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田间挥汗四十载 开创优良小麦育种新纪元的春天

2018-03-21     来源:山东科技网原创

田间挥汗四十载 开创优良小麦育种新纪元的春天

——采访2017年度国家科技进步二等奖得主田纪春

科技进步奖证书.jpg

田纪春教授展示获奖证书

大棚里.jpg

田纪春教授在大棚里查看小麦新品系

  一身朴实无华的装扮,一口朴实的乡音,两鬓斑白,就算是数九寒天,他也在温室里仔细地调查着每棵杨花灌浆的的小麦新品系。他看起来同农田里劳作多年的老农没有任何区别,但是,一说起获得2017年度国家科技进步二等奖的多抗广适高产稳产小麦新品种“山农20”,就不得不提到他——他就是山东农业大学农学院博士生导师田纪春教授。他循着前人的足迹,带领着他的团队,走过了现代小麦育种的整整四十年。

  从“营养品质”到“食品安全”

  育种目标前瞻十年设计

高筋面粉做出的面包.jpg

田纪春教授(右)查看高蛋白小麦所磨面粉制作的面包品质

 

  育种,是人类进入农耕时代后,直到今天乃至将来,只要人类存在,都不会止息的事业。从风华正茂到两鬓斑白,说到几十年的漫漫育种路,田纪春教授向记者打开了话匣子。

  “1978年我毕业后就在山东农业大学植物生理学教研室任教,这门课不仅讲授理论知识,蛋白质、氨基酸分析等实验技术也是主要内容。那几年我带的是实验分析课程。”田纪春教授想起当年的场景,仍然记忆犹新:“选择小麦育种,是当时我的老师张忠义带来的灵感:他吩咐我测定一个小麦样品的营养构成,我测量之后发现它的蛋白质达到16.67%,而一般的小麦蛋白质只有12%~13%。在那个缺衣少食的年代里,这样高的营养价值让我眼前一亮。”

  就是这个灵感,支持着他和他的导师们在之后的十几年里攻坚克难,育成了全国第一个高蛋白优质小麦新品种PH82-2-2,并于1993年获得国家发明二等奖。

  随着国人生活水平的不断提高和市场经济的发展,让人们对食品的加工品质有了更高的要求:馒头是北方人的主食,为了实现“不用增白剂也要使馒头白起来”的目标,2002年,田纪春教授团队育成了全国第一个高白度优质小麦新品种——山农优麦3号,2003年,这个品种获得了山东省技术发明三等奖。

  除了传统的馒头、水饺和面条,吃面包的人也越来越多。“而当时的中低筋面粉,根本做不出好吃的面包来。”为了减少国外面包小麦的进口量,他的团队在2005年育成了综合指标优异的“山农12”优质小麦新品种,曾在东阿等县30万亩规模化种植并被面粉厂加价收购,其产业化发展优质小麦的模式也引起了当时国务院领导的高度重视。

麦锈病.jpg

麦锈病示意

  随着我国进入社会发展的新时代,人们更加重视食品安全和健康,培育高抗多种病害的小麦新品种是保证食品安全的源头性工作。早在十几年前,他就前展性的开始了小麦的抗病育种。获国家科技进步二等奖的“山农20”综合抗性突出,中国农科院植保所鉴定,免疫或高抗(慢)黄淮麦区白粉、条锈和叶锈三大病害。近几年又育成了符合“绿色标准”的中抗赤霉病的“山农26”和“山农102”新品种,分别获国家和安徽省审定。“一个新品种培育一般需要十年的时间,育种目标必须有提前十年的前瞻性。国家现在提倡小麦绿色生产,我们很快审定了抗赤霉病新品种,让人们吃上更放心的健康小麦制品,这是我更高兴的事。” 总是低调谦虚的田纪春教授此时脸上露出了满意的笑容。

