7月25日,市政府新闻办召开耐盐碱藜麦育种项目成果新闻发布会,邀请到耐盐碱藜麦生物育种项目团队负责人、教授郭善利,黄三角农高区盐碱地综合利用服务中心副主任石东毅,山东师范大学生命科学学院院长马长乐,山东师范大学教授张慧,介绍有关情况,并回答记者提问。
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郭善利
保障国家粮食安全是我国农业头等大事,而面对有限的耕地面积,开发盐碱地等边际土地资源成为推动粮食增产的重要途径;2022年以来,中央一号文件就多次提出要培育耐盐作物、开发盐碱地资源。我省黄三角地区滨海盐碱地面积近700万亩,部分区域盐度甚至超过千分之五,常规作物如小麦、玉米等的种植受到很大限制,如何选育耐盐、高产、优质的盐碱地作物,实现盐碱地的高收益开发利用,是亟需面对的科研攻关课题。
藜麦原产自南美洲安第斯山脉,是苋科藜属假谷物类作物。藜麦营养丰富,富含优质蛋白且氨基酸比例均衡,作为单一食品即可满足成年人的基本营养需求,被誉为“超级谷物”,被美国NASA航天局认定为“宇航员在太空的最佳食物”。同时,作为盐生植物,藜麦具有盐囊泡等泌盐机制,具有较强的耐盐碱能力,可以在大于千分之五的盐碱地上正常生长,许多品种甚至可以在近乎百分之三浓度的氯化钠,近乎海水盐度的条件下生长、结实,可以成为开发盐碱地的利器。2013年“国际藜麦年”以来,藜麦作为新型粮食作物逐渐受到重视,除原产地外,已在北美、澳洲、欧洲等地区形成产业,市场需求不断扩大,每公斤售价几十至几百元,收益比较可观。
我国自2000年前后开始在西藏等高海拔地区试种藜麦,随后推广至山西、甘肃、内蒙等西北地区,至2022年,我国的藜麦种植面积达30万亩,但在自有种质创制、加工技术创新等方面还相对滞后于国外同行,产量受制于区域自然条件也相对有限。而更急迫的是,将藜麦引种滨海盐碱地,因面临诸多困难而未能实现。首先,藜麦起源于高海拔地区,喜冷凉气候,在华东低海拔地区遭遇夏季高温会显著减产乃至绝产。其次,藜麦籽粒易穗发芽,收获期遭遇降水会严重影响品质。此外,滨海地区多风,藜麦生长后期面临倒伏威胁。
为了让藜麦“下山临海”,造福黄三角盐碱地,2019年以来,特别是2022年12月国家盐碱地综合利用技术创新中心获批筹建以来,部、省在黄三角农高区布局实施了系列耐盐碱藜麦新品种科研攻关项目,逐渐形成了由山东师范大学、青岛农业大学、中国科学院分子植物科学卓越中心、烟台大学等合作构建的盐碱地藜麦基础研究与育种推广平台,并与中藜盐地藜麦(东营)种业科技有限公司等企业紧密对接推动了藜麦产业链的建立,目前已取得了一系列阶段性的进展成果。
首先,聚焦藜麦种质收集,建立了盐碱地藜麦种质资源库。几年来,藜麦科研团队先后从世界各地收集藜麦品种资源千余份,并基于品种资源开展自然变异筛选、人工诱变和杂交选育,创制了大量新种质材料。通过在盐碱地多年的种植筛选,观测记录农业性状形成了表型数据库,评估并鉴定到一百余份适合黄三角地区栽培的盐碱地藜麦种质资源,为研究藜麦耐盐机制和盐碱地育种奠定了遗传材料基础。
第二,培育早熟品种,实现“藜麦下山”。克服藜麦不耐热和穗发芽的难题,培育早熟的春播品种是有效途径之一。自2019年以来,藜麦科研团队通过品种资源引种选育,在东营盐碱地已先后成功实现山引一号、二号、东营016、017、160、393、220等系列品系的生产性种植;通过系统筛选亲本品种组合并开展定向杂交,选育到Y0系列品系;通过大规模化学与物理诱变手段获得了科辐系列早熟矮杆黑藜和早熟大白藜品系。目前,上述品种已经能将生育期缩短至110天以内,近期杂交选育的超早熟白藜“科盐688”甚至达到了生育期80天,有效缓解了高温多雨对藜麦生产的威胁。
