我们有棉花精准育种的利器

金秋九月,中国迎来丰收。 这两天,北疆大片棉田进入采摘期,白绒棉盛开。 在石河子市的一片棉田里,浙江大学农业与生物技术学院教授张天真俯下身子,和助手一起,终于鉴定了棉花的产量、品质和抗性。

世界棉花看中国,中国棉花看新疆。 新疆是我国最重要的棉花产区,占全国种植面积的78.9%。 2020年,新疆棉花产量占国内产量的87.3%。 张天真团队在石河子、库尔勒、阿克苏都有试验棉田。 每年,他和团队成员总是从杭州飞4000多公里,来到新疆的几个棉田,看看棉花的生长情况。

张天真团队长期从事棉花遗传学、基因组学和生物信息学研究及精准育种。 到目前为止,该团队已筛选出20个棉花品种,推广了4000多个棉花品种。

亩,取得了良好的社会效益和经济效益,也在育种前沿领域进行了一系列探索,为我国从种质资源国向种业强国迈进贡献了自己的智慧和力量。

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开发全球首个棉花精准育种设计平台

棉花是世界上最大的纤维作物和纺织工业的原材料。 中国是世界上最大的棉花生产国和世界上最大的棉花消费国。 近3亿人参与其生产。 全球一半以上的棉花产品产自中国,这也使得棉花成为中国最重要的经济作物。 一。 我国2020/2021年度棉花产量约为595万吨,总需求约为780万吨,全年缺口约为185万吨。 进口高端原棉的现状制约了我国棉花产业高质量可持续发展。 如何培育高产优质的棉花品种已成为刻不容缓的问题,这也是张天真团队几十年来的奋斗目标。

“我们常说,十年树一棵,选个好棉花品种要十几年,而且成功率很低。” 张天真说,常规方法是到田间挑选种子,用眼睛观察,用经验。 评价、连续杂交、连续选择、连续田间种植。 初期要选到好苗子,有时是需要一些运气的。

有没有办法既保证棉花品种高产、品质好、抗病性强,同时又提高育种效益?

工欲善其事,必先利其器。 张天真团队通过全基因组扫描技术,对7万多个棉花基因进行系统研究,利用我国新疆流域、黄河流域、长江流域的1000多个品种以及国外重要育种骨干材料鉴定产量与纤维品质等重要农艺性状相关的基因位点,以及首个棉花全基因组育种液相芯片“浙大棉芯1号”和“浙大棉芯2号”等基因分型、育种、制种等研发检测芯片,可快速、准确、高效地鉴定优良亲本和遗传资源,加快融合育种步伐。

“种业是农业的芯片,而育种平台就像是制造芯片的芯片。有了这么高精度的设备,棉花育种的效率大大提高了,估计会诞生一个新品种。”三四年内就生产出来了。” 张天真说,目前这个平台已经开始投入使用,预计不久的将来将会诞生棉花新品种。

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高产、优质、抗病棉花新品种即将推出

大丽黄萎病是一种毁灭性的植物病原真菌。 每年由大丽黄萎病引起的棉花黄萎病严重危害我国棉花生产。 黄萎病的蔓延就像棉花癌一样,导致棉花产量和质量下降。

“由于没有可靠的抗原,黄萎病已成为棉花的癌症,农药对其无效,还会造成环境危害。每当看到棉农悲伤的脸,我们就想知道如何战胜黄萎病,为国家解忧。担心吗?

为了解决这个问题,团队走访了全国20多个产棉区,采集了不同植物的土壤根部样本,分离纯化了8000多株待测微生物。 经过人工培养和筛选,获得2株菌株。 对黄萎病具有广谱抑制能力的菌株:“它们能分泌一种物质,对棉花黄萎病的传播有显着的抑制作用。这种方法利用自然系统中的元素相互对抗,‘以毒攻毒’” ’”,但对环境无害。”

目前,团队已获得可用于生物防治黄萎病的有效微生物菌株和可用于生产抗黄萎病生物农药制剂的活性成分化合物,并获得两项授权国家发明专利。

更令人兴奋的是,该团队针对黄萎病和镰刀菌病开发了新品种“浙金研2号”。

“我们利用抗黄萎病自交系,经过试验,选育出了产量高、品质好、抗病性好的早中熟陆地棉品系——浙金研2号。”

2019年,“浙金研2号”参加了西北内陆新疆早中熟组全国棉花新品种区域试验。 产量指数为对照组的112.2%,在参加测试组中排名第二; 其对黄萎病的抗性是两年来最好的。 不错,抗病指数在测试组中排名第一。 2020年,“浙金燕2号”再次参加生产试验,整个生育期仍保持高产、长势旺盛、长势良好。

具有起病快、不早衰等优良特性,具有广阔的应用前景。 预计将获得全国棉花品种审定专业委员会审定。

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近千万吨棉籽有望“去黑头”再利用

棉籽是棉花生产的重要副产品。 棉籽虽小,但却是一种具有重要利用价值的优质植物油和蛋白质资源。 全国棉田近5000万亩,每年可生产棉籽近1000万吨。 可以说,小小的棉籽蕴藏着大产业。

然而,如果我们想将棉籽压榨成棉籽油和棉籽蛋白,进一步提高综合利用价值,我们就面临着一个障碍。

如果我们仔细观察棉花,会发现绿色的植株上散布着小黑点,棉籽上也散布着小黑点,就像鼻子上的黑头一样,有些影响美观。 这些小黑点称为腺体,里面充满了棉酚。 它们就像“防御符”一样,可以帮助棉花植物抵御病虫害。 然而,棉酚对人类和非反刍动物具有剧毒,阻碍了棉籽的有效利用。 但如果把这些小黑点擦掉,棉花就很容易生病,实在是一个两难的选择。

怎么做? 研究小组利用转基因技术培育出一种新的棉花材料,该材料保留了植株上的黑点,并去除了棉籽上的黑点。 这样,棉花既可以防病虫害,又可以充分利用棉籽。 目前该成果正在进一步研究以供市场应用。 一旦投入市场,将为低酚新品种的开发利用和粮棉油饲料一体化经济作物的精准栽培奠定基础,具有广阔的应用前景。

张天真说,近年来,我国棉花种植面积逐年下降,但棉花需求量仍在上升,这就要求我们培育高产棉花品种。 “农业都是从种子开始的,种子一旦有了,就等于拥有了先发优势,再加上后续的种植和管理,就能有好的收成。所以,种业可以说是第一产业。”农业项目1个。”

在浙江大学工作多年,张天真带领的棉花精准育种团队聚焦国家重大需求,在国际高影响力学术期刊《Nature Genetics》发表论文2篇,并在国际高水平期刊发表论文PNAS 和植物细胞。 2篇,入选2019年浙江省创新创业领军团队,同时获得教育部2020年度高等学校科研优秀成果自然奖一等奖。

经过多年的养殖工作,张天珍最大的体会是,只有充分认识实际生产中的问题,才能有针对性地研究和解决问题。 无论理论或技术多么先进,都只能是真正接地气。 发挥作用,培育优良品种,结出优良果实。

(吴亚兰)