大麥，全球第四大禾谷類(lèi)作物——
由于高含量的粗蛋白和可消化纖維，成為家畜的優(yōu)質(zhì)飼料；也由于制作麥芽后，酶活性強(qiáng)，酶系統(tǒng)全面，富含淀粉、糖類(lèi)、酵素、氨基酸等，一直是全世界啤酒釀造的最主要原料。
在我國(guó)，大麥已有5000多年的種植歷史。在環(huán)境極端的青藏高原，被稱(chēng)為青稞的裸大麥更是藏族人民世代依賴(lài)的主要食糧。
然而，即便中華民族與這種古老的作物有著邈遠(yuǎn)而深邃的淵源，又如何讓世界看見(jiàn)并認(rèn)可青藏高原野生大麥所蘊(yùn)藏的特異基因的寶貴價(jià)值？即便我國(guó)的啤酒生產(chǎn)與消費(fèi)量一直位居世界第一，又如何改變我國(guó)優(yōu)質(zhì)啤用大麥長(zhǎng)期依賴(lài)進(jìn)口的局面？當(dāng)越來(lái)越多的人關(guān)注到大麥的營(yíng)養(yǎng)與保健功能，又如何在全球極端氣候加劇的情況下保障大麥產(chǎn)量與品質(zhì)，從而應(yīng)對(duì)糧食危機(jī)？
在浙江大學(xué)麥類(lèi)作物創(chuàng)新中心，張國(guó)平教授團(tuán)隊(duì)守望麥田二十余年，圍繞農(nóng)作物品質(zhì)與產(chǎn)量以及耐（抗）逆性等農(nóng)業(yè)生產(chǎn)難題，在大麥基因組與重要功能基因解析、優(yōu)異麥類(lèi)種質(zhì)資源發(fā)掘與利用、作物重金屬、鹽害、干旱等逆境耐性調(diào)控機(jī)理等研究方向上取得了重要突破，建立了栽培和野生麥類(lèi)種質(zhì)資源庫(kù)，培育了浙大9號(hào)和10號(hào)等優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)大麥新品種，并正在研發(fā)新型基因編輯與遺傳轉(zhuǎn)化技術(shù)、培育一系列優(yōu)質(zhì)抗逆麥類(lèi)作物新品種，推動(dòng)前沿作物科學(xué)研究。
金燦燦的麥田 沉甸甸的歲月
在西藏南部溫潤(rùn)的雅江流域，成片的青稞在高原的陽(yáng)光下格外燦爛耀眼。這種高大、健壯、耐寒、耐旱和耐瘠的谷類(lèi)作物，不僅能廣泛適應(yīng)各種自然環(huán)境，而且具有高蛋白、高纖維、高維生素和低脂肪、低糖的營(yíng)養(yǎng)成分，既能替代高熱能的動(dòng)物性食品，又能補(bǔ)充藏區(qū)百姓無(wú)法依靠蔬菜和水果獲得的維生素、礦物質(zhì)以及膳食纖維。
研究證明，青稞籽粒中所含的β-葡聚糖是青稞最具開(kāi)發(fā)利用價(jià)值的保健功能成分，已經(jīng)明確β-葡聚糖具有降血脂、降膽固醇和預(yù)防心血管疾病等的作用。勤勞的藏民將青稞視作上天對(duì)雪域高原的最美饋贈(zèng)，將其炒后磨成面伴著酥油茶吃，或與豌豆摻和制成糌粑，又或制成香醇的青稞酒，彰顯著世代相傳的生命智慧。
但是長(zhǎng)期以來(lái)，國(guó)際大麥遺傳學(xué)界認(rèn)為中東“肥沃月灣”地區(qū)是大麥的起源和進(jìn)化中心，青稞獨(dú)特的生態(tài)型、遺傳的豐富多樣性，以及在現(xiàn)代栽培品種育種改良中的價(jià)值未能得到國(guó)際學(xué)界的充分關(guān)注。直到上世紀(jì)三十年代，瑞典人Aberg從我國(guó)四川道孚發(fā)現(xiàn)了這一種質(zhì)并將少量材料帶至歐洲，隨即引起了大麥遺傳學(xué)界的廣泛關(guān)注，引發(fā)了有關(guān)栽培大麥起源的爭(zhēng)論。
