原題目：智能design育種技巧完成水稻抗“鎘”
稻米鎘含量超標，既影響食糧平安，又影響稻米財產安康成長。若何破解這一困難？湖南省農業迷信院湖南雜交水稻研討中間副主任、研討員李莉團隊給出了他們的謎底。團隊利用自立研發的染色體片斷缺掉型鎘低積聚水稻智能design育種技巧，勝利培養出我國首個經由過程國度種類核定的鎘低積聚水稻種類“西子3號”。無需特別栽培方法，它產出的稻米鎘含量就遠低于0.20毫克/千克的國度尺度限量值。
日前，染色體片斷缺掉型鎘低積聚水稻智能design育種技巧進選2024年農業嚴重引領性技巧。
應急種類特徵不穩固
農田泥土包養平臺推舉遭到鎘淨化，最嚴重的影響之一即是稻米會接收和積聚了過多的鎘。鎘含量超標的稻米若被人食用，將嚴重影響人體安康。若何下降水稻對鎘的接收和積聚，一向是科研職員追蹤關心的題目和研討重點。
在李莉團隊展開這項研討之前，科研職員已測驗考試在水稻生孩子中挑選出應急性鎘低積聚水稻種類。所謂應急性鎘低積聚水稻種類，重要指在現有雜交水稻組合中挑選出具有必定鎘低積聚特征的水稻種類。但從應急性鎘低積聚水稻種類的田間表示來看，其鎘低積聚特徵存在不穩固性，且需求采用特別栽培方法與之配套。
為處理應急性鎘低積聚水稻在生孩子實行中呈現的這一困難，李莉團隊開端摸索研討，試圖找到一種可在中、重度鎘淨化農田蒔植，無需特別栽培方法也能堅持穩固鎘低積聚特徵的水稻資本。
“多年來，國際外判定了大批可育水稻表型，但未能發明穩固鎘低積聚種質。而水稻不育系普通不克不及自交硬朗，所以凡是無法判定籽粒鎘積聚表型。我們後期研討發明，籽粒鎘積聚表型由孢子體基因型決議，對于不育資料采用肆意父本異交授粉硬朗的方式能判定其表型。是以，我們開端了年夜範圍、高強度的不育系籽粒鎘含量判定。”李莉說。
另辟門路找到焦點種質
為此，團隊另辟門路，樹立了不育系籽粒鎘積聚表型判定方式。這種方式可以或許應用花期相遇的肆意可育資料，對三系不育系及未恢復育性的兩系不育系展開異交授粉。待不育系受精硬朗后，再判定其籽粒鎘積聚特徵。“這種方式擴展了鎘低積聚資本挑選范圍。”湖南省農業迷信院湖南雜交水稻研討中間研討員王天抗說。
包養團隊將彙集到的大批國際外雜交水稻親本資本蒔植于中、重度鎘淨化田。2018年，團隊應用不育系籽粒鎘積聚表型判定方式，率先發掘出穩固的鎘低積聚不育系珞紅3A和珞紅4A。判定成果顯示，珞紅3A和珞紅4A在全鎘含量為0.80毫克/千克泥土中蒔植，籽粒鎘含量分辨為0.027毫克/千克和0.017毫克/千克；在全鎘含量為5.00毫克/千克的泥土蒔植，籽粒鎘含量分辨為0.043毫克/千克和0.037毫克/千克，年夜幅低于國度尺度限量值。
為解析珞紅3A、珞紅4A鎘低積聚的遺傳基本，團隊應用第二代和第三代高通量測序技巧，對珞紅4A停止了全基因組測序。他們發明，珞紅3A和珞紅4A的第7號染色體有一段長度為408481個堿基對并包括多個鎘接收、轉運要害基因的年夜片斷（Org）缺掉，且在缺掉處拔出了一段長度為2980個堿基對的序列（Tons）。共分別實驗成果證實，Org缺掉和水稻籽粒鎘低積聚性狀存在慎密聯繫關係。