第三,钻研栽培技术,提高黄三角盐碱地藜麦生产效率。针对黄三角气候土壤特点,藜麦科研团队先后创制了春季顶凌覆膜播种保出苗、早春地表咸水浇灌抗春旱与风干等春播配套技术方法;筛选了藜麦专用除草剂(防顽抝性芦苇),建立了盐荒地除草剂封闭技术规程,结合密植模式,有效管控了杂草问题;通过品种资源引种选育和杂交育种筛选,获得了一系列适合黄河三角洲地区的夏播的黑藜、白藜与红色大粒藜麦品系,并探索了夏播的配套技术方法,初步实现了黄三角地区的藜麦一年两季种植模式;鉴定了抗霜霉病的藜麦种质资源,建立抗霜霉病圃鉴定体系并开展杂交选育抗病品系,并结合水肥药管理,初步实现了藜麦霜霉病的有效控制;基于品种资源选育和定向杂交筛选,结合生长期控水管理,初步实现了藜麦的矮化,部分品种株高已降低至120厘米以下,缓解了倒伏风险。
第四,推动藜麦品种认定,发展山东藜麦种业。近年来,藜麦科研团队已创制大量适于滨海盐碱地推广种植的藜麦新品系,在育种基地里亩产部分达500斤,在山东已经累计试验种植5000多亩,已培育出千粒重超过国际商用顶级品牌玻利维亚Royal皇家藜麦50%的新品系,千粒重达6克,创制大粒新种质。团队成员开启中国藜麦参与式育种,在青海、山西、河北、云南等地与地方藜麦团队合作申请并获得了20个藜麦新品种认定。根据相关专家的指导意见,已在黄三角农高区,东营市垦利区,淄博市周村区、临淄区,济南市长清区,青岛市胶州市等地进行了14个藜麦品系的多年规范种植,开展特异性、一致性、稳定性测试,为后续在山东省开展品种认定积累了数据。
第五,开展国内、国际藜麦产业合作,点亮山东藜麦品牌,助力中国藜麦产业。在扶贫攻坚与乡村振兴的大背景下,藜麦科研团队响应习近平总书记把“论文写在大地上”的号召,走出山东,为央企及各部委在全国盐碱地、旱地地区的对口支援提供了技术支撑,如甘肃临夏回族自治州、内蒙古翁牛特旗,新疆喀什和建设兵团,青海海西州及西藏日喀则等,累计推广藜麦种植近40万亩,为推动中国藜麦产业发展贡献了力量。
二十余年前,藜麦从安第斯山传入中国,如今中国藜麦开始走向世界。团队积极参与国际藜麦产业合作,牵线联合国粮农组织FAO“中国青海藜麦绿色可持续发展及价值链提升”项目(TCP/CPR/3803)在青海的落地,并为该项目的完成提供了技术支撑;应邀作为技术支撑参与FAO南亚三国(不丹、尼泊尔与孟加拉国)的藜麦推广项目(PVC/RAS/209/MUL),并正在组织另一个亚太地区高原地区(不丹、阿富汗、伊朗、蒙古)藜麦推广项目(由山东师范大学牵线);FAO多次邀请课题成员访问不丹、柬埔寨、越南、泰国等亚太地区,尼泊尔、不丹、巴基斯坦、阿富汗、蒙古等国已访问东营基地或正在筹划到访。
下一步,我们将继续坚定推动黄三角藜麦的种业和产业发展,继续在提高藜麦耐盐碱能力、抗倒伏特性、产量、籽粒大小,降低藜麦籽粒皂苷含量、穗发芽属性,丰富藜麦籽粒品质多样性、培育专用品种,开发藜麦衍生产品加工工艺、开拓下游市场等方面深耕细作,为造福黄三角盐碱地农业、支持国家粮食安全和乡村振兴战略贡献力量。
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石东毅
