圖①：李強(qiáng)（右）和團(tuán)隊(duì)研究生在觀察種苗長勢。
圖②：薦紅舉正在觀察種苗的生長情況。
圖③：李志清對(duì)家蠶胚胎進(jìn)行注射。
以上圖片均為雷鍵攝
種子是農(nóng)業(yè)的“芯片”。在服務(wù)糧食與生物安全的新征程上，一群年輕人傳遞著接力棒——累計(jì)創(chuàng)制新素材6000余份、申請(qǐng)國家發(fā)明專利100余項(xiàng)，近200名科研骨干、500余名研究生組成的研發(fā)隊(duì)伍中，80后、90后人才占比超六成，優(yōu)秀的中堅(jiān)力量正不斷涌現(xiàn)。
2021年1月，西南大學(xué)和重慶高新區(qū)協(xié)同共建的西部（重慶）科學(xué)城種質(zhì)創(chuàng)制大科學(xué)中心（以下簡稱“中心”）揭牌成立。聚焦長江上游種質(zhì)資源發(fā)掘、收集、保護(hù)、創(chuàng)制與利用，這里已入駐柑橘、家蠶、馬鈴薯、水稻、油菜、青蒿、茶樹等10余個(gè)重要特色物種種質(zhì)創(chuàng)制團(tuán)隊(duì)，產(chǎn)出一批具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的重要?jiǎng)又参镄缕贩N。
瞄準(zhǔn)生物種質(zhì)創(chuàng)新與利用世界前沿，年輕一代扎根巴山渝水間，矢志為種業(yè)振興貢獻(xiàn)青春力量。
科學(xué)育種
破解柑橘的“基因密碼”
縉云山麓、嘉陵江畔，走進(jìn)占地200余畝的國家柑橘種質(zhì)資源圃（重慶），樹上的鮮果黃澄澄、圓滾滾，恰好手掌大小；摘下一聞，自帶天然香氣；切成數(shù)瓣，汁液四溢，再入口，沁人心脾，甜得很！
中心柑橘團(tuán)隊(duì)的李強(qiáng)副教授指向滿樹的金黃，介紹道：“這是我們自主選育的晚熟甜橙新品種，去年底剛獲得農(nóng)業(yè)農(nóng)村部頒發(fā)的植物新品種權(quán)證書，取名叫夏香蜜橙。”
夏香蜜橙，顧名思義：熟期晚，利于夏季錯(cuò)峰上市，填補(bǔ)空白；風(fēng)味濃郁，水分多，甜度高。“夏香蜜橙的盛產(chǎn)期畝產(chǎn)超過4000公斤，而且適應(yīng)性好、易于栽培管理，再加上橙汁加工性能優(yōu)良，前景十分廣闊。”李強(qiáng)說。作為柑橘種質(zhì)創(chuàng)制的最新成果，夏香蜜橙正在重慶江津、璧山、渝北等地示范推廣，配套種植讓“花果同樹”成為美談。
1984年出生的李強(qiáng)，與柑橘的緣分不淺。大學(xué)學(xué)的是生物科學(xué)，碩士期間因?yàn)樵谥参锉Ｗo(hù)領(lǐng)域的優(yōu)異科研成果，獲得了國家公派留學(xué)機(jī)會(huì)。正是在國外攻讀博士期間，他轉(zhuǎn)向了植物發(fā)育學(xué)，回國后主攻柑橘生物育種。“柑橘主要分布在我國南方，栽培面積和產(chǎn)量均居世界第一。”李強(qiáng)說。
巴渝大地自古為柑橘重要產(chǎn)區(qū)。說來也巧，李強(qiáng)在重慶安了家，妻子來自三峽庫區(qū)的奉節(jié)縣，而“奉節(jié)臍橙”是歷史悠久、聞名遐邇的中國地理標(biāo)志產(chǎn)品。逢年過節(jié)回娘家，李教授就變身為“土專家”，和鄉(xiāng)里鄉(xiāng)親們?cè)凇敖虒W(xué)相長”間練成了“田把式”，對(duì)柑橘種業(yè)的問題也有了更直觀的認(rèn)識(shí)：“首先是自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)品種缺乏，其次是抗病害能力需要加強(qiáng)，第三是多元化品種需求與創(chuàng)制滯后的矛盾突出。”
然而，傳統(tǒng)雜交育種因?yàn)楦涕俚纳L周期較長，不付出“十年樹木”的努力，得不到結(jié)果。咋辦？
李強(qiáng)和西南大學(xué)的同事們迎難而上、專啃“硬骨頭”。在他的主導(dǎo)下，團(tuán)隊(duì)用了4年時(shí)間，完成對(duì)300多份代表性柑橘種質(zhì)的全基因組深度重測序，挖掘出4萬多個(gè)關(guān)聯(lián)柑橘重要性狀的核心位點(diǎn)。“簡單來說，就是要找出哪些基因決定了種子多少、果實(shí)大小、果皮厚薄等等。”李強(qiáng)說。該研究創(chuàng)建了全球第一個(gè)園藝類全基因組變異數(shù)據(jù)庫，成果在園藝領(lǐng)域頂級(jí)期刊發(fā)表。