  从常规育种到分子标记辅助育种

  育种技术持续创新

左为山农20,右为杂交实验.jpg

左为山农20植株,右为杂交实验现场

  杂交育种成功关键,是在性状无指向性疯狂分离的各个世代,各种有利形状能否稳定、明显表达并准确选择和聚合在一起。然而,现代普通小麦是六倍体,有三个染色体组共42条染色体,这就意味着小麦的杂交育种的重组和变异变量比其他植物多很多。因此,传统育种方法下,很多抗逆的性状必须经历足够严酷的外界环境才能显现出来——例如抗寒性状,如果连着数年暖冬,这个性状将一直无法在大田环境下被验证。再如抗病性状,遇到接连气候不适宜病害发生的年份,就没法得到实验数据,既耽误时间又浪费精力和金钱。“‘老天爷’不照顾的时候,我们也应该有自己办法!”田纪春教授笑道。

  2000年,作为高级访问学者,带着常规育种选择效率较低的问题,田纪春教授去了美国Connecticut大学和美国农业部研究中心,寻找相关先进技术。在国外半年,他得出包括分子标记法等不同生物技术的适用面以及含有任何基因的新品种,最终必须经过田间性状选育工序,常规育种者是运用现代生物技术创制新品种的最佳人群的结论。

  说起生物技术育种的话题,田纪春教授似乎又回到了那个让他热血沸腾的年代:“小麦的分子标记技术是上世纪八九十年代开始形成的生物技术。任何技术提出到应用都有一个漫长的过程,在20年前小麦的分子标记辅助育种国内外均没有成熟经验的情况下,我决心建立一套与常规育种全程结合且高效利用的技术体系。”

  于是,他一边总结在做访问学者时接触到的国外分子标记辅助育种的优缺点,一边广泛查阅国内外相关资料,并请在国外进行过有关研究的林学院孙仲序教授开设分子标记技术讲座的“小灶”。而后,他制定了针对我国小麦资源和育种目标,进行小麦分子标记技术创新和应用的10年计划,用了8年时光构建了6个用于不同性状遗传解析的遗传群体(RIL、DH等)和分子遗传图谱,包括2个SNP高密度遗传图谱。进行了产量、品质、抗病和生理性状的全面数量性状基因定位(QTL)工作,是国内发表遗传图谱构建和基因定位的最早的单位之一。

  功夫不负有心人。育种方面,育成了聚合多个有利性状基因的“山农20”,获2017年度国家科技进步二等奖;技术方面,发表40多篇有关论文,获得了从标记开发方法、分子标记标记开发和育种应用方面包括“与小麦常规育种结合的全过程多位点分子标记辅助育种技术”的6项国家发明专利。

中文专著.jpg

田纪春教授(左)为记者展示《小麦的遗传解析和分子标记辅助育种》专著

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《Genetic Analyses of Wheat andMolecular Marker-Assisted Breedin》一套两部英文专著

  曾有人问:“你研究和应用的分子标记育种技术与国外相比有什么先进性?”对此,田纪春教授笑笑说:“分子标记辅助育种技术虽然是国外学者提出的,但我们哪能只跟着别人跑啊?我做到的只是利用我国丰富的特有种质资源,针对我国特殊的育种目标,创制新的标记开发方法和新的标记,特别是节约性的高效选育技术都是原始创新。”

  值得一提的是,田纪春教授集20年小麦的QTL定位和分子标记辅助育种工作编纂的《小麦的遗传解析和分子标记辅助育种》专著,2014年由中国科学出版社出版。2015年,内容更为丰富的《Genetic Analyses of Wheat andMolecular Marker-Assisted Breedin》一套两部英文专著由国际著名的Springer出版社出版,得到著名植物遗传生理家澳大利亚Peter Langridge教授和著名小麦育种家英国诺桑育种试验站Martin Parry 教授等的好评:“两部专著是国际小麦研究领域新的里程碑,由中国小麦研究团队提供的现代小麦研究宏图,对全世界小麦研究者提供了中国经验。”

  从两大麦区审定到全国主推品种

  “山农20”获国家科学技术进步奖

翻阅资料.jpg

田纪春教授(右)依照资料向记者逐年介绍每个实验区的收成

  对于这次国家科学技术进步奖,田纪春教授十分谦虚:“这是一个育种工作者应该做的,国家颁给了这么高的荣誉说明对农业的重视。习近平总书记在颁奖时‘中国人的饭碗里要盛中国的粮食’的嘱托,永远是我们的力量源泉。”

