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走进百门科研案例课:华柚2号诞生记

核心提示: 3月30日下午,三教B203教室,入选国家杰出青年科学基金、教育部长江学者特聘教授、国家特支计划(万人计划)科技创新领军人才的郭文武教授正在和几十名学生分享华柚2号的诞生故事。这也是学校双百案例课——百门科研案例课《植物细胞工程与农业应用——以柑橘为例》的课堂。

郭文武实验照片
郭文武实验中

郭文武果园调研照片
郭文武果园调研

南湖网讯(通讯员 曹震 )“华柚2号是20多年来,国内外唯一报道的柑橘细胞融合培育的新品种,雄性不育、果实无核、品质优良,你们知道它是怎么诞生的吗?”3月30日下午,三教B203教室,入选国家杰出青年科学基金、教育部长江学者特聘教授、国家特支计划(万人计划)科技创新领军人才的郭文武教授正在和几十名学生分享华柚2号的诞生故事。这也是学校双百案例课——百门科研案例课《植物细胞工程与农业应用——以柑橘为例》的课堂。

  问题提出——华柚2号的科学设想

“柚子补水、甘酸可口、不上火,很多人都喜欢吃柚子,但是你们吃柚子时觉得麻烦或者不喜欢的地方是什么?”PPT上展示的大柚子,果大饱满,让同学们顿时来了精神。

“柚子有籽。”一个女生答道。

“HB柚,原产美国佛罗里达州,1990年由华中农业大学引进,外形美观,果大皮薄,酸甜可口,但果实有籽。温州蜜柑,皮薄无核、味甜如蜜,又称无核蜜橘。能不能创造出像无核蜜柑一样的无核蜜柚呢?”郭文武边介绍边继续发问。

“可以利用杂交技术!”“采用细胞工程、基因工程技术!”同学们七嘴八舌地说。

郭文武告诉学生,理论是行得通的,但道路是曲折的。因为常规育种存在珠心胚干扰等障碍,有性杂交难以获得杂种,而当时细胞工程、基因工程还是新兴事物,没有成熟的技术应用于植物遗传育种。因此,培育出像蜜柑一样无核的蜜柚谈何容易?但是,郭文武有个梦想:基于学生期间从事柑橘种质创新与遗传改良研究的基础,我想充分发挥“细胞工程”这一传统生物技术在柑橘遗传改良中的独特作用,提高育种效率、缩短育种周期,培育具有无核、优质、不同熟期等性状的新品种,例如已实现无籽的华柚2号。”

研究探索——20年的艰辛劳动和坚持不懈

郭文武回忆,在他读书期间的90年代,邓秀新老师带领的柑橘研究团队在建立起柑橘细胞融合技术体系的基础上,创造了一批针对接穗和砧木改良的体细胞杂种,从而有效克服了柑橘常规育种中遇到的珠心胚干扰、雄雌性败育等困难,获得了前所未有的新种质。但是依然存在育种效率较低、育种周期较长的问题。郭文武硕博期间一直在做细胞培养研究,而细胞培养研究具有一定的随机性,很多时候实验是失败的。“做研究就是要不断地总结分析,查找原因,梳理思路,再次设计实验,屡败屡试,不言放弃。”

1996年,郭文武在一次实验中发现了一个奇怪的现象——二倍体和二倍体细胞融合后再生了二倍体,而不是预期的四倍体,且再生植株的叶型类似叶肉原生质体亲本。这一现象不符合柑橘叶肉原生质体单独培养不能再生这一特性。通过分子检测和查阅国外文献,他提出了“二倍体胞质杂种无核育种”的新思路,即以具有胞质雄性不育特性的温州蜜柑作为愈伤组织原生质体亲本,与有核品种的叶肉原生质体对称融合,经培养再生叶肉亲本型胞质杂种植株(核基因组来自叶肉亲本,线粒体基因组来自愈伤组织亲本),短期内实现温州蜜柑胞质雄性不育特性(CMS)向有核品种的转移,以期培育无核果实。

