程在全團(tuán)隊(duì)成員殷富有在田間做實(shí)驗(yàn)。劉佳政攝
一路蜿蜒，驅(qū)車來到云南省元江縣，在圍著籬笆的國家普通野生稻元江保護(hù)區(qū)門前停了下來。在保護(hù)區(qū)的一處水塘前，看到了外形酷似雜草的野生稻。
野生稻未開花前長得很像雜草，結(jié)穗后才容易區(qū)分。在科研人員眼里，野生稻是難得的寶貝：深入挖掘其中的有利基因，對提高水稻產(chǎn)量、保障糧食安全具有重要意義。
野生稻是水稻的祖先，全球共有20余種，中國有3種，即普通野生稻、藥用野生稻和疣粒野生稻。云南是全國僅有的兩個(gè)同時(shí)擁有3種野生稻的省份之一。20多年來，在云南省農(nóng)科院研究人員的接續(xù)努力下，云南野生稻的保護(hù)與研究成效顯著。
摸清家底，科學(xué)保護(hù)野生稻
“在漫長的自然選擇中，野生稻形成了極強(qiáng)的環(huán)境適應(yīng)能力，保留了抗病、抗蟲、抗旱等有利于栽培稻改良的高產(chǎn)基因，對水稻品種改良具有重要價(jià)值。”云南省農(nóng)科院研究員戴陸園告訴。
隨著經(jīng)濟(jì)社會的快速發(fā)展、氣候環(huán)境變化以及農(nóng)業(yè)種養(yǎng)方式的轉(zhuǎn)變，云南野生稻原生境面臨被破壞的風(fēng)險(xiǎn)。
“有些老百姓把野生稻當(dāng)雜草，用除草劑直接除掉；有些地區(qū)修建機(jī)場、水庫，破壞了野生稻的生存環(huán)境?！泵棵靠吹竭@些場景，戴陸園都很痛心。
為盡快摸清云南野生稻的家底，上世紀(jì)90年代以來，戴陸園和同事程在全等科研人員多次深入調(diào)查，了解野生稻資源的分布情況，對已發(fā)現(xiàn)的野生稻種資源開展原位保護(hù)、異位保護(hù)、活體保存、DNA及其基因組文庫保存，建立起多層次的立體保存保護(hù)技術(shù)體系。
在野生稻保護(hù)過程中，戴陸園團(tuán)隊(duì)創(chuàng)造性地提出“植物籬笆”的保護(hù)方法。國家普通野生稻元江保護(hù)區(qū)內(nèi)，葉片帶刺、體型高大的劍麻隨處可見，成為阻隔人畜進(jìn)出野生稻保護(hù)區(qū)的自然屏障。
“劍麻、刺合歡都是分布廣泛的本土植物，它們生長著堅(jiān)硬的針刺，是構(gòu)建保護(hù)網(wǎng)的天然之選?！贝麝憟@說，“植物籬笆”在防止人畜進(jìn)入的同時(shí)，還能有效防止水土流失、保護(hù)野生稻原生境的生態(tài)，從而保持野生稻種質(zhì)資源與周圍環(huán)境的互作，讓野生稻自然生長。
近年來，云南已先后在元江、景洪、耿馬等地建立了普通野生稻、藥用野生稻、疣粒野生稻種質(zhì)資源原位保護(hù)示范基地，野生稻居群明顯增加。
2020年11月，經(jīng)農(nóng)業(yè)農(nóng)村部批準(zhǔn)，依托云南省農(nóng)科院的國家高原野生稻種質(zhì)資源圃勐?；酒蚤_工建設(shè)，計(jì)劃今年6月投入使用。建成后，該資源圃將具備保存5000份野生稻的能力，為保護(hù)云南野生稻種質(zhì)資源提供有力保障。
精準(zhǔn)鑒定，篩選優(yōu)異種質(zhì)資源
普通野生稻葉片細(xì)長，形態(tài)匍匐，對白葉枯病、稻瘟病的抗性強(qiáng)；藥用野生稻葉片寬大，莖稈粗壯，抗蟲害能力強(qiáng)，高產(chǎn)潛力大；疣粒野生稻外形像小竹子，抗旱能力強(qiáng)、對白葉枯病達(dá)免疫水平……研究云南野生稻21年，談起3種野生稻的外形和特性，云南省農(nóng)科院研究員程在全如數(shù)家珍。
“用好野生稻種質(zhì)資源，首先要搞清楚它們相比栽培稻有哪些優(yōu)良特性?！背淘谌f。精準(zhǔn)鑒定野生稻種質(zhì)資源的抗病性水平高低、產(chǎn)量潛力等特性，既要在實(shí)驗(yàn)室開展分子實(shí)驗(yàn)，也離不開大量的田間性狀調(diào)查和鑒定評價(jià)試驗(yàn)。
以鑒定元江普通野生稻抗白葉枯病性狀為例，科研人員搜集了國內(nèi)外15種高致病性白葉枯病原菌，在不同的生態(tài)環(huán)境中分別對元江普通野生稻各株系進(jìn)行抗病能力鑒定評價(jià)，發(fā)現(xiàn)所有株系對白葉枯病均呈現(xiàn)高抗特性。為了精準(zhǔn)定位元江普通野生稻的抗白葉枯病基因，科研人員又回到實(shí)驗(yàn)室，利用前期構(gòu)建的群體材料進(jìn)行分子標(biāo)記連鎖分析、基因組測序，最終精準(zhǔn)鎖定其抗病基因。
