常见的小麦病害有条锈病、叶锈病、秆锈病、赤霉病等。
△条锈病是小麦生产上危害性最高的病害之一,由小麦条锈病菌引发。图左边为感条锈病小麦,右边为抗锈病小麦(图片来源:作者)
如上图所示,一般来说,右边的小麦之所以能抗条锈病,是因为它里面含有一个或多个有抗性的抗条锈病基因。我们的研究目的,就是将抗病基因从这些抗病材料中克隆出来,然后导入到育种材料或品种中,使其拥有抗病性,以满足增加粮食产量迫切的需求。
然而,病菌也很聪明,也在不断地进化变异,导致我们的抗病基因有时候少则几年就失去了抗性,这便为我们育种工作提出了更高的要求,要求我们要不断地寻找更多样、抗性好的抗病基因。
田间地头,当你看见一群研究生们这里瞅瞅、那里看看,甚至有的人扶着麦苗、端详麦穗,正是大家认真、细致找寻具有特别表征小麦麦苗的时候,比如说“抗病”的、“感病”的,“高”的、“矮”的……在它们的身上,可都携带着对应的生物密码(基因)。
分子标记检测(图片来源:作者)
而当锁定了一些特别表征的小麦后,我们会采集对应的叶片,回到实验室,提取DNA,通过实验手段如分子标记检测等,定位并克隆这些表征所对应的基因。
总结一下,我们的田间工作目的就是寻找、并确定表型(如抗条锈病)→实验室里找到、克隆基因→将基因导入到育种材料或品种中。
那么问题来了,为什么不直接在实验室种植小麦、找到目标基因?
答案是:不可能。
就拿研究小麦条锈病来说,小麦条锈病菌是一种寄生真菌,必须依附在活体小麦之上才能存活。条锈菌的繁殖体夏孢子可随高空气流远距离传播,并反复感染小麦,在小麦上完成周年的侵染循环,其侵染循环可分为越夏,侵染秋苗,越冬及春季流行四个环节。小麦收获后,条锈菌会转主寄生在小檗上。在条锈菌没有传播的地区(比如实验室里),就观测不到小麦感条锈病,也就无法找到对应基因。
四、收获的季节,其实我们也有收割机
每年的小麦收获,正是一年当中最热闹的时间段。课题组的全体人员顶着酷日、集体下地,欢聚一堂,并对收获和农用车驾驶技术进行充分、全面的锻炼。
下图佐证:
笔者所在的课题组拍摄于石家庄高邑县
相信现在大家也开始明白我们在收获材料时,为什么要“下地拔麦子”了。
这是因为,我们学习小麦育种的方法后,还要通过精细地研究小麦农艺性状、抗病性的遗传规律,以期将优异的遗传性状应用到实际生产中。
为此,我还总结了近一、两年收获实验材料——拔麦子的四种常见方法,希望对大家特别是对拔麦的初学者有所帮助。
姿势一:弯腰式——田间最常见的拔麦方式,缺点是不适合身高太高的人,费腰。
姿势二:曲膝式——精髓在于曲膝、提臀、用背部发力。优点是能锻炼背部力量,适合健身爱好者。
姿势三:蹲式——优点在于省力且速度快,缺点在于长时间蹲着腿容易麻,猛地站起容易跌倒,建议与弯腰式轮换。
姿势四:站立式——站立比较轻松,但对小麦高度有要求,拔的时候需要气沉丹田,集中发力,不然容易断根,伤害材料完整性。
轮到育种材料小区收获时,情况就不同了。
那是一个风和日丽的下午,具体时间为2021年6月19日14点10分,任务是收获育种小区。与往常不同,今日的三大防晒法宝:帽子、云、口罩里,没有云。
太阳是那么灿烂,也是那么毒辣(截图自当日天气)
因为实验材料是按行种植,而大部分育种材料是按小区种植,因此育种材料与实验材料的收获要求和方式有所不同,开心地开上了百万级机械收割机。(实际是跟在收割机后面将种子袋装车)
机械收获育种材料(图片来源:作者)
我们按照不同的种植小区(图中一块一块间隔的区域就是小区)收割,收割后脱粒的种子会被分装入编有不同标签的袋子。
五、材料的脱粒、装袋与入库
那些收获(拔)时是按行种植的实验材料和育种材料的单株,都需要单株脱粒,脱粒后按编号装进对应袋,入库以备使用。
或许还有人疑惑,既然实验材料要一一对应,那为什么在收材料的时候,有时拔的单株小麦并没有挂牌?
(图片来源:作者提供)
其实,有没有标志牌要看情况,有时候为了提高收获效率,在农忙时为抢收种植材料,一些材料(如遗传和突变体等群体)会全部收获后分单株脱粒,在脱粒时,对装入的袋子进行标号即可。
田间试验,是一场属于育种人的修行
在田间试验阶段,还有很多好玩的事,比如杂交、诱变、人工接菌等,这里就不再一一和大家分享啦,有兴趣的朋友可以联系我们,共同交流。
可是难免还是会有人疑惑,这些田间试验,为什么一定要学生来干?为什么连博士都需要下地?
首先,实验材料不是从天上掉下来的,常常是一种传承。一个研究群体的配置常常需要数年,我的实验材料就来自师兄师姐们的辛勤培育。而且,有的性状在实验室观测不到,即使在实验室能调查,也应该以大田为主,因为在育种实验室中一切科学手段的检测和分析,最终也要通过在大田里的表型来验证。
另外,小麦表型的鉴定和育种并不是件容易的事,需要多年的经验积累,而且每个人的研究目的不同,对材料了解程度不同。自己的课题自己鉴定,本就是理所应当的,就连那些年近70高龄的育种家们仍热衷活跃于田间地头,乐在其中。
可以说,田间试验,是一场属于育种人的修行。只有经过酷暑严寒、倾其所能的钻研,本科生才能认识到自己是否适合读硕士,硕士生才能感受到自己是否适合读博,博士生才能清楚自己是否适合搞科研和育种。
不经过繁重实验的考验,不经过酷暑中开展田间试验的磨炼,只是站在门槛外空想,恐怕不少人都会以为自己是拯救科研界和育种界的天选之子。
在育种这件事上,选择是相互且残酷的,你在选育材料,材料也在选择你。