柏斌：薪火傳承永探索 深究機(jī)理育良稻
用占世界7%的耕地養(yǎng)活了全世界22%的人口，這是中國創(chuàng)造的一個(gè)世界奇跡。奇跡的背后，是無數(shù)為此耕耘奉獻(xiàn)的人，“雜交水稻之父”的袁隆平院士創(chuàng)辦的湖南雜交水稻研究中心，在其中做出了卓越的貢獻(xiàn)。如今，年輕一代科研人繼續(xù)踏著金色的稻浪，并應(yīng)用先進(jìn)的儀器和方法，在探索改良育種、提升品質(zhì)的道路上繼續(xù)前行。近日，分析測(cè)試百科網(wǎng)采訪了雜交水稻全國重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室檢驗(yàn)檢測(cè)中心負(fù)責(zé)人柏斌，作為年輕一代的雜交水稻研究者，柏斌分享了自己在水稻研究方面的科研創(chuàng)新之路，并對(duì)用高端質(zhì)譜儀器開展代謝組和機(jī)理研究進(jìn)行了展望。
雜交水稻全國重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室檢驗(yàn)檢測(cè)中心負(fù)責(zé)人柏斌
水稻研究 不解之緣
在雜交水稻全國重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室檢驗(yàn)檢測(cè)中心，柏斌主要開展稻米品質(zhì)的機(jī)理和遺傳育種研究，以高溫或者是鹽堿等為環(huán)境變量，結(jié)合稻米品質(zhì)的相關(guān)關(guān)鍵基因開展研究，從而挖掘品質(zhì)和非生物的逆境脅迫之間的分子調(diào)控機(jī)制。同時(shí)，柏斌也從產(chǎn)業(yè)鏈角度來部署創(chuàng)新鏈，聚焦黑米、高抗性淀粉以及香糯稻等稻米新品種的選育，并且與企業(yè)合作進(jìn)行產(chǎn)業(yè)化推廣。
“我所在的單位湖南雜交水稻研究中心，這是袁隆平院士在1984年建立起來的，是國內(nèi)國際唯一的一家從事雜交水稻研發(fā)的科研機(jī)構(gòu)。”柏斌自豪地介紹道，“從研究生開始，我就一直跟隨袁隆平院士從事水稻遺傳育種工作。袁隆平院士是氣排球超級(jí)發(fā)燒友，我也經(jīng)常和他一起打氣排球。他對(duì)我印象也比較深刻，給我取了個(gè)綽號(hào)叫‘柏大瓢’?！?/p>
在學(xué)習(xí)工作的過程中，柏斌向袁隆平院士學(xué)習(xí)頗多，“首先是感受他的這種隨和，其次是他的樂觀，最深的感受是袁隆平院士對(duì)科研不斷探索的攀登精神?！?/p>
在袁隆平院士的帶領(lǐng)下，湖南雜交水稻研究中心在水稻選育方面取得了世界上一系列令人矚目的成就，先后攻克了三系雜交稻，兩系雜交稻的技術(shù)瓶頸，獲得國家科技進(jìn)步特等獎(jiǎng)兩項(xiàng)，國家科技獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)三項(xiàng)，二等獎(jiǎng)三項(xiàng)。
深究品質(zhì)機(jī)理 選育開發(fā)優(yōu)品
當(dāng)前，柏斌課題組主要關(guān)注水稻品質(zhì)機(jī)理研究，營養(yǎng)高、食味優(yōu)的黑米選育以及復(fù)合營養(yǎng)米的開發(fā)。
在水稻品質(zhì)機(jī)理方面，柏斌團(tuán)隊(duì)針對(duì)耐高溫或耐鹽堿的優(yōu)質(zhì)稻，研究其在各階段尤其是灌漿期生理機(jī)制的改變，取得了一些系統(tǒng)性的研究成果，發(fā)表了多篇SCI的1區(qū)期刊，比如Frontiers in nutrition，F(xiàn)ood Research International，F(xiàn)ood Chemistry等。
