專家現場開展評估。中科院合肥研究院供圖
■記者 沈春蕾
當前，隨著氣候變化加劇，倒伏已經成為影響水稻生產的重要不良因素。10多年來，中國科學院合肥物質科學研究院（以下簡稱中科院合肥研究院）科研人員一直開展水稻脆稈突變體的遺傳分子機制研究，希望解決此難題。
10月21日，中科院合肥研究院和安徽荃銀高科種業股份有限公司（以下簡稱荃銀高科）聯合舉辦2021年“穀草兼用”脆稈水稻關鍵基因及技術轉讓簽約及示範現場觀摩會。會上，中科院合肥研究院智慧所離子束生物與綠色農業中心研究員吳躍進團隊自主研發的基因專利及“穀草兼用”品種培育應用關鍵技術，實現了向荃銀高科的“打包”轉讓。後者將獲得該技術的獨佔使用權。
會上，吳躍進向參觀人員介紹了這一院企合作培育的“秸稈變脆、脆而不倒”高產水稻的誕生經過。
發掘脆稈水稻基因
已有研究發現，水稻秸稈主要有細胞壁組分（纖維素、半纖維素和木質素組成）和儲藏物質（澱粉、蛋白質、糖等）主要成分，這些成分大多由遺傳基因調控。
“脆稈突變是秸稈細胞壁組分突變的產物。”吳躍進告訴《中國科學報》，“秸稈因為細胞壁組分突變變脆，同時帶來容易倒伏的情況，所以生產上鮮有脆稈突變體直接應用生產的成功範例。”
這些年來，吳躍進帶領團隊致力於水稻脆稈突變體的遺傳分子機制的研究，發現了不同型別的脆稈突變體22個，定位脆稈新基因10個，克隆並利用基因功能解析了4個新的脆稈基因，包括理想脆稈基因IBC以及半顯性脆稈基因Sdbc1，均申報了自主智慧財產權。
其中，理想脆稈基因IBC表現出時間表達特性——在開花後莖稈開始表現脆性，並且葉片等組織不表現脆性，農藝性狀優良，不影響田間農事操作。同時，半顯性脆稈基因Sdbc1能夠使得雜交F1植株秸稈表現出脆稈特性，對於解決雜交水稻秸稈利用問題具有重要的應用價值。
在安徽省重大科技專項的支援下，吳躍進團隊利用理想脆稈基因IBC培育了“脆而不倒”的脆稈水稻品種“科脆粳1號”。該品種在2018年透過審定，在當年成為國內首個透過審定的脆稈水稻品種，實現了理論到應用的突破。
經研究，團隊還發現“科脆粳1號”秸稈脆性在生育後期表達，不影響產量與品質，秸稈易粉碎、易降解，還有利於秸稈生態還田的應用。另外，與對照相比，“科脆粳1號”秸稈的纖維素和木質素含量分別降低了11.9%和16.6%，而半纖維素含量增加了15.7%，表明秸稈的營養成分發生了較大的改變。
由此，吳躍進認為，“科脆粳1號”克服了脆稈材料易倒伏的瓶頸問題。透過增大脆杆品種的秸稈莖粗、莖厚，可以彌補細胞壁組分變異帶來的倒伏風險。在風洞試驗中，他們模擬9級大風情景，“科脆粳1號”依然表現出良好的抗倒伏性，並且在連續多年的生產示範中也未見倒伏現象的發生。
變廢為寶“牛羊愛吃”
在“抗倒稻”的聯合示範推廣中，院企合作團隊還發現了它的另一大妙用——青貯飼料。
《第二次全國汙染源普查公報》公佈的資料顯示，全國秸稈年產生量為8.05億噸，秸稈可收集資源量為6.74億噸，秸稈利用量為5.85億噸。
“我國飼草自給率僅為59.1%，粗飼料的缺口一定程度上加大飼料用糧的需求，導致‘人畜爭糧’問題的產生。”吳躍進說，“飼料糧的需求已成為影響我國糧食安全的主要因素之一。”
