在山东省滨州市无棣县柳堡镇的土地上,一片“绿洲”脱颖而出。它的周围是白花花的盐碱地,只有这里全是绿色。这是山东农业大学农学院教授陈翠霞的芒草实验场。
这里种植了他们近十年来自主选育的耐盐碱芒草新品种。收获季节,全株亩产高达3600斤。
近日,陈翠霞团队发现了一个新的芒草耐盐基因,相关成果在线发表在国际期刊《自然植物》上。陈翠霞研究组在染色体水平上破译了芒属植物参考基因组图谱,分析了芒属植物的遗传进化历史,揭示了芒属植物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造提供了理论支持。
建立红树植物种质资源圃
荒地上野草疯长,又高又丰。这种禾本科植物是世界上重要的具有巨大发展潜力的木质纤维素原料作物,用途广泛,可生产生物质燃料酒精。
十几年前油价飙升,欧美国家大力投入可再生能源研究。木质纤维素作物成为研究的焦点。从那以后,在伊利诺伊大学香槟分校生物能源研究所工作的陈翠霞一直参与相关研究。
外表平淡却内涵丰富,这是陈翠霞对芒草的评价。“抗逆性强,可在荒地、沼泽、海滩等边缘土地上种植生长,也是世界上最具发展潜力的木质纤维素原料作物。”她说。
已经在实验室“培育”多年的芒草,陈翠霞希望它能“有所作为”。
长期以来,土地盐碱化一直是山东所在的黄河三角洲农业生产的突出问题。
“盐碱地和芒草种植‘联姻’应该是有前景的。”经过深入调查,陈翠霞给出了一个判断。团队成员迅速收集国内外芒草种质资源,他们将发现的200多种质资源放入山东农业大学南校区实验站。
“我们在学校通过杂交育种培育了300多个芒属杂种,从而创建了我们自己的芒属种质资源圃。”有了“家庭背景”,陈翠霞觉得研究盐碱地种植芒草更有底气。
耐盐碱芒草新品种的选育。
“渤海粮仓科技示范工程”(以下简称渤海粮仓)是一项农业科技项目,旨在通过科技攻关,改良中低产田和盐碱地,实现粮食增产增收。
乘着渤海粮仓的东风,陈翠霞在靠近渤海的六堡镇找到了近20亩中重度盐碱地,种植了芒草新种质,筛选培育了耐盐碱杂交品种。
起初,陈翠霞团队成员将学校的芒草资源运到200公里外的柳堡镇种植。后来他们直接在当地培育新品种。
一件可笑的事情坚定了陈翠霞扎根盐碱地的决心。“芒草长出来的时候,附近村子的牛羊都来吃,破坏了芒草的生长,但这让我们看到了芒草作为畜禽饲料的潜力。”她说。
如今,这片拥有3000多株芒草的盐碱地生机勃勃。不仅成为了网络名人美妆的打卡地,也得到了业内专家的高度认可。
“这里各种株植物多样错落有致,四季壮观,具有小型盐碱地生态修复观光园的功能。”山东省畜牧站研究员翟桂玉说。
此外,陈翠霞团队新育成的耐盐能源新木莲137、耐盐绿色木莲297和耐盐紫竹101,在中重度盐碱地每亩地的全株鲜重年产量分别约为3600公斤、3200公斤和1500公斤
“我们利用目前先进的第二代、第三代测序手段,如遗传图谱、BioNano数据等进行校正验证,并进行基因注释和转座子注释,对芒草基因组进行分析。”陈翠霞团队成员、山东农业大学副教授张国斌说。
经过近十年的研究,陈翠霞的团队终于成功破译了五节芒的基因组,五节芒是芒属植物的代表物种。顺着芒草基因组的“藤蔓”,团队又找到了“甜瓜”。他们进一步推导了同为禾本科亚属的高粱、芒草和甘蔗的具体进化关系和时间。讨论芒属植物广泛种间杂交和渐渗的理论支持;鉴定高粱、甘蔗和芒草中纤维素合成酶的基因表达。
“我们希望为粮食作物提供遗传资源,比如水稻和小麦;同时,将芒草打造成促进盐碱地生态保护和高质量发展的‘利器’。”陈翠霞说。
本报记者王言彬通讯员郭翠华
(编辑:何苗、熊旭)