“研究如果成功,将对缩短育种周期,提高育种效率,培育无核柑橘果实和促进柑橘产业的种业发展具有十分重要的理论和实践意义。”课堂上同学们求知若渴的眼神望着郭文武掩映不住的兴奋表情。

“但是,基础研究是枯燥的,甚至很多时候是没有进展或结果的。”十几年来,郭文武无论是国内工作还是国外访学都没有放弃“二倍体胞质杂种无核育种”这个设想,他利用一切闲暇时间,加班加点泡在实验室里做实验。当时没有数码相机,郭文武和他的同事都是用传统的胶卷相机采集珍贵科研照片,拍完了再坐车到汉口冲印,冲印出来效果不行或者达不到要求,还要再去拍,再冲洗,反复多次。

郭文武说:“理论上,该研究在一年内就可以实现细胞融合到再生植株的过程,但从最初的思路提出到最后的成品出炉,我花费了15年的时间。”这项研究对于果树这类多年生木本植物来说,相比于有性杂交而言,已经缩短了20到30年的时间,因此得到同行的高度评价。目前,二倍体胞质杂种无核育种培育出来的新品种均已获国家农业部植物新品种权的保护。

2013年以来,郭文武带领的细胞工程与种质创新团队先后获得教育部创新团队和农业部农业科研杰出人才及其创新团队资助。20年来,郭文武一直征战在分子辅助柑橘细胞工程与种质创新的研究探索路途上。

研究结果——专研育种的目的在于造福百姓

“山区百姓很苦,山区不适合种植大田作物,只能种果树,果树没有好的品种,没有好的品质,也卖不出去或者卖不出好价钱。我们作为柑橘育种的科研工作者,不能为了发文章而做科研,不是为了做课题而做钻研,而是为了解决民生问题,帮助农民致富。科学研究必须要符合国家社会发展需求,必须要造福百姓。”正是不功利的学术态度,才让郭文武团队的科研之路越走越远。

柑橘胞质杂种创制的新思路的提出及成功应用,在1年内实现了胞质雄性不育性状的有效转移,而有性杂交需要20年以上,显著缩短了育种周期。“华柚2号”无籽柚,作为植物细胞融合直接应用于生产实践的第一个品种,也就顺利产生。2015年5月,“华柚2号”获农业部植物新品种授权,目前正在进行多点试验。

此外,柑橘胞质杂种创制方法实施成功后,美国、法国、西班牙等国的科学家向我方索要温州蜜柑愈伤组织细胞系,用于改良各自国家的有核品种。目前,该研究成果仍然处于国际领先水平,国内外很多单位来学校学习培训原生质体相关技术。

 科研感悟——创新的基础是日积月累

郭文武谈到,柑橘育种研究新思路的提出,是基于对基础知识的综合掌握并结合最新研究结果及发现的未预期到的现象的有机结合与应用,并且要理论联系实际,既要有理论高度,又要接地气,聚焦某一重要的产业需求,持之以恒地不断努力,要有信心、耐心、细心和恒心,日积月累,屡败屡试,终会成功。他告诫同学们,“大学期间一定要学好基础课,掌握扎实的基础知识十分重要。”

来自15级张之洞班的的盛丹琪同学听课以后非常有感触,“郭老师用一个集中时间把自己的科学研究之路倾囊相授,让人十分佩服,不仅增强了我的专业自信和学习兴趣,而且让我深刻的认识到,真正的创新,不是花样翻新,不是标新立异,更不是哗众取宠,而是脚踏实地、实事求是地发现问题、解决问题,发现需求、满足需求。”

据悉,为充分发挥学校优质科研资源和优秀校友资源在人才培养中的重要作用,及时将教师的科研成果和优秀校友的创业经历转化为教学内容,拓展创新创业教育平台,学校2012年以来立项建设“双百案例课程”,即“百门科研案例课”和“百门创业案例课”。科研案例课立足科教融合学术育人,以学校原创性优秀科研项目和科学研究成果为主要内容,要求教师结合自身科研经历,围绕科研探索过程进行讲授,着力启迪学生科研思维,激发学生科研兴趣,拓展学生科研方法,提升学生科学素养,培养学生创新精神,受到学生的大力追捧。

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责任编辑:柏佳曼
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