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基因编辑秘籍,助力油菜成为“全能王”

来源:光明网2021-01-21 09:44

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  出品:科普中国

  监制:中国作物学会 光明网科普事业部

  统筹:程维红 徐琴

  策划:宋雅娟 张蕃

  作者:桑世飞 河南师范大学生命科学学院生物技术系讲师;胡琼 中国农业科学院油料作物研究所研究员 博士生导师

  提起油菜,很多人一定会想到榨油和赏花,但油菜的用途仅此而已吗?事实上,作为我国当前的第四大农作物、第一大油料作物,油菜的功能用途得到了科学家广泛的开发——

  一菜多吃,油菜让身体更健康

  经过农业科学家的改良,菜籽油不再有刺激性气味,精炼油清亮无味,压榨油浓香醇厚,各有一定的喜好人群。最妙的是,菜籽油是所有植物油中含容易引起动脉硬化的饱和脂肪酸含量最低的,同时其不饱和脂肪酸种类多并且比例合理,还含有脑黄金DHA的前体物质亚麻酸,是健康功能最好的食用植物油之一。

  榨油只是油菜在我们饮食中扮演的角色之一,如今油菜还是一种蔬菜,菜苗鲜嫩可口,菜薹肉质肥厚,成为了不少美食爱好者与营养追求者追捧的对象。

  种植油菜薹不仅有助于农民提高种植经济效益,对于消费者来说还能够避免由于缺硒所带来的健康隐患。中国农业科学院副院长、国家油菜产业技术体系首席科学家王汉中院士基于油菜富集硒元素的能力,提出了油菜“硒高效”概念,即在普通的非富硒土壤中,生产出每公斤含硒0.01毫克以上的菜薹,并培育出“硒滋圆”系列油菜薹用品种。除了富硒以外,油菜薹还具有高钙、高维生素 C、高氨基酸和高锌的特性。

  绚烂缤纷,菜花让家乡更美丽

  “杨柳青菜花黄,天上人间觅芬芳”。多少人儿时的记忆中,春天乡村田园那成片的金黄,蜂飞蜜香,是一年中最美的景色,点缀着对生活的美好向往。如今,油菜品种改良以后,适应性提高,种植区域南进北扩,不断增大。遍及全国油菜主产区的油菜花景点,熙攘热闹的油菜花节,吸引着人们,带着家人,伴着朋友,走向田野村庄。最早从1月、2月的广东新会、云南罗平始,到3月的江西婺源、湖北荆门、江苏兴化,再到4月的陕西汉中,7月、8月的青海门源、甘肃民乐、内蒙古海拉尔,都有美丽的油菜花海可以徜徉。

  近年来,油菜周年开花技术研发逐渐成熟,秋冬季看油菜花已经不再是奢望。2019年中国农业科学院油料作物所携手全国油菜花第一县江西婺源打造出秋季油菜花海景观,通过新品种、新技术集成创新,攻克了低海拔地区夏季高温种植油菜植株矮小、开花难、花色不艳、花期不长等难题,8月初种植,9月下旬初花,10月进入盛花期,打造出秋季金灿灿的油菜花海,让国庆期间的游客异常惊喜,为美丽乡村建设和花海经济找到了新的增长点。2020年,该秋季油菜花海又在湖北武汉和松滋华丽绽放,10月、11月均可观花,为疫情后湖北人民的生活增添了色彩。

  传统油菜花为黄色,花色相对单一。科学家们通过努力,发掘和培育出具有白色、金黄、橘黄、红色、紫色等多种花色的多彩观光油菜新品种(系)。这些多彩油菜品种花色灿烂,适于景观设计,为观光农业发展提供了更多选择。

基因编辑秘籍,助力油菜成为“全能王”

  彩色油菜花拼图(图片源自网络)