為此，張國(guó)平團(tuán)隊(duì)與全球大麥科學(xué)家合作完成了大麥基因組計(jì)劃，并對(duì)我國(guó)科學(xué)家在上世紀(jì)六十年代在青藏高原考察征集到的近200份青藏高原野生大麥進(jìn)行種質(zhì)資源精準(zhǔn)解析：通過(guò)在全基因組范圍內(nèi)比較大麥DNA指紋譜圖，發(fā)現(xiàn)藏族先民在青藏高原地區(qū)獨(dú)立馴化了大麥，從分子水平上證明了青藏高原野生大麥的獨(dú)立起源，是現(xiàn)代栽培大麥的主要祖先之一；他們還利用RNA-Seq技術(shù)分析了青藏高原野生大麥、中東野生大麥與現(xiàn)代栽培大麥基因組的差異，表明現(xiàn)代栽培大麥的基因組至少有一半來(lái)自青藏高原野生大麥材料。
團(tuán)隊(duì)研究表明，青藏高原野生大麥具有豐富的遺傳多樣性，特別是蘊(yùn)藏著非生物脅迫耐性的優(yōu)異種質(zhì)及基因，從中篩選與鑒定到多份具有高抗鹽、耐酸鋁、耐低溫、耐干旱的特異材料。團(tuán)隊(duì)利用鑒定的優(yōu)異野生大麥材料與綜合農(nóng)藝性狀優(yōu)良的栽培品種雜交，通過(guò)小孢子培養(yǎng)技術(shù)和回交方式，構(gòu)建了多個(gè)DH群體和異源染色體片段滲入系，應(yīng)用于育種和遺傳研究。階段性成果“大麥遺傳多樣性與特異種質(zhì)研究”獲得了2017年教育部高等學(xué)校自然科學(xué)獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)。
如今，古老的作物品種早已逾越單純的食物范疇，以更加豐富安全的姿態(tài)滿(mǎn)足人們對(duì)于健康食物的需求，并通過(guò)技術(shù)煥發(fā)出新的青春。在全球食物面臨危機(jī)的當(dāng)下，我國(guó)大麥如何在國(guó)內(nèi)乃至全球農(nóng)業(yè)版圖上保有一片凈土？在競(jìng)爭(zhēng)激勵(lì)的食物經(jīng)濟(jì)中，又如何走出高原，用綠色轉(zhuǎn)變生活，建立與世界更廣泛的聯(lián)系？團(tuán)隊(duì)繼續(xù)在基因圖譜中探尋著小作物的大奧秘。
守望麥田，讓小作物有大作為
近十年來(lái)，作為“麥田守望者”的張國(guó)平團(tuán)隊(duì)一直圍繞著啤用大麥品質(zhì)與非生物脅迫兩個(gè)主要研究方向開(kāi)展工作。張國(guó)平認(rèn)為，中國(guó)啤用大麥主要依賴(lài)進(jìn)口的主要原因之一是國(guó)內(nèi)啤用大麥品質(zhì)不佳。為此，團(tuán)隊(duì)開(kāi)展了啤用大麥主要品質(zhì)的基因型與環(huán)境效應(yīng)的一系列研究：
首先建立了基于美國(guó)AACC法的近紅外分析儀蛋白質(zhì)、β-葡聚糖測(cè)定方法，為大麥種質(zhì)評(píng)估與篩選提供了一種簡(jiǎn)易、快速、廉價(jià)的分析技術(shù)；闡明了我國(guó)主要啤用大麥栽培品種的麥芽品質(zhì)特點(diǎn)及其環(huán)境效應(yīng)，鑒定與篩選到一批籽?；瘜W(xué)組分和麥芽品質(zhì)性狀特異的遺傳資源，為啤用大麥生產(chǎn)基地建設(shè)和種質(zhì)資源合理利用提供了重要的理論依據(jù)；明確麥芽β-葡聚糖酶活性低是造成國(guó)產(chǎn)啤用大麥加工性能差的重要因素，β-淀粉酶活性普遍較低是糖化力弱和麥芽浸出率低的根本原因；鑒定到可以解決蛋白質(zhì)含量和β-淀粉酶活性對(duì)麥芽品質(zhì)有不良互作效應(yīng)的醇溶蛋白組分，為啤用大麥品質(zhì)檢測(cè)與改良提供了可靠的評(píng)估指標(biāo)與技術(shù)途徑；闡明了主要?dú)庀蠛驮耘嘁蜃訉?duì)麥芽品質(zhì)性狀的影響，為啤用大麥優(yōu)質(zhì)栽培提供了理論與技術(shù)指導(dǎo)；啤酒混濁嚴(yán)重影響啤酒的品質(zhì)和貨架時(shí)間，減少啤用大麥籽粒的混濁蛋白含量，是解決啤酒混濁問(wèn)題的有效途徑，并開(kāi)發(fā)了可用于鑒別混濁蛋白類(lèi)型的特異分子標(biāo)記。