在元江普通野生稻遺傳特性研究方面，程在全團(tuán)隊(duì)取得了豐富的研究成果。團(tuán)隊(duì)系統(tǒng)評價(jià)了元江普通野生稻，發(fā)現(xiàn)其具有米質(zhì)優(yōu)、耐寒耐旱、抗稻瘟病、廣譜高抗白葉枯病等優(yōu)異性狀。研究人員還發(fā)現(xiàn)，元江普通野生稻沒有混入其他稻種的基因，是國內(nèi)最原始的普通野生稻種，具有極高的研究利用價(jià)值。
“元江普通野生稻在國內(nèi)現(xiàn)有普通野生稻分布區(qū)里海拔最高，有800多米，周圍沒有其他水稻，保證了遺傳基因的純粹。”程在全坦言，國內(nèi)很難再找到像這樣“原汁原味”的野生稻。據(jù)統(tǒng)計(jì)，2012年至今，程在全團(tuán)隊(duì)已把1100余份攜帶元江普通野生稻基因的高質(zhì)量滲入系材料提供給20家國內(nèi)科研機(jī)構(gòu)，用于水稻研究和育種。
鑒定過程中，程在全團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)，元江普通野生稻具有秈、粳分化不明顯的遺傳特性?！耙话銇碚f，北方以粳稻為主、南方以秈稻為主，而元江普通野生稻同時(shí)具有粳型和秈型兩種基因。”程在全告訴，這種特性極大提高了資源利用率和育種效率。
在他的帶領(lǐng)下，團(tuán)隊(duì)發(fā)明了同一個(gè)野生稻和栽培稻雜交組合同時(shí)培育秈稻、粳稻新種質(zhì)和新品種的育種新技術(shù)。2018年，憑借“元江普通野生稻滲入系創(chuàng)制及其應(yīng)用”研究成果，程在全團(tuán)隊(duì)獲得云南省技術(shù)發(fā)明獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)。
創(chuàng)新種質(zhì)，推廣抗旱新品種
5月的元江縣氣溫逼近40攝氏度。去雄、套袋、授粉……在國家高原野生稻資源圃元江備份圃的試驗(yàn)田里，程在全團(tuán)隊(duì)中的育種能手殷富有副研究員卷著褲腿，在水田里頂著烈日開展栽培稻、野生稻的雜交、回交等實(shí)驗(yàn)。
“目前團(tuán)隊(duì)正致力于‘云資粳’系列新品種的研發(fā)，一些品系已完成室內(nèi)抗病基因連鎖標(biāo)記輔助選擇，正在開展大田抗病性和不同海拔多點(diǎn)適應(yīng)性實(shí)驗(yàn)?！币蟾挥姓f。
將野生稻的優(yōu)良基因轉(zhuǎn)移到栽培稻上，說來容易做來難。
“野生稻與栽培稻雖然同為稻屬，卻是完全不同的種，屬于‘跨種’雜交?！背淘谌嬖V，3種野生稻里，普通野生稻與現(xiàn)在的栽培稻親緣最接近，常被用來改良栽培稻。即便如此，普通野生稻與栽培稻的雜交也面臨親本間的生殖障礙，以及由此產(chǎn)生的“瘋狂分離”難題。
所謂“瘋狂分離”是指普通野生稻與栽培稻雜交后，基因難以有效結(jié)合，經(jīng)歷多代雜交后植株間差異明顯、性狀不穩(wěn)定的現(xiàn)象。為攻克這一難題，程在全團(tuán)隊(duì)創(chuàng)新育種手段，加強(qiáng)對實(shí)驗(yàn)材料的基因測序，采用生物技術(shù)手段穩(wěn)定其基因型，成功把普通野生稻的一些優(yōu)良遺傳特性轉(zhuǎn)移到栽培稻中，有效解決了“瘋狂分離”的難題。團(tuán)隊(duì)歷時(shí)10年開發(fā)出具有耐旱、耐貧瘠、抗病特性的新品種“云資粳41號”和“云資秈42號”，平均畝產(chǎn)超過800公斤。
其中，“云資粳41號”的耐旱能力突出，連續(xù)多年入選云南“抗旱作物品種和技術(shù)匯編”。該品種除了在云南省內(nèi)大面積種植，還推廣到四川、貴州、廣西等地。
隨著一系列融合云南野生稻特性，具有抗白葉枯病、抗稻瘟病、適應(yīng)性廣、產(chǎn)量潛力大、米質(zhì)優(yōu)的水稻新品種（系）的誕生，云南野生稻資源發(fā)掘利用前景更加廣闊。程在全表示，將在做好保護(hù)的基礎(chǔ)上繼續(xù)發(fā)力云南3種野生稻的研究，為守護(hù)國家糧食安全作出更多貢獻(xiàn)。
