立冬刚过,在北方,人们纷纷在购物车里添加起了棉衣,但很少有人知道,在我国,其实75%的棉花品种都会经过南繁的“洗礼”。棉花本身也并非原产于中国,而是漂洋过海的“舶来品”,起源于非洲、澳洲和美洲等地。
虽然并非起源地,但如今,我国的棉花育种已经处于国际一流水平,这和我们拥有大量野生棉种质资源有密切的关联。
20世纪80年代,中国农业科学院的专家们就为保存这些国外考察收集和引进的种质资源而四处奔走选址,最终选择了我国位于北纬18度以南的热带地区——三亚。“从陵水到保亭再到乐东以南这片区域,气候和温度都与大部分野生棉的原生境接近,是最好的活体保存地。”中国农业科学院棉花研究所研究员、国家野生棉种质资源圃(以下简称“资源圃”)常务副主任刘方说。
经过40余年的不断发展,目前资源圃已活体保存了棉属的39个棉种,占全世界可收集野生棉种类的80%以上,基本涵盖了所有的起源地,成为全球最大、种类最全的野生棉种质资源圃。这些种质资源一部分来自国际合作引进,但大部分还是科学家们走遍全球,前往夏威夷群岛、巴西、澳大利亚、加勒帕戈斯群岛等地艰苦考察收集而来。
走进资源圃,就仿佛走进了具有热带风情的“小花园”,这里的野生棉与日常生活中我们看到的棉花不同,姿态各异。有的与路边的高大树木无异、有的茂盛如灌丛,还有的匍匐在地,错落有致,每一种都有独特的编号。
在国家野生棉种质资源圃里,中国农科院棉花研究所刘方研究员正在介绍野生棉搜集、保存和利用的故事。陈楠 摄
而当记者近距离观察,就能看到像手一样的三裂棉、三叶草形状的司笃克氏棉……它们对自然环境的需求不同,有的喜欢水,有的需要旱。比如旱地棉,适应干旱的环境,不浇水就可以正常开花结果,水分充足就反而不能结果。因此,资源圃铺设了滴灌管,根据野生棉的不同特性对它浇水、施肥、打药,对其进行科学栽培,让棉花“优生优育”。
除了野生棉之外,种质圃中还保存着人类驯化的主要品种,谈论起这些,刘方如数家珍:“当前一共有四个人工栽培驯化的棉种:草棉、亚洲棉、陆地棉、海岛棉。草棉源于南非和津巴布韦,后来在西亚两河流域被人进一步驯化后向全球扩展;陆地棉主要在墨西哥尤卡坦半岛,适应性好、产量高;新疆长绒棉就是海岛棉,纤维长,拉力好……现在全世界生产中99%是陆地棉和海岛棉。”
国家野生棉种质资源圃中的野生棉生机勃勃、高低错落。陈楠 摄
资源圃的重要功能是保存、鉴定和创新利用野生种质资源的优异性状,并将其导入栽培品种中,来改良现有的品种。“比如瑟伯氏棉抗冷性很好,对解决新疆棉花生产的倒春寒和秋季极端冷空气侵袭有着潜在的应用价值。澳洲棉有抗病基因源,对棉花生产上抗黄萎病育种有很好的利用价值。棉花本身抗盐碱性很好,是改良土壤的好作物。”刘方说。
在挖掘野生棉种质资源基因宝库的过程中,科研人员需要不断攻克各种难题。一方面是要解决部分棉种“水土不服”的问题。有的野生棉在原生境正常开花结果,但到了这里就很难开花结果,需要科研人员通过人工辅助授粉,扦插或嫁接的方式来进行繁殖。另一方面,还要不断提高资源圃抵御自然灾害的能力。2012年台风来袭,导致一个棉种植株全部死亡,因此资源圃在2015年新建成了一个温室,并将室外活体种质资源在温室中复制保存了一套,并内外都设置了可以联网采集数据的监控系统,实时监测所有材料的生长状态。
在国家野生棉种质资源圃的温室中,中国农科院棉花研究所海南科研中心负责人刘记正在观察野生棉的生长情况。陈楠 摄
刘方介绍,现在团队正在准备搭建一个实物共享与信息共享的综合利用平台,以后育种家及国内外研究人员可以通过互联网获得资源圃野生种质材料的照片、性状、保存状态、获取方式等详细信息,使这些野生种质资源得到更充分更广泛的利用。
中国农科院棉花研究所海南科研中心负责人刘记告诉记者,为了满足人们的日常需要,育种家关注重点的都是纤维品质和产量性状的提高,导致抗逆等性状的丢失,现有棉花品种的遗传基础也变得狭窄。
“我们想培育出适宜机械化生产的棉花新品种,平时就围绕棉花的株高及生育期做一些基础性研究,再发掘矮化基因,如果成功的话,可以为农民减负。”刘记说,已经找到了2个关键基因,它们在转入棉花后,会表现出株高变矮、侧枝短、开花提前的性状,目前正处于实验室研究阶段。
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