盐碱地是我国耕地“扩容、提质、增效”的战略后备资源,是我国粮食增产的“潜在粮仓”,对保障国家粮食安全至关重要。2021年10月21日,习近平总书记亲临黄三角农高区视察,强调“开展盐碱地综合利用,对保障国家粮食安全,端牢中国饭碗具有重要战略意义。要加强种质资源、耕地保护和利用等基础性研究,转变育种观念,由治理盐碱地适应作物向选育耐盐碱植物适应盐碱地转变,挖掘盐碱地开发利用潜力,努力在关键核心技术和重要创新领域取得突破,将科研成果加快转化为现实生产力”。这些重要指示为我们开展耐盐碱作物生物育种工作指明了前进方向、提供了根本遵循。
黄三角农高区作为国务院批复设立的第二家国家级农高区,自成立以来,始终牢记习近平总书记的殷切嘱托,坚决扛牢国家战略使命任务,将耐盐碱作物生物育种工作作为重中之重,全力推进,取得了一系列积极成效。
一、工作总体思路与目标
在耐盐碱作物生物育种工作中,我们深入贯彻落实习近平总书记重要讲话精神和重要指示要求,坚持以“转变育种观念,由治理盐碱地适应作物向选育耐盐碱植物适应盐碱地转变”为核心思路。
我们的目标是加快打造全国领先全球知名的盐碱地综合利用创新高地,通过持续的生物育种研究与实践,培育出更多耐盐碱、高产、优质、抗逆性强的作物新品种(系),挖掘盐碱地开发利用潜力,将科研成果加快转化为现实生产力,为保障国家粮食安全、端牢中国饭碗贡献力量。
二、工作开展情况
(一)搭建高水平科技创新平台,为育种工作提供坚实支撑。
我们完善以国家盐碱地综合利用技术创新中心为引领的生物育种创新平台体系建设,建成了耐盐碱作物种质资源库(圃)、院士工作站、盐碱地生物育种实验室、耐盐碱作物田间高通量表型鉴定平台等7个生物育种创新平台,探索构建起“实验室分子设计育种-人工模拟环境育种加速-温室田间测试鉴定”三级耐盐碱作物育种技术体系。与曹晓风院士团队共建分子育种实验室,开展田菁、毛叶苕子等耐盐碱绿肥牧草种质资源创新与新品种选育,育成“中科菁”“鲁菁”等系列新品种(系)。与中国科学院植物所共建耐盐碱作物精准育种加速器,每年可培育一般粮食作物3-4代,牧草6-8代,育种速度是常规育种的2-3倍。建成作物田间耐盐鉴定标准试验平台(盐池)和农业科学观测试验平台(联合国粮农组织FAO小区),实现对小麦、玉米、大豆、苜蓿等10多种主要作物的耐盐筛选、鉴定及长期定位观测试验。
(二)组建高素质人才队伍,为育种工作注入核心动力。
依托国家盐碱地综合利用技术创新中心,组建育种领域“核心攻关团队”9支,汇聚国内高水平育种研究人员204人,涵盖耐盐碱粮食作物、油料作物、纤维作物、牧草、果蔬、特色盐生植物等研究方向。其中牧草育种团队优势突出,中国科学院种康、曹晓风院士,中国农业大学原副校长王涛等国内知名专家均作为团队骨干人员在创新中心开展工作,建设了苜蓿和田菁等重要饲草种植资源圃,解析了紫花苜蓿基因组,并通过全基因组关联分析发现耐盐碱、耐旱、耐寒等基因10余个,初步筛选出优异多叶材料、直立高产材料、早熟材料等120余份,解析了首个四倍体普通田菁的基因组图谱,建立了田菁耐盐碱筛选体系,构建了田菁遗传转化体系和基因编辑体系,为新品种选育奠定了扎实基础。国家盐碱地中心叶武威团队发现棉花耐碱关键基因,该基因通过调控抗坏血酸的合成,维持细胞内的活性氧稳态,调控气孔运动,减少水分散失,同时通过提高棉花的光合作用效率,减轻了盐碱胁迫对棉花的损害。这一发现不仅为研究棉花耐碱机制提供了新的视角,还为耐碱棉花的育种提供了重要的理论基础和基因资源,相关论文是目前SCI刊发棉花耐碱研究方面影响因子最高的研究成果。
(三)强化品种培育与技术攻关,取得丰硕育种成果。
