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她让芒草“联姻”盐碱地,把不毛之地变绿洲
来源:科技日报  |  作者:王延斌 郭翠华  |  时间:2022-04-11  |  责编:王虔

在山东省滨州市无棣县柳堡镇的土地上,一块“绿洲”格外引人注目。其四周都是白花花的盐碱地,唯独这里绿意盎然。这是山东农业大学农学院教授陈翠霞团队的芒草试验地。

他们用近十年时间自主选育的芒草抗盐碱新品种,就种在这里。到了收获季节,亩产整株产量高达3600公斤。

最近,陈翠霞团队又发现了新的芒草耐盐碱基因,相关成果在线发表于国际期刊《自然·植物》上。陈翠霞课题组破译了染色体级别的五节芒参考基因组图谱,还解析了芒属植物基因进化历史,揭示了芒草中纤维素或半纤维素含量高的分子机制,为种质利用和新品种创制提供了理论支撑。

创建芒属植物种质资源圃

在荒地里疯长的芒草外形高大,俯拾即是。这种禾本科植物是世界上极具开发潜力的重要木质纤维素原料作物,其用途广泛、可生产生物质燃料酒精。

十多年前,石油价格大涨,欧美国家纷纷斥巨资研究可再生能源,木质纤维素作物成为研究焦点。从那时起,在美国伊利诺斯大学香槟分校生物能源所工作的陈翠霞开始涉足相关研究。

外表平平但极具内涵,这是陈翠霞对芒草的评价。“它抗逆性强,可在荒草地、沼泽滩涂等边际土地上种植生长,也是世界上最具开发潜力的木质纤维素原料作物。”她说。

在实验室被“养育”了多年的芒草,陈翠霞希望它能“有番作为”。

长久以来,土地盐碱化是山东所在的黄河三角洲地区农业生产的突出问题。

“盐碱地和芒草种植‘联姻’应该有前景。”深度调研之后,陈翠霞给出判断,团队成员迅速收集国内外芒草种质资源,他们把找到的200多份种质都放进山东农业大学南校区实验站内。

“我们在学校里又通过杂交育种培育,筛选出300多份芒草杂交种,由此创建了自己的芒属植物种质资源圃。”有了“家底”,陈翠霞觉得在盐碱地进行芒草种植研究更有底气了。

选育出耐盐碱芒草新品种

“渤海粮仓科技示范工程”(以下简称渤海粮仓)是一项农业科技工程,旨在通过科技攻关改良中低产田和盐碱地,进而实现增粮增收。

乘着渤海粮仓的东风,陈翠霞在紧邻渤海的柳堡镇找到了近20亩中、重度盐碱地,种植已研发的芒草新种质,筛选并培育出耐盐碱杂交品种。

起初,陈翠霞团队成员将学校的芒草根资源运到200公里之外的柳堡镇进行栽种,到了后来他们直接在当地选育新品种。

一件让人哭笑不得的事,更坚定了陈翠霞扎根盐碱地的决心。“芒草刚长出来时,附近村的牛羊都来吃,这破坏了芒草生长,但却让我们看到了芒草作为畜禽饲料的潜力。”她说。

如今,这片有3000余株芒草的盐碱地生机勃勃,它不但成了网红美景打卡地,还受到了业内专家的高度认可。

“这里各品系植株形态多样、错落有致,且四季皆有景可观,具备了一个小型盐碱地生态恢复观光园的功能。”山东省畜牧总站研究员翟桂玉说。

此外,陈翠霞团队新选育的耐盐能源芒草137、耐盐绿芒297、耐盐荻竹101芒草新品,在中、重度盐碱地上一亩地整株鲜重年产量分别约为3600、3200、1500公斤,表现十分亮眼。

破译五节芒基因组

芒草为什么具有这么强的抗逆性?为了解答这个问题,陈翠霞团队又开始研究芒草分子遗传学机制。“当时关于它的生物学、细胞学和遗传学文献很少,我们的研究可谓‘白手起家’,从基础生物学相关内容开始。”她回忆道。

芒草的基因组庞大、较为复杂,这给研究带来了不小的挑战。

“我们通过二代、三代等当前先进的测序方式,用遗传图谱和BioNano数据等进行修正和验证,并进行基因注释和转座子注释等,解析芒草基因组。”陈翠霞团队成员、山东农业大学副教授张国斌说。

经过近十年钻研,陈翠霞团队终于成功破译了芒属植物代表性物种五节芒的基因组。顺着芒草基因组的“藤”,该团队又找到了“瓜”。他们进一步推断出同为禾本科甘蔗亚族植物的高粱、芒草和甘蔗3个物种的具体进化关系和时间;探讨芒属植物之间存在着广泛种间杂交和渐渗作用的理论支撑;鉴定高粱、甘蔗和芒草机体内纤维素合酶的基因表达情况。

“我们希望为粮食作物,如水稻和小麦等,提供基因资源;同时,将芒草打造为促进盐碱地生态保护和高质量发展的‘利器’。”陈翠霞说。

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