科研攻關(guān)，就要下苦功夫。李強(qiáng)介紹，在位于重慶北碚、我國最大的國家柑橘種質(zhì)資源圃，每份代表性種質(zhì)都要采幾十個(gè)回實(shí)驗(yàn)室，4年時(shí)間里前后采了幾千個(gè)果子。在此基礎(chǔ)上，中心柑橘團(tuán)隊(duì)研制出世界首款柑橘液相育種芯片——“橘芯1號(hào)”，并于今年4月獲得國家發(fā)明專利授權(quán)，不僅能低成本、高通量地進(jìn)行柑橘基因分型，還進(jìn)一步為資源鑒定、全基因組關(guān)聯(lián)、遺傳分析等提供基因組學(xué)資源。
“育種芯片是種質(zhì)資源基因分型檢測的重要工具，可以快速識(shí)別與優(yōu)良性狀相關(guān)聯(lián)的基因或標(biāo)記，極大地提高育種效率和精確度，從而在遺傳改良與育種研究中發(fā)揮重要作用。”李強(qiáng)告訴記者，此前，我國尚無成熟的柑橘基因分型芯片，而經(jīng)濟(jì)高效、具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的“橘芯1號(hào)”，不僅能夠?yàn)殚_展柑橘生物育種、開發(fā)柑橘全基因組選擇育種平臺(tái)打下基礎(chǔ)，還能顯著提高柑橘育種效率，大幅縮短育種周期，在培育高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)的柑橘新品種方面具有巨大的應(yīng)用價(jià)值。
育用結(jié)合
吐出“智慧”的蠶絲
在川渝地區(qū)，栽桑養(yǎng)蠶、繅絲織綢的歷史十分悠久。
走近中心的家蠶團(tuán)隊(duì)，李志清教授正在實(shí)驗(yàn)室里緊張地忙碌著。李志清本科在西南大學(xué)學(xué)的就是蠶學(xué)專業(yè)，攻讀完博士學(xué)位后又回到母校從事蠶學(xué)研究至今。
“再理想的品種素材，也得培育多代才能固定性狀，而且養(yǎng)蠶真是個(gè)辛苦活。”觸動(dòng)李志清的，是困擾家蠶種質(zhì)創(chuàng)制的瓶頸。“一天喂三次，每天消耗幾百公斤桑葉，采桑還需要大量勞動(dòng)力，耗時(shí)費(fèi)力不說，受季節(jié)性影響，冬天還沒辦法飼養(yǎng)。”
如何擺脫對(duì)新鮮桑葉和人力的傳統(tǒng)依賴？“這不光是育種工作的難點(diǎn)，更關(guān)系著蠶桑產(chǎn)業(yè)的長遠(yuǎn)發(fā)展。”李志清說。在中心首席科學(xué)家、家蠶團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)人夏慶友教授的帶領(lǐng)下，經(jīng)過持續(xù)攻關(guān)，李志清和同事們終于調(diào)制出包含桑葉粉、豆粕粉、玉米粉等30多種成分的家蠶專用飼料，可以滿足不同品種、不同年齡段蠶寶寶的營養(yǎng)需求。李志清一臉輕松地說：“而且3天才喂一次飼料，過去10個(gè)人的工作量，現(xiàn)在只需要1個(gè)人就能完成，更是實(shí)現(xiàn)了一年四季皆可養(yǎng)蠶的目標(biāo)，大大加速了種質(zhì)創(chuàng)制進(jìn)程。”
走進(jìn)家蠶育種實(shí)驗(yàn)室的恒溫恒濕無菌房，一垛垛專用養(yǎng)蠶盒里面，整齊碼放著深褐色的片狀飼料，每一片上都密密麻麻爬滿了蠶寶寶。
“通過研發(fā)智能養(yǎng)蠶設(shè)備及環(huán)境控制系統(tǒng)，并結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)大數(shù)據(jù)進(jìn)行智能決策，我們實(shí)現(xiàn)了從飼料加工、養(yǎng)蠶添食到除沙、上蔟結(jié)繭、采繭等全流程自動(dòng)化。”李志清介紹，他帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)研發(fā)了基于專用飼料的家蠶智能化養(yǎng)殖技術(shù)體系，傳統(tǒng)需要6到8年的家蠶育種周期，在這里不僅1到2年即可完成，而且實(shí)現(xiàn)了更低成本、更高效養(yǎng)殖，有助于提高經(jīng)濟(jì)效益，如今正在重慶、安徽等地示范應(yīng)用。