在耐盐碱作物生物育种过程中,我们坚持“以种适地”和“以地适种”相结合,加力提速科研攻关,累计培育耐盐碱作物新品种(系)68个,其中,已审定品种20个。
与国家玉米产业技术体系首席科学家李新海合作实施山东省良种工程“耐盐碱作物种质资源精准鉴定与创新利用”项目,目前已完成330份小麦材料全生育期耐盐性鉴定;完成240份玉米、1986份大豆室内可控环境下苗期耐盐性鉴定,建立表型数据库3个;完成了“小麦耐盐性鉴定评价技术规范”行业标准的制定,以及大豆耐盐性鉴定评价技术体系研制,提出农业行业标准立项申请。与中国科学院植物所景海春团队合作实施山东省草牧业科技示范工程“主要草-畜分子育种与新品种培育”项目,创制耐盐碱甜高粱种质8份,培育甜高粱新品系5个,在盐浓度4‰盐碱地上种植每亩鲜草生物量3吨以上;筛选耐盐碱藜麦资源8份,培育饲用藜麦新品系3个,在含盐量6‰-7‰地表水灌溉、单季春播季鲜藜麦产量2吨以上;培育芒草新种质6个、新品系2个,在盐浓度3‰以上的盐碱地上种植苗期叶片蛋白含量10%以上,每亩鲜草生物量4吨以上。中国农科院油料所在农高区选育甘蓝型油菜新品种“中油351”,具有高产优质、耐盐碱、抗寒抗旱和适宜机械化等特性,在经历苗期持续低温、最低温度突破-17℃和春后累计降雨仅25毫米左右的情况下,50亩连片示范机收实收亩产菜籽246.65公斤。
(四)推动成果转化与产业孵化,加快发展特色产业。
我们积极推动耐盐碱作物育种成果的转化应用,加快培育盐碱地特色农业。
农高区已建成智慧农机创制园、大健康及功能性食品产业园、生物农业试验示范园、生态草牧业产业园4大特色专业园区,重点培育特色种业等盐碱地特色主导产业,这里成为了全区科技成果转化、产业发展、财源培植的聚集区。
酸枣全价开发、菊芋精深加工、肉苁蓉精深加工、金芦竹育种组培及生物酶提取、草畜一体化示范、中草药制剂生产基地等项目加快推进,一批基于耐盐碱作物的高技术产品正在加速实现产业化。例如,利用耐盐碱作物开发的功能性食品,受到了市场的广泛青睐;耐盐碱作物的种植也带动了相关加工产业的发展,延伸了产业链,提高了附加值。
同时,我们创新“国家盐碱地中心+试验基地+示范推广基地+规模种养”成果推广模式,加强与科研院所、农业龙头企业合作,推动各类新品种、新技术、新装备、新模式落地转化应用,加快农业转型升级,带动农民增收致富。
(五)加强合作交流与示范推广,扩大育种影响力
我们注重加强与国内外科研机构、高校、企业的合作交流,积极引进先进的育种技术和经验,提升自身的育种水平。
成功举办2024盐碱地综合利用技术创新会议,在国内首次发布《盐碱地综合利用技术发展报告》,凝聚起了举国关心关注支持盐碱地综合利用的浓厚氛围,也为耐盐碱作物生物育种工作的交流与合作搭建了重要平台。2022年8月全国农技中心批复建设国家农作物品种展示评价基地,面向高校院所、科研团队广泛征集种质资源,累计征集品种资源708份;展示评价基地自2023年5月以来,集中组织了3次田间现场观摩活动,同时承接山东省黄河流域生态保护和高质量发展现场观摩、盐碱地技术创新会议及各类现场观摩活动,起到了良好的示范带动作用。
自觉“担国家责、干国家事”,积极走出山东服务全国,建设了新疆喀什试验示范基地、新疆特色林果创新基地等,盐碱地综合利用成为援疆、援兵团以及鲁甘协作的新内容,我们将耐盐碱作物新品种(系)和育种技术推广到这些地区,为当地的农业发展做出了积极贡献。
