AI小壹

齐鲁晚报智能报料小助手

报料

齐鲁师范学院参与的玉米高蛋白项目研究成果登上《Nature》

大众报业·齐鲁壹点   11-21 11:45

11月17日,国际学术期刊《Nature》发表研究论文,我国科学家经过十年的不懈努力,首次从野生玉米中成功地克隆出高蛋白基因,并且通过杂交实验有效的提高了现代玉米的蛋白含量。该成果由中国科学院分子植物科学卓越创新中心和上海师范大学王文琴研究团队合作,并在多所高校、科研机构集体参与下完成。齐鲁师范学院路小铎教授、青年教师秦莉承担的蛋白含量检测、氮肥利用效率实验、自交系改良等多项工作,为论文的成功发表提供了坚实的数据支撑。

重大突破:玉米蛋白质含量由8%提升到14%

“从国家战略的角度来讲,玉米蛋白质含量的提升,可以有效缓解我国对大豆进口的压力,保障我国饲料工业和养殖业健康发展,保障市民肉蛋奶的供应。”路小铎介绍,中国目前动物饲料中的蛋白质含量主要来源于大豆豆粕,豆粕的蛋白质含量能达到45%,但我国自主生产的大豆远不能满足畜禽养殖的需求,85%以上的大豆依赖进口,“我国每年进口大豆1亿吨,相当于6—7亿亩耕地的产量。而我国的耕地总量18亿亩,种植大豆的耕地严重不足。如果国外对大豆实施进口垄断,那么我国肉蛋奶的供应将出现问题,直接影响人民群众生活质量。”路小铎解答说。

路小铎敏锐地关注到这一“卡脖子”问题,并积极探索有效打破“制约”的新路径。“除了蛋白含量低,玉米富含各种营养元素,各种饲料配表中也必有玉米。”他介绍,玉米产量高,有效能量多,是最常用而且用量最大的一种能饲料,有“饲料之王”的美称,如果普通玉米蛋白含量每提高一个百分点,相当于中国可以少进口近800万吨大豆。

提升玉米蛋白含量,除了具备社会效益,经济效益也不容忽视,“豆粕和玉米的价格差距较大,豆粕比玉米高1000元/吨左右,提升玉米蛋白含量可以有效降低饲料成本,从而降低肉蛋奶的生产成本。”是保障我国畜禽养殖业和饲料加工业健康发展的重要途径之一。 

机遇降临:达成研究+育种+蛋白检测合作意向  

十年磨一剑。从十年前关注到这一重要的社会问题,路小铎就一直致力于玉米育种等方面的研究。2018年8月,由齐鲁师范学院举办的“第三届玉米功能基因组学术研讨会”上,路小铎与上海生命科学研究院植物生理生态研究所课题组长、研究员巫永睿相遇,两人志趣相投,相谈甚欢,自此开启了高蛋白玉米研发攻关的合作之路。  

巫永睿研究团队于2012年开始进行玉米高蛋白供体材料的筛选、蛋白含量测定、遗传分析以及群体构建,科研人员实验发现,野生玉米在没有施加蛋白条件下,种子蛋白含量都高达30%,是现代普通栽培玉米的三倍,表明野生玉米含有控制高蛋白含量的关键基因。

2019年,路小铎科研团队与巫永睿科研团队达成研究+育种+蛋白检测合作意向。三亚南繁基地、银川基地、合肥基地……路小铎和科研团队开启了大规模田间试验,将野生玉米高蛋白基因通过多代杂交回交,引入到我国推广面积最大的玉米生产栽培品种郑单958中,可以显著提高蛋白含量,表明该基因在培育高蛋白玉米中具有重要的应用潜能,这个基因还能够提高氮素的同化效率,减少对化肥的使用,对环境保护都具有重大的意义。2020年8月10日,巫永睿带领团队优秀人才来到齐鲁师范学院参观指导工作,并召开“高蛋白玉米品种研发及产业化研讨会”,双方持续推进高蛋白项目。2021年3月,路小铎科研团队将检测的数千份高蛋白含量玉米和秸秆样本提交给巫永睿研究团队,高蛋白玉米项目得以快速推进。

经过不断的研究、培育,最终玉米蛋白含量由原来的7%-8.5%,提升到了现在的14%。“目前达到的蛋白含量能够满足培育肥猪的饲料蛋白需求,可以不用添加豆粕。”14%的目标的突破,已经实现了巨大跨越,但路小铎科研团队与巫永睿科研团队还有更高的目标—将玉米的蛋白含量提升至18%!再提升至21%!满足各种需求的饲料蛋白需求,届时,中国的饲料将不必再依赖于进口大豆,实现“蛋白自由”。