比如近期發(fā)表在Frontiers in nutrition上的研究中，團(tuán)隊(duì)研究了三個(gè)水稻品種，其生殖生長(zhǎng)階段在中高鹽脅迫下的精米組成、淀粉結(jié)構(gòu)和理化性質(zhì)的變化。結(jié)果表明，鹽脅迫導(dǎo)致淀粉的碾磨和外觀質(zhì)量較差，總淀粉含量、蛋白質(zhì)含量較高，支鏈淀粉的中鏈比例和長(zhǎng)鏈比例較高，糊化溫度（GT）較低，但直鏈淀粉含量較低，支鏈淀粉短鏈比例較低。
與對(duì)鹽敏感的品種相比，耐鹽品種表現(xiàn)出更低的GT和糊化焓、更好的糊化性能和更穩(wěn)定的晶體結(jié)構(gòu)；因此，他們的飲食和烹飪質(zhì)量（ECQ）受到的影響較小。上述結(jié)果表明，鹽脅迫顯著改變了水稻的化學(xué)組成、淀粉結(jié)構(gòu)和理化性質(zhì)，生殖生長(zhǎng)期的鹽脅迫會(huì)降低耐鹽水稻品種的ECQ，并略微提高淀粉的糊化性能，最終導(dǎo)致水稻ECQ的惡化。
該研究分析了鹽敏感和耐鹽水稻品種對(duì)中高鹽脅迫的響應(yīng)差異，為育種家培育出具有良好蒸煮和食用品質(zhì)的耐鹽水稻提供了參考。相關(guān)成果發(fā)表在Frontiers in nutrition. 2022, 9：926217.
在黑米選育方面，隨著生活水平的提高，人們對(duì)稻米品質(zhì)、口感的要求也不斷提高。柏斌課題組針對(duì)目前市場(chǎng)上黑米食味非常差的特點(diǎn)，收集了大量的黑米資源，定向開發(fā)選育營養(yǎng)高、食味優(yōu)的黑米新品種，也取得了相關(guān)進(jìn)展。
“我們選育了一些苗頭性的黑米新品種，它們食味值都非常好，用普通電飯煲蒸煮后的食味效果也非常出色?！卑乇笳f道。
在復(fù)合營養(yǎng)米的開發(fā)方面，柏斌課題組還與企業(yè)進(jìn)行合作開發(fā)復(fù)合營養(yǎng)米。該研究主要是以大米米粉為基礎(chǔ)，通過添加相應(yīng)的紅薯粉、魔芋粉，形成復(fù)合粉并加工成米，外加改良食味差異，使得這種復(fù)合營養(yǎng)米不僅營養(yǎng)高，食味也進(jìn)一步得到提升。
高通量篩選技術(shù)的挑戰(zhàn)
雜交水稻全國重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室檢驗(yàn)檢測(cè)中心不僅在品質(zhì)、營養(yǎng)、元素等宏觀領(lǐng)域開展研究；在微觀領(lǐng)域的分子檢測(cè)方面，近年來在鎘低積累、分子育種方面取得系列突破。比如對(duì)于鎘低積累，檢測(cè)中心跟蹤特定的基因，通過高通量分析數(shù)十萬分水稻苗期的株系，從而定向篩選有突變體的株系。
“我們認(rèn)為在檢測(cè)上面可能有突破，但比較困難的一點(diǎn)是，分子檢測(cè)涉及的技術(shù)方法尚缺乏全國統(tǒng)一的國標(biāo)，甚至也沒有相關(guān)地標(biāo)。技術(shù)上可能還需要進(jìn)一步的標(biāo)準(zhǔn)化完善?！?/p>
合作實(shí)驗(yàn)室揭牌 助推雜交稻創(chuàng)新發(fā)展
從雜交水稻全國重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室引入質(zhì)譜儀器至今，柏斌表示印象最深刻的是島津的服務(wù)意識(shí)、服務(wù)能力。
“我們?cè)谶x購質(zhì)譜儀時(shí)，進(jìn)行了充分的市場(chǎng)調(diào)研，評(píng)比了口碑、技術(shù)、服務(wù)等，最終選擇島津作為合作伙伴?！?/p>
在這個(gè)過程中，從最初的儀器詢價(jià)、參數(shù)分析，到相應(yīng)合作單位的調(diào)研走訪，再到儀器采購?fù)曛笙鄳?yīng)的培訓(xùn)以及儀器出現(xiàn)故障的維修，島津及時(shí)高效的服務(wù)都令人滿意。特別是維修方面，當(dāng)實(shí)驗(yàn)室提供維修申報(bào)單后，島津會(huì)在第一時(shí)間給予線上解答，需要上門進(jìn)行維修的服務(wù)也會(huì)在3天之內(nèi)上門。