“應急性種類的鎘低積聚特徵不穩固，且需求聯合后期注水、調理pH值等栽培辦法，操縱比擬復雜，農人不不難接收。我們挖掘的鎘低積聚種質具有穩固的鎘低積聚性狀，這為選育穩固鎘低積聚水稻新種類供給了主要的資料基本。”中國工程院院士、湖南省農業迷信院黨委書記柏連陽先容。
樹立精準分型技巧系統
針對Org缺掉及Tons拔出，團隊開闢了共顯性Taqman分子標誌組合，樹立了水稻鎘積聚精準分型技巧系統。王天抗說，這一系統可保證科研職員在水稻苗期疾速、精準地域分鎘低積聚、非鎘低積聚及雜合單株，正確率達100%。
李莉告知記者，應用該技巧系統，團隊以珞紅3A、珞紅4A轉育的多基因聚合鎘低積聚中心資料作為供體，以主推慣例稻或雜交稻親本作為受體，采用雜交、包養網回交育種戰略，開端種類選育。技巧系統的利用，年夜年夜加快了團隊鎘低積聚水稻種類創制速率。
在精準分型技巧系統的基本上，團隊終極樹立了聚合鎘低積聚、抗病蟲、優質、高產等分子標誌遠景和全基因組佈景選擇的染色體片斷缺掉型鎘低積聚水稻智能design育種技巧，極年夜晉陞了鎘低積聚、優質、高產新種類的選育效力。
2020年起，團隊選育出合適在中、重度鎘淨化稻區蒔植的“西子3號”“西子9號”“西子17號”等高產優質鎘低積聚慣例稻種類10個，“西3S”等鎘低積聚兩系不育系2個，“西恢3號”“西恢5號”等鎘低積聚恢復系7個，測配出“西兩優4號”等鎘低積聚苗頭組合2個。
“西子3號”在國度區試中的表示非常凸起，在2021年和2022年國度各區試點“西子3號”糙米鎘含量僅為0.000—0.098毫克/千克，年夜幅低于國度限量尺度0.20毫克/千克；米質綜合評級為部標優2級，均勻畝產565.03千克。
2021年，“西子系列”鎘低積聚水稻新品系在湖南省湘陰縣鎘淨化稻田率先展開實驗示范，示包養網范面積160畝；2022年，其在湖南省湘潭縣、赫山區、湘陰縣等15個縣區展開示范，總面積1155畝；2023年，其在湖南省表裡13個縣區展開示范，總面積600畝，均完成平安生孩子，并在各示范點表示出極明顯的降鎘後果。
李莉舉例，“西子3號”“西子4號”“西子5號”“西子11號”“西兩優2號”“西兩優4號”的糙米均勻鎘含量分辨為0.021毫克/千克、0.047毫克/千克、0.039毫克/千克、0.007毫克/千克、0.023毫克/千克、0.044毫克/千克，年夜幅低于國度限量尺度值，與對比組比擬降鎘幅度到達95%以上。在鎘低積聚的基本上，“西子系列”鎘低積聚水稻還表示出了優質、高產特徵，真正完成了泥土鎘超標稻田里產出安心年夜米。
2023年，“西子3號”成為我國首個經由過程國度核定的鎘低積聚水稻種類，可在湖南、江西、浙江、湖北等地的雙季稻區的耕地平安應用區（鎘含量小于或等于1.5毫克/千克）展開晚稻蒔植。
染色體片斷缺掉型鎘低積聚水稻智能design育種技巧助力我國完成了鎘低積聚水稻嚴重種類選育的種質立異，引領南邊鎘淨化稻區走上了綠色優質、減產增效之路，包養為食糧豐收、農業增效、農人增收、財產旺盛供給了主要技巧支持。
本年，“西子3號”已在我國長江中下流地域省份展開年夜面積推行蒔植，這對保證食物平安、國度食糧平安具有主要意義。
“將來，我們將重點攻關雜交水稻智能design育種技巧，培養超高產、口感好、鎘低積聚、多抗、廣適的雜交水稻新種類，為保證國度食糧平安作出應有進獻。”柏連陽說。