第4版:前沿
     
 
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“百农矮抗58”是如何炼成的
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2014年01月07日
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“百农矮抗58”是如何炼成的
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  如果不是亲眼所见,你很难相信,数九寒天,在河南科技学院的实验室里,处于各个阶段的小麦正在茁壮成长;如果不是亲眼所见,你很难相信,大田里只有几个叶片的麦苗,其根系已经深达两米;如果不是亲眼所见,你也很难相信,累计种植面积达2.3亿亩的“百农矮抗58”,最初竟然是像种花一样,从一个个小花盆中培育出来的……

 

□ 本报记者 侯军锋 通讯员 吴玲玲/文图 

 

  1月3日,在河南省小麦抗病虫育种首席专家、河南科技学院小麦研究中心主任、“百农矮抗58”育种人茹振钢教授赴京开会前夕,记者来到河南科技学院,走进实验室、智能温室、科研基地,追溯“百农矮抗58”的前世今生。
  
  何以成为明星品种——“科技含量高,在同类品种中表现最为出色”
  
  “百农矮抗58”自2005年推广以来种植面积屡创新高,累计种植面积已达2.3亿亩,增产小麦86.7亿公斤,增效170多亿元,已成为我国种植面积在4000万亩以上的特大品种,为河南省夏粮生产实现历史罕见的“十连增”、保障国家粮食安全做出了突出贡献。
  
  据茹振钢教授介绍,“百农矮抗58”的五大优势保证其成为明星品种:一是高产稳产,一般亩产1100~1200斤,高产示范田可超1400斤;二是抗冻耐旱,苗期能耐零下16摄氏度低温,根系发达,苗期根深较一般品种增加20~30厘米,耐旱能力强;三是矮秆抗倒,株高70厘米左右,茎秆坚实重心低,抗倒能力强;四是抗病广适,高抗条锈病和秆锈病,中抗纹枯病和白粉病;五是品质优良,在农业部优质面条小麦品种评比中连续两年名列第一,属优质中筋品种。
  
  中国工程院院士、著名小麦专家程顺和曾赞:“高产、稳产、抗倒伏、抗旱、抗冻、抗病,能结合这么多优良性状的小麦良种不多,‘百农矮抗58’在同类品种中表现最为出色。”
  
  为什么叫“百农矮抗58”
  
  “百农”是以校名命名(河南科技学院前身为百泉农专),“矮”是指小麦的茎秆矮壮,“抗”是指抗逆、抗病性突出,“58”是研究过程中的序列号。
  
  在育种过程中,如何化解抗倒伏与高产量之间的矛盾是茹振钢教授科研团队面临的第一个难题。
  
  因为要使小麦品种抗倒伏,最基本的要求就是小麦的茎秆必须变矮。在茎秆矮的前提下,要提高产量就要提高小麦的密集度。而小麦种植密度过大反过来就容易导致倒伏,最终还是会降低小麦的产量。
  
  在查阅了大量资料、搜集并分析了大量小麦品种特性之后,他们发现,高纬度地区的高产小麦叶片颜色深,耐弱光性强;而低纬度地区高产的小麦叶片厚,耐强光性好。如果能将这两种特性巧妙地融合在一起,减少叶片数量,增大叶片厚度、加深其颜色,使小麦晴天或中午强光时段,尽情地吸收阳光;晚上或阴天弱光时段,尽可能多地积累阳光,这样就可以提高小麦光合作用的效率,即“高光效”。经过将近十年的研究和试验之后,“减叶”“高光效”终于取得了成功,并最终运用于“百农矮抗58”的培育中。
  
  叶子的问题解决了,抗倒伏的问题还摆在眼前。怎样增强小麦茎秆基部的刚性和弹性,使它的承压能力和抗扭曲能力足以支持700公斤以上的亩产量呢?
  
  为了鉴定小麦在各种极端天气下的抗倒伏能力,茹振钢教授科研团队首次设计建造了小麦数字化实验风洞。它可模拟最大10级阵风,研究瞬时风力下小麦植株的最大抗倒力,并实现了瞬时风速及图像的计算机连续自动采集。
  
  有了数字化设备的保障,小麦抗倒伏的研究在经历无数试验失败后终于取得了成功。在实际生产中,亩产650公斤在8级大风的情况下也安然无恙。
  
  突破小麦育种、栽培研究的薄弱领域——全国首座小麦根系走廊

 

    1月3日下午,茹振钢教授的助手、河南科技学院小麦研究中心副主任、农学博士胡铁柱带领记者来到新乡县朗公庙乡毛庄村。村头一个不起眼的院落就是河南科技学院的一个科研基地。
  
  基地东南角种着一小片小麦,每一畦都竖着一个小牌子,代表这是一个品种,一道水泥带将小麦整齐地左右隔开。这个独特的布局下面另有乾坤,胡铁柱带记者从一旁的楼梯走入地下。
  
  大约在3.5米深处,视野顿时开朗,这是一条长约50米、宽约3米的走廊。走廊两侧全是巨型透明玻璃,很像是没有开灯的水族馆,只是玻璃后面是实实在在的黄土。这里就是全国首座小麦根系走廊。
  
  顺着胡铁柱手指的方向,玻璃后面一根根乳白色的细线就是小麦深深扎下来的根。现在正值深冬,地面上的麦苗只有五六片叶子,而在这里记者看到,弱小的麦苗之下,其根系已深达两米。胡铁柱说:“现在还不是小麦根系的重要观察期,等到三四月份会更壮观。”
  