2023年5月，為了在前沿科技研發(fā)、應(yīng)用方法開發(fā)等多方面開展更加深入的合作，推動(dòng)雜交水稻科技創(chuàng)新發(fā)展，雜交水稻全國重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室檢驗(yàn)檢測(cè)中心-島津合作實(shí)驗(yàn)室正式掛牌，雙方的合作邁入全新階段。
柏斌表示：建立合作實(shí)驗(yàn)室，檢測(cè)中心可以利用島津先進(jìn)的儀器進(jìn)行人才培養(yǎng)，也可以進(jìn)行黑米或復(fù)合營養(yǎng)米在營養(yǎng)安全方面的深入挖掘，為培育營養(yǎng)優(yōu)質(zhì)稻提供技術(shù)支持。
“比如我們目前篩選出一些口感佳的優(yōu)質(zhì)黑米，但究竟是哪些代謝成分、遺傳機(jī)理造成了差異？這是合作實(shí)驗(yàn)室未來研究的一個(gè)科學(xué)問題?！卑乇笾v到，“我們選取不同食味的黑米，使用島津的全譜二維Q-TOF色譜質(zhì)譜聯(lián)用儀進(jìn)行代謝組學(xué)的分析，已找到一些可能影響口感的黃酮類、糖類化合物。下一步將與島津再開展深入合作，使用質(zhì)譜顯微鏡等設(shè)備，確定影響黑米食味的核心代謝物。另一項(xiàng)合作是，開展代謝通路研究，去挖掘不同種質(zhì)資源影響代謝物積累與合成的關(guān)鍵調(diào)控基因?！?/p>
柏斌表示，未來幾年檢測(cè)中心的規(guī)模和能力將進(jìn)一步提升。隨著岳麓山實(shí)驗(yàn)室的建成，檢測(cè)中心的體量、人才隊(duì)伍也將進(jìn)一步壯大，將引進(jìn)更多的質(zhì)譜類儀器，如氣質(zhì)、液質(zhì)、全二維質(zhì)譜等，來豐富檢測(cè)業(yè)務(wù)，提高檢測(cè)的權(quán)威性。
在科研方面，柏斌希望未來幾年能夠有優(yōu)質(zhì)黑米、高抗性淀粉以及高糯香稻的審定和推廣，與企業(yè)共同去推進(jìn)復(fù)合營養(yǎng)米、全谷物米的開發(fā)。
被訪人簡(jiǎn)介
柏斌，中南大學(xué)植物學(xué)博士，雜交水稻全國重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室檢驗(yàn)檢測(cè)中心負(fù)責(zé)人，研究方向?yàn)榈久灼焚|(zhì)機(jī)理和遺傳育種。截止目前，發(fā)表論文26篇，其中第一作者或通訊作者15篇（SCI論文9篇，累計(jì)影響因子70以上）；主持國家自然科學(xué)基金青年項(xiàng)目等國家和省級(jí)項(xiàng)目5項(xiàng)；授權(quán)專利1項(xiàng)（排名第1）；獲2項(xiàng)湖南省科技進(jìn)步一等獎(jiǎng)（分別排名第9和11）；長(zhǎng)沙市杰出創(chuàng)新青年、湘鄂贛農(nóng)業(yè)科技創(chuàng)新聯(lián)盟第六屆農(nóng)業(yè)科研杰出青年、湖南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院首屆青年崗位能手；湖南省科技特派員和“三區(qū)”科技人才。
參考文獻(xiàn)：
1.Yao, D. , Wu, J. , Luo, Q. ,Zhang, D. , Zhuang, W. , Xiao, G. , Deng, Q., Lei, D., Bai, B.*. Effects of Salinity Stress at Reproductive Growth Stage on Rice (Oryza sativa L.) Composition, Starch Structure and Physicochemical Properties. Frontiers in nutrition. 2022, 9：926217.
