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千里之行,始于足下:记一个水稻理想株型基因的发现之旅【附专家点评】丨BioArt特别推荐

BioArt  · 公众号  · 生物  · 2017-08-04 20:48

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最早提出“ideotype”,即理想株型,是澳大利亚人 C.M.Donald 基于假定作物群体内个体间无差异而提出来的,提出在农作物育种中寻找个体间竞争强度最小的理想株型,使每个植株最大限度获取光能和营养,从而在单位面积里最大程度上提高群体的收获指数。虽然C.M.Donald的假设前提并不正确,但理想株型的理念一经提出,得到众多育种和栽培学家的关注和研究。


在水稻中最早提出高产水稻的理想株型是日本栽培学家 松岛省三 ,他提出:高产水稻,须“多穗、矮秆、短穗、上部2,3张叶片要短厚而直立”等具体的株型指标;我国科学家则是在研究超高产水稻品种实践中提出理想株型思想,并在实践不断深化和发展这一思想,至此已经建立了理想株型与杂种优势结合利用的育种理论,目前这一理论正在指导着水稻育种。 回顾这一丰硕成果获得,其实就是新中国建立至今,水稻工作者共同奋斗的一部壮丽史诗大片


理想株型与优势利用首倡者是 杨守仁 先生,杨先生与其弟子 陈温福 院士等依据他们多年来对籼粳稻杂交研究结果和感悟,最先提出:高产品种须满足:耐肥抗倒、适于密植、谷草比大三大特点,并对理想株型提出一些具体表型指标,例如:半矮秆、穗大且直立、分蘖力中等。 在七、八十年代或许受到理想株型的思想影响,我国广西地区某中学生物学老师七十年代早期 笔者多次打听,对此人和“献党”品种的育种历史均无所得,望知晓者能重现此君的经历和育种历史 育成了“献党”这一在中国理想株型育种历史最具开创性的里程碑式的品种 。该品种穗大粒多,茎秆半矮化且粗壮,分蘖力中等偏下,耐肥抗倒,谷草比大,具有超高产的潜能。七十年代中后期江西农业大学 邵考祥 先生利用“献党”为父本,而以IR24为母本,利用化学杀雄技术,配制的赣化2号杂交种则一度因产量均达650公斤在种植区倍受欢迎[3],可惜因化杀技术不过关,杂交制种成本太高而被退出市场。虽然赣化2号市场没有取得成功,但亲本与杂种组合的株型却给了育种家启示和思考。 袁隆平先生1997年提出的超高产水稻品种的育种思路和路线[4],其实就是明确了理想株型与杂种优势结合利用的思想。


真理越辩越明,实践与理论不断反复促进,进入二十一世纪不久,浙江宁波农科所著名的水稻育种家 马荣荣 先生率先利用“粳不籼恢”亚种间杂种优势与理想株型完美结合方式,推出了“甬优系列”的籼粳稻亚种杂交组合[5],在传统的太湖水稻高产区引起轰动效应,得到种植区群众普遍欢迎!此后不久,袁隆平先生的团队也选育了类似于“甬优系列”杂交种株型特征的偏籼型亚种组合,以杂交籼稻湘两优900为代表的系列超高产组合成功示范,无疑再一次表明 利用类似于“献党”品种中的少蘖、大穗、茎秆粗壮、半矮秆的株型特点兼顾杂种优势创造出水稻不同发育时期的动态理想株型,增“源”、扩“库”、畅“流”下,最大程度发挥个体干物质积累,进而全面提高群体的质量


理想株型的研究也引起遗传和发育生物学家的兴趣, 李家洋 先生从理解植株的分枝发育出发,1996年开始与 钱前 先生合作,对控制理想株型遗传基因和信号通路做了非常艰苦和详尽的工作。利用分子遗传学手段, 第一次发现最早期育成的“献党”品种和目前中国超高产籼粳亚种组合中的理想株型基因均是 IPA1 基因半显性突变所 (Ideal Plant Achitecture1)[6,7]。建立了 IPA1 基因分子标记育种体系,并在短短8年内利用该技术育成了三个国家审定品种,创造了一批具有理想株型,带有广亲和基因的中间材料。


理想株型在国际水稻所也很早就被被重视,自从该所利用我国半矮秆水稻品种低脚乌尖作为亲本之一而育成IR8等系列品种,在东南亚稻区产生巨大社会和经济效益后,该所的水稻品种的产量没有再大的突破。1990年当时的国际水稻所的遗传系主任 Gurdev S.Khush 博士就提出利用理想株型的水稻来进行常规稻选育,以IR66167-27-5-1-6水稻品系为供体亲本,该亲本分蘖力弱、茎秆粗壮、穗粒数多且粒形较大[8]。上世纪整个九十年代到2005年左右,国际水稻遗传育种学家为新株型育种付出很多辛勤的汗水,但不知为何,进展缓慢,一直没有品种释放和相关有见地的研究结果见报。


2005年, 傅向东 研究员从国外学成归来不久,在海南 钱前 研究员试验田里观察到很多壮秆、直立、大穗的遗传材料,他对高产品种武运粳7号直立穗型和引自国际水稻所的IR66167-27-5-1-6的粗秆、直立、大穗材料十分感兴趣。








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