在科技支撑乡村振兴样板区,依托丁庄街道,积极承接农业科技创新区成果转化和滨海产业区产业辐射,打造科技产业融合、产城镇村一体发展的乡村振兴特色样板。丁庄街道顺利完成乡村振兴齐鲁样板省级示范片区创建,成立乡村振兴推进联盟,积极承接科研成果示范推广,让耐盐碱作物生物育种成果惠及更多农民。
三、面临的挑战与下一步工作计划
在取得成绩的同时,我们也清醒地认识到,耐盐碱作物生物育种工作还面临一些挑战。例如,育种技术的创新还需要进一步提升,部分作物品种的耐盐碱性能和产量还有待提高,成果转化的效率和规模还需进一步扩大,高端人才的引进和培养仍需加强等。
下一步,我们将认真贯彻落实习近平总书记视察山东以及关于盐碱地综合利用指示要求,重点做好以下工作:
(一)持续加强科技创新平台建设。
进一步完善国家盐碱地中心等科技创新平台的功能,提升其在耐盐碱作物生物育种方面的研发能力。加强与国内外顶尖科研机构的合作,引进先进的仪器设备和技术,为育种工作提供更加强有力的支撑。
(二)加大人才队伍建设力度。
加快建设中国农科院盐碱地农业中心、山东省农科院黄三角创新中心、山东农业大学盐碱地综合利用研究生创新学院、青岛农业大学盐碱地研究生培养基地等实体化科教机构,加快专业人才培养。加强科研团队建设,提高团队的协作能力和创新能力,为育种工作提供坚实的人才保障。
(三)深化育种技术研究与品种培育。
聚焦关键核心技术,持续实施山东省盐碱地综合利用科技示范工程,加大研发投入,不断创新育种技术,提高育种效率和质量。重点培育一批耐盐碱性能更强、产量更高、品质更优的作物新品种(系),满足不同类型、不同区域盐碱地综合利用需求。
(四)加快成果转化与产业融合。
进一步完善成果转化机制,加强与企业的合作,推动更多育种成果实现产业化。延伸产业链条,促进耐盐碱作物种植、加工、销售等环节的融合发展,提高产业附加值和竞争力。
(五)扩大示范推广与合作交流。
继续加强在国内的示范推广工作,将耐盐碱作物新品种和育种技术推广到更多盐碱地区。积极开展国际合作与交流,提升黄三角农高区在耐盐碱作物生物育种领域的国际影响力。
耐盐碱作物生物育种工作是一项长期而艰巨的任务,意义重大,责任在肩。黄三角农高区将始终牢记习近平总书记的嘱托,坚定信心、锐意进取,不断推动耐盐碱作物生物育种工作取得新突破,为保障国家粮食安全、推动黄河流域生态保护和高质量发展作出新的更大贡献!
答记者问
大众日报记者
在黄河三角洲滨海盐碱地种植藜麦的技术障碍是什么,如何克服?
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张慧
黄河三角洲滨海盐碱地具有雨热同季的典型生态气候特征(年均降雨量>550mm,7-8月占比70%),叠加无霜期长(>200天)的光热资源优势,形成与藜麦南美原产地(冷凉高海拔)截然不同的生长环境。针对此生态差异,科研团队构建了双轨育种体系:选育春播品种和夏播品种,实现一年两季种植。
1.春播品种障碍:针对生育期后期与雨季重叠导致穗发芽(7-8月降水引发籽粒霉变)问题,我们创制超短生育期品种(≤100天),实现6月底收获,有效规避雨季霉变风险。
2.夏播品种障碍:针对苗期高温胁迫与光周期逐渐变短问题,我们选育苗期耐热+光周期敏感型品种,保障秋末冬初正常成熟。通过构建“生育期-光周期-抗逆性”协同改良模型,将藜麦种植窗口从传统春播扩展至夏播,实现全年复种指数提升40%。配套开发的种子包衣技术和机械直播装备,进一步提升了盐碱地栽培效率,为黄河流域特色农业发展提供了技术范式。
市融媒体中心记者
相较于高原而言滨海盐地藜麦有什么比较优势?
