山东农业大学陈翠霞团队盐碱地变绿洲贫瘠之地变牛羊天堂

放眼望去,无棣县六堡镇的辽阔土地上,一片“绿洲”映入眼帘。 周围是开满白花的盐碱地,唯有这里一片绿意盎然。 这是山东农业大学农学院陈翠霞教授团队的芒花试验地。

他们在这里种植了近十年自主选育的耐盐碱芒草新品种。 收获季节,亩产全株高达3600公斤。

近日,陈翠霞团队发现芒草新的耐盐碱基因,相关成果发表在国际知名期刊《自然·植物》上。

中国学者重大发现开创该领域新前景

荒地里疯狂生长的芒草很高大,随处可见。 但这种禾本科植物却是世界上最具开发潜力、用途最广泛的重要木质纤维素原料作物,可生产生物质燃料酒精。

记者获悉,《自然·植物》在线发表的这篇文章揭示了陈翠霞研究团队破译的鼠尾草染色体水平参考基因组图谱。 他们还分析了芒属植物的遗传进化史,揭示了芒属高纤维素或半纤维素含量背后的分子机制,为种质利用和新品种创制提供理论支持。

但写论文并不是陈翠霞的志向。

十多年前,石油价格大幅上涨。 欧美国家花费巨资进行可再生能源研究,木质纤维素作物成为焦点。 此后,在伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校生物能源研究所工作的陈翠霞一直从事相关研究。

外表平淡,内涵万千,这就是陈翠霞从芒花中发现的“新世界”:“它的抗逆性很强,可以在草原、沼泽等边际土地上生长,也是发展最快的木质纤维素。”世界上的潜力。” 原始农作物。”

黄河三角洲是黄河口携带泥沙沉积在渤海洼地形成的冲积平原。 长期以来,土地盐碱化一直是危害这里农业生产的突出问题。

“盐碱地与种植芒草的‘联姻’应该是有前景的。” 经过深入研究后的这一判断,让陈翠霞团队立即行动起来,马不停蹄地采集国内外芒草种质资源。 他们将发现的200多个种质放入山东农业大学南校区实验站。

“我们通过学校杂交育种,培育筛选了300多个芒草杂交种,打造了我们自己的芒草种质资源苗圃。” 凭借自己的“家庭背景”,陈翠霞觉得在盐碱地开展芒草栽培研究更方便。 我感到有信心。

盐碱地芒草新品种选育

“渤海粮仓科技示范工程”(以下简称渤海粮仓)是科技部实施的一项大型农业科技项目。 主要通过科技攻关,对这些中低产田和盐碱地进行改良,以达到增粮增收的目的。

乘着“渤海粮仓”的东风,陈翠霞在濒临渤海的山东省无棣县六堡镇发现了近20亩中重度盐碱地。 她种植了开发的芒草新种质,筛选并新培育了耐盐碱杂种。 种类。

挑战在于她选择的研究领域,这是当时国内为数不多的研究领域之一。 但陈翠霞自信:“能在盐碱地上生长良好的植物,有耐盐碱、耐瘠薄、耐干旱等许多优良品质,芒草就有这个能力。”

芒草通过根繁殖。 起初,陈翠霞团队将学校的芒草根资源运到200公里外的无棣种植; 后来,他们在当地直接选育新品种。

一件讽刺的事件坚定了陈翠霞的信心:“芒草刚长出来的时候,附近村子的牛羊都来吃它,这破坏了芒草的生长,但也让我们看到了芒草作为畜禽饲料的潜力。” ”

如今,这片拥有3000多株芒草的盐碱地,生机盎然。 它不仅成为网络上的著名景点,还得到了专家的高度评价。

山东省畜牧站研究员翟桂玉认为:“这里的植物各品系,形态多样、错落有致,花序绚丽多彩,四季皆可观赏。 具有小型盐碱地生态修复旅游园的功能。”

事实上,陈翠霞团队新选育的耐盐能量芒草137、耐盐绿芒草297、耐盐地竹101芒草新品种在重度和中度盐碱土壤上表现“惊人”:年鲜重每亩全株产量分别约为3600公斤、3200公斤和1500公斤。

破译芒草遗传密码,获得“独一无二”的芒草分子生物学研究文库

为什么芒草如此抗压? 为了找出这个问题的根源,陈翠霞团队再次走进基础研究领域。 但研究芒草的分子遗传机制是困难的。 陈翠霞感叹:“当时对其生物学、细胞学、遗传学的了解非常少。我们的研究可谓是‘从零开始’,从基础生物学相关内容开始。”

芒草具有自交不亲和性,其基因组庞大且复杂,这给他们的研究带来了很大的困难和挑战。

陈翠霞团队成员、山东农业大学副教授张国斌告诉记者:“我们利用二代、三代、10xGenomics等当前先进的测序方法,利用基因图谱和BioNano数据进行校正和验证,进行基因注释、转座子注释等,解开芒草基因组。”

经过近十年的潜心研究,陈翠霞团队终于成功破译了芒属植物代表种芒草的基因组,建立了“独一无二”的芒草分子生物学研究库。

沿着芒草基因组的“藤蔓”,研究​​小组发现了一些美丽的“瓜”。 他们揭示并进一步推断了同属于禾本科甘蔗亚科植物高粱、芒草和甘蔗三种植物的具体进化关系和时间; 讨论了芒属植物之间存在广泛的种间杂交和基因渗入的理论支持; 并鉴定了高粱、甘蔗和芒草中纤维素合酶的基因表达。

如今,芒草耐盐碱新基因的发现,让陈翠霞团队更有信心。

陈翠霞说:“我们希望为水稻、小麦等粮食作物提供遗传资源;同时,将芒草栽培打造成盐碱地生态保护和高质量发展的典范和典范。” (来源:《科技日报》王彦斌、郭翠华)