一攬子問到底的中國“梨首席”

發稿時間:2019年01月08日來源:南農新聞-NJAU NEWS作者:陳潔

2011年,張紹鈴團隊破解梨樹自花授粉不結實的產業問題,梨自花結實性種質創新與應用成果獲得國家科技進步獎二等獎;2012年,完成梨的全基因組精細圖譜繪制;2008年至今,擔任國家現代農業(梨)產業技術體系首席科學家;此外,張教授還神奇地實現了“公梨”變“母梨”、發明了梨的“液體授粉”技術等等解放了果農的生產效率……從基因研究到建立種質資源庫,從解決“好吃”、“好看”的技術難題到跨越“好種”的推廣門檻,2018年,梨優質早、中熟新品種選育與高效育種技術創新又獲國家科技進步二等獎,南京農業大學園藝學院的張紹鈴教授被人們親切地稱為“一攬子問到底的中國梨首席”。

破解梨的遺傳密碼,繪制梨的全球“族譜”

為梨家族描繪了一個完整詳細的“族譜”,還精確定位了決定每個品種何時開花、何時結果,果實風味、果實外形“變大變小變漂亮”的基因,掌握了控制這些性狀的“通關密碼”

在生物體內,基因是具有遺傳效應的DNA片段,儲存著生命的種族、血型、孕育、生長、凋亡等過程的全部信息。掌握了生物體內基因的秘密,就好像掌握了這種生物怎么生長,會長成什么樣的密碼。

梨不僅肉脆汁多,酸甜可口,還富含膳食纖維,可幫助人們降低膽固醇含量,有助減肥,是世界三大水果之一,梨的栽培歷史可以追溯到3000多年前。為了吃到好更多更好的梨,大家必然關心,梨的基因秘密是什么,到底有多少的品種資源,可以怎樣在生產中發揮作用?

張紹鈴教授告訴記者,“梨花被人稱作花中的‘冷美人’,由于梨是典型的自交不親和性物種,不喜歡‘近親結合’,就是說,只有不同品種的梨之間才能互相授粉,這樣一來,梨的雜合度非常高,梨子家族的基因和遺傳關系千絲萬縷、特別復雜。”因此,梨的遺傳背景和不同品種之間關系的研究似乎看起來更難,在這基礎上的種質資源的研究也充滿迷霧。

早在上個世紀末,漂洋過海在日本攻讀博士學位的張紹鈴,就敏銳地將視線聚焦在基因組研究上,決心打破梨研究的謎團,并且開始著手搜集梨的種質資源信息。回國后,從南京農業大學開始,張紹鈴團隊走出實驗室,走遍全國20多個省份,搜集各種梨的種質資源。

直到2008年,有了辛苦搜集的1000多份種質資源打底,張紹鈴的心愿脫口而出,率先在國內提出在梨上使用分子標記技術、著手梨的基因組測序。

限于當時科研工作經濟條件的制約,兩年后,張紹鈴牽頭組織由美國、日本的科學家組成的國際梨基因組研究組,推動基因組測序工作實施,2012年,終于在世界上率先繪制完成了梨全基因組精細圖譜,不僅使梨家族的“親屬關系”昭然若揭,揭示了亞洲梨和西洋梨的種群分化時間,還將梨的繁衍和變遷歷史一直追溯到了幾百萬年前,就像是為梨家族描繪了一個完整詳細的“族譜”。繪制梨全基因族譜的重要完成人之一、南農園藝院吳俊教授告訴記者,在這個“族譜”里,團隊的研究人員為來自全世界26個國家的113份代表性種質資源建立了“戶口本”,還精確定位了決定每個品種何時開花、何時結果,果實風味、果實外形“變大變小變漂亮”的基因,掌握了控制這些性狀的“通關密碼”。

“想什么時候吃就什么時候吃,想多好吃就多好吃”

用分子標記定位重要性狀,在梨樹的育苗期內,就可以像在自助餐廳一樣選擇需要的性狀,把梨的育種從“盲人摸象”似地長期作戰,變成了高效精確的“靶向選擇”,從而節省了大量的育種時間和育種用地,更有效提高了育種的效率

和普通農產品不同,果樹的育種周期很長,一般來說有3-5年甚至更長的童期不能開花結果,果實的相關性狀資料也無從搜集。因此,以往人們選育一個果樹品種,往往要通過好幾年辛苦的栽培,等到樹苗長大、開花、結果才知道這些雜交苗究竟能結出什么樣的果子,加上受制于生長周期、環境、氣候等多方面原因,幾次折騰下來,10-15年后才能選育成功需要的品種。老一輩的果樹學家有的人一輩子也只能培育一個成功的新品種,如果方向沒選對,甚至幾十年下來仍然是“竹籃打水一場空”。