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张慧
相较于高原藜麦而言,滨海盐碱地藜麦展现出显著的营养价值优势。作为环胚亚科典型代表,藜麦胚部占种子质量的10-20%,较禾本科作物(水稻、小麦、玉米胚部仅占1%)高出10-20倍,这一特殊结构奠定了其“全营养谷物”的生物学基础。在滨海盐碱地特殊的生态条件下,藜麦生育周期缩短至100天,导致淀粉积累减少,相对而言胚部占比更高,蛋白质含量更高。滨海盐碱地藜麦尤其适合深度开发蛋白粉、植物基饮料等高附加值产品。
更为重要的是,盐碱地特有的逆境胁迫机制显著提升了藜麦的矿质营养密度,生长盐碱地的藜麦矿质营养成分高,特别是铁、锌等微量元素含量更高,是天然的“生物矿质营养强化”(biofortifications)食物。所谓“顺境出产量,逆境出品质”,藜麦是典型的例子。
从农业生态学角度看,盐碱地藜麦的培育实现了“逆境品质”的生物学转化。其胚部发育优势与矿质富集能力共同构建了独特的品质特征,为盐碱地资源利用提供了新的产业路径。
黄三角早报记者
以盐生作物藜麦攻坚盐碱地开发的启示?
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马长乐
藜麦是一种能在盐碱地上生长的盐生作物,它具有天然的耐盐碱的本领,与普通作物相比,藜麦更适宜于在盐碱地上生长,更有先天优势。那什么是盐生植物呢?简单说,就是能在盐分浓度很高(离子浓度至少200mmol/L以上)的环境里正常生长、完成从发芽到结实整个生命周期的植物。
盐生植物按其耐盐的生理和分子机制可以分成三类。一类是“稀盐”盐生植物,比如在黄河三角洲潮间带长着的盐地碱蓬;另一类是“泌盐”盐生植物,像中亚滨藜、二色补血草,还有咱们说的藜麦,它们会把吸收的盐分通过盐囊泡排出去;还有一类是“拒盐”盐生植物的,比如芦苇,它能挡住盐分不让其进入植物体内。
盐生作物和普通作物在盐碱地的育种方法不一样。在盐碱地种庄稼,育种的关键是要平衡好产量和抗逆能力。对于普通作物来说,例如小麦、玉米,育种时要让它们更耐盐碱,同时还得保证产量不下降或下降不多;而藜麦育种则不同,要在保住它耐盐碱能力的基础上,想办法提高产量。具体到山东黄三角地区,培育藜麦就得在它原本耐盐碱、耐贫瘠的基础上,让它更耐热、高产,还要不断改善籽粒的品质,比如让籽粒更大、颜色更好看、降低皂苷含量等。
藜麦可以作为盐生作物在滨海盐碱地推广的一个好例子。我们山东师范大学长期和黄三角农高区、国家盐碱地创新中心合作,在山东省逆境植物重点实验室的平台下,研究盐生植物很多年了。除了藜麦,还研究了盐地碱蓬、二色补血草等多种盐生植物,这些植物有望被开发成蔬菜、药材、观赏花卉等。研究、推广藜麦的经验,能为我们开发其他盐生植物提供重要的借鉴。
市融媒体中心记者
在藜麦生物育种过程中,主要采取了哪些技术手段?
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马长乐
针对适宜于东营盐碱地生长的藜麦育种工作,我们主要聚焦耐高温、耐穗发芽、耐倒伏、早熟等农业性状。我们主要采用了三种育种技术手段,一是田间选育,我们把从世界各地收集的藜麦品种在东营的盐碱地上种植,从中选取优质高产的株系,再经过多年种植,形成新的藜麦品系。第二种手段是品种间杂交育种,主要是通过具有不同农业性状的藜麦品种间的杂交,汇集优异性状,形成新的藜麦品系。第三种手段是突变体诱变育种,主要是利用EMS诱变、伽马射线诱变等物理、化学方法对藜麦品种进行大规模的诱变实验,经过在田间多代多点的选育,逐步培育出优质高产的品种。将来我们也希望能更多地将智能育种技术应用到藜麦品种的育种过程中。