  由于根系生长环境的特殊性,再加上研究难度高、工作量大、效率低等多方面的限制,人们在育种过程中并没有系统地将根系作为选择目标。“根系研究一直是小麦育种、栽培研究的薄弱领域。”
  
  既然根埋在地下,那么就到地下去看。为了深入研究根系形态、生长发育规律、生理特性及功能、农艺措施对根系的影响及调控等,茹振钢教授科研团队创建了这套小麦根系育种研究的设施。除此之外,学校还建有根系观察箱、根系观察墙等。
  
  胡铁柱告诉记者,小麦根系走廊可有效用于系统研究小麦不同生长阶段、不同环境条件下根系发育的时空动态和适应性反应等。根系性状质量的优劣直接关系到地上部分性状的发育,并最终影响作物个体的抗逆性和产量,培育健壮、生理活性高的根系是培育良种、提高小麦产量的关键。
  
  一屋装四季,大幅压缩育种时间——人工气候室

 

    在河南科技学院的校园内,从分子生物学实验室,到人工气候室,转入智能温室,再到室外实验田,一圈走下来记者跟随茹振钢教授只用了几分钟。可就是这几分钟的路径,将小麦育种的时间减少了6年。
  
  茹振钢说,在这里培育一个小麦新品种仅需2年。而在以前,他的导师黄光正教授在田间培育的“百农3217”,用了8年。这就是科技创新的力量!
  
  茹振钢带记者参观了两间人工气候室,上面是钠灯模拟阳光照射,中间是风道呼呼地提供着二氧化碳。在这里,记者真切地感受到什么是人工气候,外面是数九寒天,而在人工气候室里的麦子有的已经接近成熟,有的正在开花。
  
  这个价值200多万元的人工气候室,可模拟自然界的气象条件而不受地理、季节等自然条件的限制。根据需要,可任意设置和精确控制室内的温度、湿度、光照及二氧化碳等指标,自动实现四季或昼夜变化,很容易地模拟出需要的环境。
  
  茹教授说,人工气候室是一个装配筛选基地,品质分析、细胞遗传学分析等实验室的研究成果,在这里汇总,经过气候模拟最终人工选择成形。这就好比,有的人说双眼皮好看,有的人说一米八帅气,有的人认为高鼻梁硬朗……所以我们根据结论,在所有的人中找出那个符合所有这些特质的人,这个人很可能就是个美男——最新一代的“百农矮抗58”就是这样的美男。
  
  从7.8斤原种到2.3亿亩的种植面积“育种太艰难了。”在田间工作了一辈子的茹振钢教授并不是抱怨工作环境,而是心疼时间。
  
  “漫长的时间一直是束缚品种培育速度的瓶颈。一年四熟,两年可以出一个好品种,特殊的类型一年就可以出来。”
  
  人工气候室里即将成熟的小麦,很快就可以进入智能温室种植了。
  
  智能温室紧邻人工气候室,占地4500平方米。这里冬季有暖气加热,夏季有遮阳帘、水帘降温,鼓风机保证空气流通。
  
  如果说人工气候室是个实验室,那么智能温室就是个快速繁育车间。人工气候室培育的麦株成本高、数量少,一次最多为2000株;而在智能温室,一个屋子三大间最起码可以培育12万株。
  
  这里的温控环境同样会给小麦生长提供速度,茹振钢指着一片小麦说,三个多月就可以完成从种植到成熟的全过程。人工气候室和智能温室配合使用,一粒种子一年可繁育出30斤。
  
  30斤是什么概念?传统撒播小麦一亩地用种45斤左右,机械条播小麦一亩地用种25斤左右。
  
  但是,实验室繁育出的30斤可不能这么种!怎么种?一粒一粒地种!
  
  从人工气候室和智能温室繁育出的原种,再进入学校的科研基地。半斤原种要种一亩地,一尺一粒,亩产可达800斤左右。30斤原种就可以种60亩,收获4.8万斤。只需三年时间,优秀小麦品种就可以从实验室进入大面积推广种植阶段。
  
  当年“百农矮抗58”的原种只有7.8斤,也就是这7.8斤,成就了今天的2.3亿亩种植面积!
  
  “‘百农矮抗58’在学术上已经成为历史,新的一页即将翻开。”茹振钢教授已经在勾勒科技创新的新蓝图,“小麦良种培育要推广一代、储备一代、研发一代、设想一代,要做到一地研究多地用、当今研究未来用。我们要创造出像‘百农矮抗58’这样更多更好的科技创新成果,为推动中原经济区建设,为促进河南省国家粮食核心区建设,为保障国家的粮食安全,为促进黄淮麦区的现代农业发展和民生进步,做出越来越大的贡献!”

 

 

 

茹振钢教授在人工气候室查看小麦的成长情况

 

 

一盆一株,足见种子的珍贵

 

 

从人工气候室培育出来的种子,进入智能温室育种,然后就可以进入科研基地进行大面积种植了

 

 

科研基地的日光温室里,大片的小麦已近成熟

 

 

在学校科研基地的大田里,一个小牌子就代表一个品种

 

 

 

现在已经深入地下两米的小麦根系,开春后能扎得更深

 

 

1月4日,在学校科研基地的育苗车间,科研团队的老师们正在一粒一粒地播种

 

 

小麦数字化实验风洞可以模拟自然界的刮风、下雨等天气,对小麦单株和群体的抗倒伏能力进行适时鉴定

 

 

中国工程院院士、作物遗传育种专家盖钧镒(中),河南农业大学国家小麦工程技术研究中心教授郭天财(右)给予“百农矮抗58”高度评价

 

 

说到正在研发的新品种,茹振钢教授喜笑颜开

 

 

 

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