不過,掌握了梨的“遺傳密碼”,這些問題就迎刃而解了。張紹鈴團隊的另一位成員吳巨友教授告訴記者,在目前團隊開發的遺傳圖譜里,已注釋了梨的4.2萬個基因,這些基因提供了梨的重要遺傳信息,研究人員可以用分子標記定位重要性狀,在梨樹的育苗期內,就可以像在自助餐廳一樣選擇需要的性狀,把梨的育種從“盲人摸象”似地長期作戰,變成了高效精確的“靶向選擇”,從而節省了大量的育種時間和育種用地,更有效提高了育種的效率,“有了基因圖譜,光是育種的時間就節省了三分之一”。

有了能指揮梨形狀、口感、抗性變化的魔法棒,梨的育種工作取得了快速突破,梨子大家族陸續添丁,以往秋天才能掛滿枝頭的碩果累累,如今夏天就早早出現在人們的果盤里,青翠欲滴的‘夏露’,淡雅清俏、汁多脆爽的‘夏清’、脆嫩清甜的‘寧早蜜’、‘寧酥蜜’,紅潤可愛的‘寧霞’……一個個梨界新秀逐漸嶄露頭角。張紹鈴介紹說,‘夏露’是我國目前梨品種當中肉質最為細嫩的,到了8月,碧綠的“夏露”掛滿枝頭,狀如綠蘋果,但又有梨的多汁和營養,已經成為種植戶爭相引進的新寵。張紹鈴滿懷信心地告訴記者,未來團隊還將繼續在梨的品質和供應期上下功夫,“我們爭取做到,老百姓想什么時候吃就什么時候吃,想要多好吃就多好吃”。

不光“好吃”“好看”,還要“好種

梨的品種改良、栽培技術、病蟲防控、土肥與耕作、采后加工、產業經濟等等,只要和梨相關的,老百姓需要的,科學家都要關心,把“精確種梨”發揮到極致。要不斷針對國家梨產業的問題提出解決方案來,這是責任,也是義務,“非要一攬子管到底不可”

一林輕素透春光,玉蕊潤骨無底香。四月,冷傲的梨花女神盛開,花期只有短短的3-5天。這個時候,為梨花授粉的梨農們就爬上高高的梯子,用毛筆沾了花粉,在枝頭一朵花一朵花小心翼翼地挨個點授,生怕碰掉了花朵。就這樣,每個梨農一天下來也不能做完一畝梨樹的授粉工作,要是再遇上高溫花期短、或者雨天,更是難以在短短的幾天時間內保證有效授粉,只能望“梨”興嘆。

另一方面,培養了好的梨品種,因為生產周期長,往往需要砍掉老樹種新樹,起碼4-5年新樹才能大量結果,收益周期太長,梨農的經濟壓力大,推廣也困難。

經常到果園搜集種質資源、給梨農上技術課的張紹鈴,一下課便被團團圍住,農民兄弟們切切實實的難題,一道一道擺在研究人員面前。

為了幫助果農解決生產的問題,團隊研究人員嘗試了上幾十種配方,經過田間試驗,研發出梨樹液體授粉營養液配方,成功實現了梨樹的液體授粉(專利號:ZL201110234023.5),成功解決了梨花粉不能均勻溶于水、花粉溶脹死亡、花粉容易粘附容器壁、花粉堵塞噴頭以及噴粉不均造成授粉效果差等問題,授粉效率比傳統人工點授提高約36倍。

2011-2012年,這項梨樹液體授粉新技術在新疆庫爾勒和甘肅蘭州的示范基地收到良好的試驗示范效果,田間授粉時間從人工點授用時量18小時/畝降低到0.5小時/畝,花粉用量也比傳統授粉方法節約花粉用量1/2~2/3。庫爾勒市包頭湖農場的果農譚川江告訴記者,他一打聽到這項新技術,便在自家梨園試用,試用當年,他的梨園畝產達2.37噸,比上一年幾乎翻了一番。而且梨園坐果均勻,果形端正,賣價也比周邊的果園高出0.4元/公斤。

“梨首席”的妙招一招接著一招,張紹鈴還帶著團隊發明了梨老品種更新技術。就是在推廣新品種的過程中,保留原樹,把新品種的枝條嫁接上去,還指導果農把果樹剪接成倒“個”形狀,降低樹形,加強通風透光,便于對果樹進行機械化操作,提高果實品質,減少種植用工。

不僅如此,張紹鈴團隊還周到地為果農考慮到生產的每一個步驟,研發了梨優質高效栽培技術,制定了《梨施肥技術規程》等地方標準10項,把“精確種梨”發揮到極致。新品種和新技術在全國推廣面積400多萬畝,經濟和社會效益顯著。

張紹鈴說,梨的品種改良、栽培技術、病蟲防控、土肥與耕作、采后加工、產業經濟等等,只要和梨相關的,老百姓需要的,科學家都要關心,一個都不能少。既然是國家梨產業技術體系的首席科學家,就要不斷針對我國梨產業存在的問題提出解決方案來,這是責任,也是義務,“非要一攬子問到底不可”了。


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