因此，發展秸稈飼料化應用，既可以解決秸稈還田的問題，還可以有效緩解畜牧業發展中糧食和牧草資源供求間的矛盾。在合肥市2020年“借轉補”科技專項的支援下，荃銀高科與中科院合肥研究院聯合開展了脆稈水稻秸稈飼料化研究。
為了評價脆稈水稻的飼用價值，吳躍進團隊開展了脆稈青貯以及飼餵肉羊的研究。成分檢測表明，青貯脆稈可溶性糖和澱粉含量均高於普通稻草及全株玉米，顯示出更好的營養價值。營養物質消化率測定表明，脆稈所有消化指數均高於青貯玉米及普通水稻秸稈。
2021年，吳躍進團隊在安徽省白湖農場安排種植了100畝“科脆粳1號”、20畝“科脆粳3號”、20畝野生對照型“揚粳113”。
本次示範現場觀摩會的測產結果顯示，相較對照品種，“科脆粳1號”每畝增加稻穀產量10%以上，同時收穫新鮮秸稈1400公斤；“科脆粳1號”較對照品種秸稈更易粉碎，小於10釐米秸稈佔76.3%，對照品種佔15.9%，有利於後續青貯發酵。
“牛羊愛吃，秸稈‘變廢為寶’。”吳躍進介紹，“透過嚴謹、科學的飼餵試驗，我們發現青貯脆稈飼料飼餵效果最好，飼餵肉羊增重率比青貯玉米飼料和普通秸稈分別提高17.1%、21.2%。”
從實驗室到應用推廣，機械一體化也幫了很大忙。《中國科學報》記者獲悉，本次收割採用中聯重科最新研發的“艾禾”稻穀收穫—秸稈打捆一體機，初步實現脆稈水稻機械收割、打捆、裹包、青貯一體化流程。
將論文寫在農田上
“做技術我們在行，做市場推廣我們不行。”吳躍進說，這也是團隊將基因專利及“穀草兼用”品種培育應用關鍵技術獨佔轉讓給荃銀高科的原因之一。
技術轉讓有望增加秸稈的附加值，提升農業生產經濟效益。吳躍進以安徽為例介紹，安徽省每年水稻面積3300萬畝左右，秸稈產量約為1800萬噸，按照飼料化利用率提高20%計算，可以多利用360萬噸秸稈，每噸脆稈飼料價值按300元估算，增加直接經濟效益超過10億元。
他還算了幾筆賬，秸稈飼料化能為養殖業減少飼草應用成本，牲畜糞便還可以為種植業提供有機肥，每噸秸稈肥力價值增加約100元；脆稈品種在收割時由於易粉碎，能耗可以降低15%以上，減少生產成本。
“雙方合作將促進從品種源頭提升秸稈的利用價值。”荃銀高科總經理張琴表示，雙方將發揮各自優勢，圍繞水稻“穀草兼用”的育種目標，聯合國家水稻商業化分子育種創新聯盟的研究團隊，建立高效的分子育種體系以及全基因組選擇技術，並透過發掘、聚合有利基因進一步改良秸稈的飼用品質，在保障糧食產量的前提下，培育多種型別的脆稈新品種。
“院企合作一定要有所為、有所不為，才能實現1+1>2的組合效應。”吳躍進表示，把技術使用權交給荃銀高科，研究團隊將得以繼續深耕科學研究。接下來，他們將研發脆稈水稻配套的高產綠色栽培技術，建立秸稈收割儲運、裹包青貯的一體化技術體系，實現秸稈從田間到青貯飼料過程的無縫對接，突破脆稈水稻秸稈應用的技術瓶頸。
吳躍進說，未來，團隊也會結合應用需求，開展脆稈基因在玉米、高粱等飼用作物上的分子育種及材料創制應用研究，改良秸稈結構品質及畜牧學效率，進一步提升秸稈飼料的應用價值。
來源： 《中國科學報》