借助家蠶專用飼料的開發(fā)與智慧養(yǎng)蠶設(shè)備體系的建立，基礎(chǔ)研究也插上了騰飛的翅膀。近年來，李志清和同事們一邊在生長發(fā)育素材創(chuàng)制上發(fā)力，如針對(duì)家蠶卵巢發(fā)育異常問題，進(jìn)行遺傳改良提高產(chǎn)卵數(shù)；與此同時(shí)，在新型蠶絲醫(yī)學(xué)應(yīng)用上拓展，如開發(fā)功能性蠶絲水凝膠、3D培養(yǎng)神經(jīng)干細(xì)胞等先進(jìn)生物材料。育用結(jié)合，助力蠶桑產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展。
圍繞家蠶生長發(fā)育、免疫抗病、絲蛋白合成、功能性蠶絲等靶標(biāo)，截至目前，中心的家蠶團(tuán)隊(duì)已創(chuàng)制了1000余份家蠶核心素材，研發(fā)出高抗多種病毒、特種高性能鐵蠶絲等家蠶品種，具有廣泛的產(chǎn)業(yè)應(yīng)用前景。
穿梭育種
馬鈴薯花開在高山平川間
一說起馬鈴薯，很多人都以為我國北方種得多。
事實(shí)上，我國馬鈴薯種植面積排名位居前列的省區(qū)市中，西南地區(qū)的四川、貴州、云南、重慶就占四席，種植總面積占到全國一半以上。
“我們團(tuán)隊(duì)師生每年3月底播種土豆，5月到7月要去做田間考察，8月中旬再去采收。”剛從大巴山深處、開州區(qū)滿月鎮(zhèn)回來的中心馬鈴薯團(tuán)隊(duì)副教授薦紅舉，面色黝黑、身材精瘦。
馬鈴薯育種，采樣都要以噸計(jì)。“‘十一’假期結(jié)束后，團(tuán)隊(duì)師生還去了合川區(qū)渭沱鎮(zhèn)的試驗(yàn)田種薯，元旦前后采收，緊接著再種一茬，明年‘五一’前后采收。”談起馬鈴薯，薦紅舉滔滔不絕，“馬鈴薯的生長環(huán)境一般不超過25攝氏度，合川這邊忙完，又該去開州了，一年四季沒有閑的時(shí)候。”
與薦紅舉老家河南商丘一望無際的大平原截然不同，重慶盡是大山大川，覆蓋高中低不同海拔。為了變劣勢為優(yōu)勢，中心馬鈴薯團(tuán)隊(duì)創(chuàng)造性地建立了立體式穿梭育種體系，從大巴山上、海拔1600米的開州區(qū)滿月鎮(zhèn)，到涪江之濱、海拔200米的合川區(qū)渭沱鎮(zhèn)，團(tuán)隊(duì)成員們跋涉在高山平川間開展育種工作，全年無間斷。
近幾年，中心馬鈴薯團(tuán)隊(duì)已經(jīng)完全自主選育了18個(gè)優(yōu)質(zhì)新品種。薦紅舉手捧著沉甸甸的成果，興奮地說：“這是今年團(tuán)隊(duì)選育鑒定的‘縉云薯18號(hào)’，屬于中晚熟鮮食品種，薯形優(yōu)良、大薯率高、蒸煮風(fēng)味好、商品性強(qiáng)，正在示范推廣……”如今，優(yōu)質(zhì)馬鈴薯新品種已在全國多地開展種植。
薦紅舉還興致勃勃地聊起了“彩色馬鈴薯”：“圍繞鄉(xiāng)村全面振興、農(nóng)旅融合的需要，我們團(tuán)隊(duì)還培育了紅色、紫色等彩色馬鈴薯，富含花青素，好看又營養(yǎng)，如今已經(jīng)種上了大涼山。”
中心馬鈴薯團(tuán)隊(duì)的成果還不止于此。如今，“一帶一路”國際馬鈴薯產(chǎn)業(yè)科技創(chuàng)新院在此掛牌。團(tuán)隊(duì)自主研發(fā)的馬鈴薯種薯病原快速檢測試劑盒不僅填補(bǔ)了國內(nèi)空白、在全國多省份推廣，更助力國際合作、產(chǎn)業(yè)增收，為其他國家提供馬鈴薯產(chǎn)業(yè)發(fā)展的中國方案。
據(jù)統(tǒng)計(jì)，中心馬鈴薯團(tuán)隊(duì)通過與科研院所、企業(yè)聯(lián)合攻關(guān)，近年來圍繞菜用型馬鈴薯系列新品種選育與產(chǎn)業(yè)關(guān)鍵技術(shù)研究及應(yīng)用，累計(jì)推廣面積達(dá)1000余萬畝，帶動(dòng)農(nóng)戶戶均增收2000余元，獲農(nóng)業(yè)農(nóng)村部全國農(nóng)牧漁業(yè)豐收獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)。
入秋之后，天氣漸涼。薦紅舉和所在團(tuán)隊(duì)年輕的同事們又要轉(zhuǎn)場到低海拔地區(qū)去種薯了，行走山河間，播種著希望。