严谨治学:每一个实验数据亲自把关  

骐骥千里,非一日之功。路小铎及其团队在提升玉米蛋白含量方面取得的重大突破,靠的是日积月累的积淀,持之以恒的坚守,埋头苦干的精神。

厚积薄发,玉汝于成。长期致力于玉米遗传育种研究工作,路小铎团队在玉米营养品质和青贮玉米等领域积累了丰富的资源和应用经验。他们构建了全世界第一个近饱和的玉米EMS突变体库,覆盖了玉米36933个基因,覆盖率达到了93.9%。先后主持多个国家级、省级自然基金项目,在国际著名期刊上发表学术论文十余篇,申请国家发明专利四项,获国务院特殊津贴,获得省部级奖励2项。

一颗颗如珍珠般璀璨的玉米粒儿,映照着的是一颗颗炙热而虔诚的心灵。头戴草帽、格子衬衫、短裤、运动鞋……在玉米育种基地,路小铎朴实的就像一个地地道道的农民。听起来高大上的生物科研背后,是他十几年如一日在玉米地里的默默坚守。团队在章丘区旭升村承包了20亩土地,建成了玉米育种基地,还与其他企业、机构合作,在海南、银川、安徽等地建有育种试验基地。育种基地里的一切事项,路小铎都亲自参与。

“从整理种子,到播种,统计出苗率,抽雄期,吐丝期,开花期,包括除草、打药、间苗、套袋、授粉、收种子等工作,他都是亲力亲为。”团队成员秦莉介绍,从未在家里干过农活的她,一开始加入团队时很不适应,粗糙的手上长满了厚厚的茧子,密不透风的玉米地里热到中暑,有时一天下来累到嚎啕大哭……但看着路老师比他们更辛苦更疲惫的身影,她和伙伴们的委屈便消解了很多,咬紧牙关坚持下来。她也慢慢理解了老师的苦心,“这是老师严谨治学的体现,他对每一项实验数据进行精确把关,不能有丝毫错误,因为他常说,一点错误就会影响结果的真实性。”

 严肃的外表下,路小铎拥有着一颗善良柔软的心。今年上半年,学校疫情形势较为严峻,路小铎科研团队不仅积极配合学校疫情防控政策,主动投身疫情防控志愿服务工作,还捐款5万元,助力学校疫情防控工作,展现出浓厚的家国情怀和担当精神。

未来展望:让国人吃上各品类高品质玉米  

做好青贮玉米,服务国家发展,是路小铎和团队不变的初心。在此之余,让人类生活品质不断提升也是团队孜孜以求的目标。

在路小铎眼里,未来能够搬上百姓餐桌的玉米,应做到“好吃、好看、有营养。”团队也一直在为这个目标而努力。在旭升村的玉米基地,20余亩的玉米地里,种植了上百种不同功能的玉米,如叶酸玉米、β-胡萝卜素玉米、控糖玉米、奶牛专用玉米、高蛋白玉米等等。

他举例,我国有8000万慢性病患者,其中叶酸缺乏是重要因素。补充叶酸不仅孕妇需要,普通人群也十分必要。高叶酸水果玉米不仅口感清甜,可以像水果一样生吃,而且天然叶酸含量极高,一天一根即可满足普通人叶酸需求,两到三根可以满足孕妇叶酸需求,无需再服用市面上的工业叶酸营养品。而控糖玉米则可以通过食用玉米而达到减肥减脂,控制糖尿病的目的。

高品质玉米育种研究也带来了高回报。一家食品企业关注到高叶酸玉米的极强应用价值后,董事长亲自带队到学校洽谈合作,下一步,团队也将带领学生进行创新创业项目的孵化……现在路小铎团队每年能够为学校创收300余万元,为学校高质量发展及应用型高校建设带来强大助推力。

宝剑锋从磨砺出,梅花香自苦寒来。正是凭着多年来的孜孜以求、永不服输的拼搏精神,路小铎和团队才能在玉米分子育种研究的道路上不断开拓出广阔新天地。他期盼着,通过高蛋白玉米、高叶酸玉米等的培育,实现未来粮食安全与改善营养状况的双促进,不断挖掘绿色农业可持续发展的巨大潜力。


来源:齐鲁师范学院

责任编辑:崔烘昌

值班主编:徐玉芹