  这次获奖的“山农20”是田纪春教授育成的十几个品种中的代表性品种之一,审定后第三年种植面积就达到了1000万亩,第六年达到1700万亩,连续4年是推广面积超1000万亩的全国三大品种之一。“主要原因有两点:一是该品种实现了抗病、抗旱和抗冻耐寒等基因的聚合,农艺综合性状好;二是黄淮南、北片审定后第一年都打出来当年最高产量,起到了示范带头作用。‘山农20’综合抗性突出,高产国家区试(中国农业科学院植保所)接种鉴定,‘山农20’白粉病免疫,条锈病免疫,慢叶锈病,中感纹枯病,是同期参加区试的唯一白粉病、条锈病免疫的品种。河北省农科院旱作所旱棚和大田干旱鉴定,‘山农 20’为抗旱性强的品种;2015年山东省科技厅对渤海粮仓种植品种实打验收证明,‘山农20’抗盐碱性优良。因此,2010年‘山农20’黄淮南片审定后,2011年就以亩产720kg的产量创下了安徽省当年的高记录;2011年黄淮北片审定后,2012 年就以亩产 767.8 公斤的产量,获山东省当年高产攻关第一名和粮王大赛总冠军。在以后的农业部万亩方高产创建中,专家组抽取 37 点次验收,平均亩产709.7 公斤。其中,山东曹县同一地块有连续3年亩产767.8公斤,751.2公斤和 808.5公斤的高产重复,河南修武县有连续2年亩产795.7公斤以上的高产重复。”

  “获得2017年度国家科技进步奖对我来说是很大的鼓舞,我也很感谢我的团队这些年来的坚持。我今年64周岁了,但是在做学问的道路上,我还年轻,‘山农20’这个好品种也很年轻。”

  据悉,2016年“山农20”又获新疆自治区审定,生产试验折合亩产578.51公斤,在所有参试品系中占第一位。2018年“山农20”在天津进入了生产试验,在甘肃进入了第二年区域试验,均表现出很好的适应性,有望在更多麦区审定推广,也有望在与新疆的土壤和气候特点相似的巴基斯坦等“一带一路”沿线国家推广种植。

  从育种到育人

  对年轻的农业科技工作者寄予厚望

指导实验.jpg

田纪春教授(左一)指导学生实验

  不仅是科研方面有所建树,田纪春教授还曾荣获山东省优秀教师和省优秀知识分子标兵等荣誉称号,特别是“结合作物遗传育种学科特点,培养理论与应用结合型研究生”项目,曾获山东省省人民政颁发的山东省省级教学成果奖二等奖。

  田纪春教授在办公室里对着毕业照,如数家珍地说起已在国外及国内十多个省份工作的众多团队毕业生的名字,如述说“山农20”一样自豪。看着正在做实验的学生们,他更是有感而发:“种子是生命的最开始,是充满着希望的载体。学生们就像一颗颗种子,是国家的未来,也是我们农业和粮食科技工作的接班人,培养好学生与选育出好品种一样重要。”

  “一粒种子可以改变世界,播种地里的种子,蕴含着大地的丰收,承载着农民的希望。为了大地的丰收和农民脸上的笑容,第一,我希望他们能够有一种责任感,现在好好学习就是为将来担负起家庭责任、国家责任和历史的使命奠定基础,所以,多年来每周一次的研究生交流会上不仅交流试验结果,也要交流思想和工作问题;第二,学生们要懂得吃苦,懂得奋斗,扎扎实实、勤勤恳恳地努力,一时的挫折不可怕,只要一步一步的向前走,将会造就将来的大成功;第三,要学农爱农,成为既懂生物技术又懂田间育种的专业人才。尽管某些学生的选题是纯基础研究内容或为了发表水平较高的SCI论文,但我要求团队里的每个学生都要参加育种实践工作,都要学会播种计划设计和田间品种选育。多年实践证明,我团队的学生毕业后适应性强,大部分成为了所在单位的学术骨干或课题负责人。”

 

记者:李一凡

摄影:郎伟超

编辑:李一凡

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