以上研究結(jié)果，獲得了浙江省科技進(jìn)步（自然科學(xué)）獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)，為提升我國(guó)啤用大麥品質(zhì)育種、生產(chǎn)水平及其在國(guó)際上的學(xué)術(shù)地位作出了重要貢獻(xiàn)。
全球變暖正在嚴(yán)重影響包括大麥在內(nèi)的農(nóng)作物生產(chǎn)。干旱發(fā)生時(shí)，不僅會(huì)降低大麥粒重與產(chǎn)量，嚴(yán)重的甚至導(dǎo)致大麥幼苗凋萎枯死而絕收。圍繞“大麥耐旱種質(zhì)及基因鑒定與功能研究”，張國(guó)平團(tuán)隊(duì)正在不斷突破這一瓶頸。
他們收集了來(lái)自以色列進(jìn)化谷溫暖潮濕的“歐洲坡”和高溫干旱的“非洲坡”中的22份野生大麥材料，研究不同群體響應(yīng)干旱的遺傳機(jī)理差異。在長(zhǎng)期適應(yīng)環(huán)境的生長(zhǎng)中，兩個(gè)坡上的野生大麥耐旱性已經(jīng)被天然區(qū)分為耐旱與不耐兩個(gè)群體。
團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)，非洲坡野生大麥在干旱脅迫下具有更高的凈光合速率、氣孔導(dǎo)度和蒸騰速率，非洲坡野生大麥在干旱處理下水分利用率顯著高于歐洲坡野生大麥。在以上兩類(lèi)野生大麥群體中共鑒定到161個(gè)潛在基因可能參與了大麥干旱適應(yīng)的調(diào)控，這些基因可被用于耐旱品種培育，為耐旱品種培育提供了理論指導(dǎo)和基因資源。
團(tuán)隊(duì)還利用全球收集的100份大麥核心種質(zhì)進(jìn)行土培苗期耐旱試驗(yàn)，鑒定耐旱種質(zhì)與相關(guān)基因，從大麥種質(zhì)材料中篩選出抗旱的基因型。在長(zhǎng)期的研究中，團(tuán)隊(duì)先后發(fā)現(xiàn)了作物非生物脅迫耐性的生理和分子機(jī)制，完成了高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、耐逆基因發(fā)掘與新種質(zhì)創(chuàng)制，闡明了氣孔進(jìn)化、逆行信號(hào)通路和鉀離子等耐旱新機(jī)制，鑒定了多個(gè)參與逆境耐性的轉(zhuǎn)錄因子和調(diào)控基因的分子功能。這些成果也已寫(xiě)進(jìn)國(guó)家自然科學(xué)基金會(huì)所列的“中國(guó)基礎(chǔ)前沿研究”系列叢書(shū)中。團(tuán)隊(duì)近十年發(fā)表的有關(guān)大麥的學(xué)術(shù)論文數(shù)與引文數(shù)在全球名列第二。
宋詩(shī)描寫(xiě)有在旱年依舊豐收夏麥的美好場(chǎng)景（嘉熙己亥大旱荒庚子夏麥?zhǔn)欤?“戴復(fù)古積雨喜新霽，山禽亦好音。白云開(kāi)曠野，紅日照高林。歉歲地惜寶，惠民天用心。君看大麥?zhǔn)?，顆顆是黃金?！?/span>古人感慨在旱情下大地卻很珍惜種下的每顆種子，老天也用心為人民創(chuàng)造了豐收的年景。而我們知道，沒(méi)有從天而降的瑞年，唯有一群像張國(guó)平這樣關(guān)注作物的科研人正在為豐收默默傾力守護(hù)，以期不負(fù)太陽(yáng)的熾烈情懷，為國(guó)家農(nóng)業(yè)生產(chǎn)創(chuàng)造更大的作為。
（周伊晨）
