装的微藻新种株和培育手册,一直以来困扰他们的贝类苗种的饵料问题终于可以解决了。“贝类育苗很大一部分时间在梅雨季,梅雨季雨水多,光线弱,一旦供贝类种苗吃的藻类繁殖速度跟不上,大量的苗种就会被淘汰。”许伟初说,“新种株的出现无疑是个福音”。
12月17日下午,山东省东明县麦丰小麦种植合作社理事长马国兴告诉记者:“这几年,在合作社的技术指导下,咱这里的小麦平均亩产都在1000斤以上,好的地块能打到1300斤。不过,赤 霉病的危害却越来越大,连续两年都导致减产10%左右,是现在种麦子的最大威胁。” 据了解,小麦赤霉病是由禾谷镰刀菌引起的世界性小麦病害,被称为小麦的“癌症”。国家小麦产业技术体系岗位专家、山东省农科院研究员王法宏介绍,此前,赤 霉病在我国主要发生在长江中下游冬麦区、东北春麦区东部及华南冬麦区,近年来随着气候和耕作制度的变化,流行区域不断扩大,目前已经扩大到北部冬麦区。山东2012年突发赤霉病危害后,近年来一直有所发生,一 般流行年份可造成5%到10%的产量损失,个别严重地块可导致相当程度绝收。 “而且,赤霉病还会产生毒素污染,影响食品安全。”马国兴说,“因此,赤霉病高发的地块,会对小麦的销售产生影响。因为赤霉病使小麦稻瘟病粒增加,造成‘ 不完善粒’超标,很多厂家会拒收。” 王法宏介绍,近几年山东为预防或减轻赤霉病危害,在栽培上做了大量试验,并初步形成了一套防治技术。主要做法是,在小麦齐穗期至扬花期增加一次喷药,主 要喷施美雨、多酮、多菌灵,氰烯菌酯、戊唑醇等药剂。喷施后如遇连续阴雨天或大雾天,还需增加一次喷药。“咱就是看着80%的麦穗出来了,就抓紧组织社员喷药。”马国兴说。 王法宏坦言:“目前,我们对赤霉病还只能是被动预防,加快选育高抗赤霉病的新品种才是关键。” 然而,目前在抗赤霉病小麦品种选育方面,仍有实际困难。据该院作物所小麦育种研究室主任刘建军介绍,2012年我国暴发了历史上最为严重的小麦赤霉病,黄 淮和北部冬麦区主推品种均表现高感,感病品种在赤霉病暴发年份即使配以化学防治也难以奏效。国内外抗赤霉病鉴定结果表明,在小麦及其近缘植物中没有找到真正高度免疫的品种或材料,且 不同小麦品种材料的抗病性存在明显的差异。 对此,2012年以来,山东省农科院作物所高度重视小麦抗赤霉病遗传改良工作,制定了遗传改良方案,明确了近期和中长期改良目标,力 争尽快选育出抗赤霉病的小麦新品种。从国内外引进了20多份抗赤霉病相对较好的亲本材料及部分分子标记,通过与“济麦22”和“鲁原502”等品种(系)杂交、回交,建立了3套具有不同抗病基因的遗传改良群体,并 利用分子标记辅助选择跟踪和聚合目标基因。同时,对种质资源保存的种质进行接种鉴定,筛选出一批抗赤霉病较好的材料,为加快选育奠定了基础。