  曾经湖北恩施州全州贫困发生率30.61%,这其中就包含恩施市和利川市交界处的朝东岩下方,坐落着人口3000余人的田凤坪村。中国农业科学院油料作物研究所对口田凤坪村进行帮扶,结合当地产业布局,整合新品种、新技术、新成果,建设了高山油菜试验示范基地和良种繁育基地,以保护价回购良种,让村民吃下了增收致富的“定心丸”。同时 坚持“以农带旅、以旅促农、农旅结合”发展思路,形成了种植、观花、餐饮、民宿和特色农产品销售一体化发展新模式。如今田凤坪千亩油菜花海成为恩施远近知名的网红打卡景点。油菜观赏不仅实现“美丽乡村”理念,还切切实实为当地农民带来了经济效益,将油菜观光打造成了当地的一张名片,为乡村脱贫致富提供了可复制、可推广的产业扶贫模式。

基因编辑秘籍,助力油菜成为“全能王”

  中油所建所60周年油菜花大地艺术图案(图片源自中油所)

  饲料油菜,为粮食安全做贡献

  油菜植株中蛋白质含量与豆科牧草相当,粗纤维含量低,粗脂肪和无氮浸出物含量较高,钙含量高,粗蛋白质含量、有机物消化能和磷含量接近豆科饲草,各种营养成分高于谷草,营养类型与豆科饲草类似,堪称为品质优良的饲草。

  华中农业大学傅廷栋院士近年来为了解决我国饲料供应不足的问题,致力于饲用油菜产业化的研究,培育出饲油系列品种,并在多地建立饲用油菜生产模式。特别是在西北、东北地区,在小麦等主季作物收后到冬前2-3个月的农田空闲时间,种植以收鲜草为目的的专用饲料油菜,饲料油菜青草产量比豆科牧草高1/2~1/3,亩产蛋白质量显著高于豆科牧草。羊吃了添加了油菜的饲料后,屠宰率和净肉率都有提高,甲烷排放量减少。牛吃了添加了油菜的饲料后,体重增加快,产奶多,奶中蛋白质含量提高、脂肪含量下降。该模式充分利用西、北部地区小麦等早熟作物收后的光、热、水、土资源,不仅促进了农区养殖业发展,还有助于保护生态环境,改良土壤,应用前景十分广阔。饲料油菜还可以推广到南方的约5000万亩冬闲田区域,生产出优质饲草除了作为牛羊饲料外,还能满足其他畜禽(如鸡、鸭、鹅)养殖的饲料需求。

  基因编辑,让油菜更全能

  十三五期间,我国农业科技进步贡献率超过60%,科技创新在农业生产中所占据的比重越来越高,油菜也在育种学家几十年的改良下,拥有了众多优良品质和功能,油、菜、花、饲、肥、蜜多种用途得以全面发展。如今,基因编辑技术赋能油菜品种培育,依托基因编辑技术可以在短短几年之间使油菜获得“华丽变身”——

基因编辑秘籍,助力油菜成为“全能王”

  编辑RGA和 IAA7基因后形成的矮化程度不同的油菜植株

  (Cheng et al., 2020, Plant Biotechnology J)

  利用CRISPR/Cas9基因编辑技术,华中农业大学对控制油菜种子中油酸含量的FAD2及亚麻酸含量的FAD3基因进行定点编辑,通过对转基因后代的连续自交和回交,两年内即可获得不带有转基因元件的高油酸低亚麻酸突变体,让油菜油的营养价值更高。浙江大学和德国基尔大学合作,利用CRISPR/Cas9技术敲除了油菜中的“油脂消减基因(Seed Fatty Acid Reducers, 简称SFARs)”,大幅度提升了油菜种子含油量。华中农业大学、中国农科院油料所及德国科学家还通过突变油菜的裂角基因,提高油菜角果的抗裂性,降低机械联合收获时的落粒损失。中国农科院油料所利用基因编辑技术敲除油菜MAX1基因,创制出油菜高产新株型优异种质,单株产量有望提高约20%。武汉市农业科学院通过对BnaC2-GMYB28基因编辑获得种子低硫苷油菜材料,可使油菜饼粕营养更好。中国农科院油料所和扬州大学还建立了油菜的单碱基编辑技术,通过目标基因单个碱基的替换,获得了株高不同程度降低和抗除草剂的非转基因材料,将有力推动适合全程机械化生产的油菜新品种选育进程。

  随着“基因编辑”技术的发展,我们有理由相信未来在这项技术的支持下,油菜产业能够架起翅膀飞得更高!

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