台灣第一個用「分子輔助選種技術」的陳榮坤博士_水稻雜交

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2014.10.9
 

每項技術都有其演進歷史,只要追隨先人的足跡,再狹窄的山路也不愁、安心愉快地前進。但是先人的足跡到某處必定會中斷。往後的崎嶇山路,只有勇往直前,和過去揮別說再見,從此面臨和孤獨奮戰的關鍵時刻。當前方發現獨木橋,必需設法渡過,沒有先人足跡,除了自己思考渡橋的方法之外,別無他途。創新的技術道路沒有讓人輕易過關,往往還在前方設下一道肉眼看不到的障礙,應如何克服?中途退縮、折返剛才煞費苦心通過的獨木橋嗎?不!一定會想盡一切辦法衝破障礙,經過無數次嘗試闖關努力,將會發現壁障突然裂開一個洞,如同柏林圍牆崩潰一般,於是乎又誕生一項新技術,不久成為綜合技術的種子核心,逐步完成一項一項卓越的商品問世。

摘自「黃色的機器人」、稻葉清右衛門著、國際貿易局發行

水稻是自花授粉作物,大部份在早上開花,每個稻穀來自一個「穎花」,由內穎和外穎包覆裡頭的二個雌蕊和六個雄蕊。在穎花打開後,雄蕊的花藥囊會先打開,將細小的花粉散放出來,和雌蕊授粉,授粉完畢稻穎會閉合起來,任務完成的白色雄蕊則伸在外頭,穎花之後發育成飽滿稻穀,內、外穎則成為穀粒的外殼。

因此培育、改良水稻新品種時,需先選擇兩個不同品種做「人工雜交」改變遺傳特徵。育種家要有「藝術、科學」的未來眼光,選擇十年後或更久有市場發展的配對主角,還要「細心勤勉」讓兩個主角包生,辛苦完成「媒人送作堆」的工作。

一早台南區農業改良場副研究員陳榮坤博士到溫度控制室查看水稻人工雜交的成果,紙袋上方寫著TN11是母本,下方P51是父本代號,因目前栽種面積最廣、耐肥、高產量的台南11號(TN11)抗稻熱病不夠強,所以從國際稻米研究所提供、選擇抗病性較強的品種,做人工雜交,再利用「分子標誌輔助選種技術」選種,因為有溫度控制室,所以一整年都可以做育種。

台南菁寮的老農民說:「台南11號第一期稻作容易感染稻熱病,在清明節前後10天,稻葉不要太黑,比較不會得病」。

稻田遠望一片綠油油,「綠」其實有不同差別,研究單位有1~4色、1~8色的葉色板作施肥參考,施太多肥的稻葉顏色偏濃黑綠,正常有點偏黃綠,太黃則肥份不足,不同品種也有差異,大家到稻田時可以試著分辨看看。

陳榮坤博士的工作日誌,準備許多父本品種,抗稻熱病從「1~9」有不同強度,還有半直立、穎有無花青素、葉細、葉寬…等其它不同特性,每個品種至少要種8株,育種是需要「細心思辨」的科學研究。

人工雜交後兩天就可以檢視剪開的穎花裡頭是否生長出小白粒,判斷是否授粉失敗,而需要重做。

圖片陳榮坤博士提供

成功的人工雜交成果,約兩週剪開的穎花裡面長出青白色的穀粒。

育種是需要很多人力的團隊工作,阿姨們在樹下清理網袋,上面不能有稻穀殘留,以便裝入新的育種成功稻穗。

準備今日要做育種雜交的母本。

判斷每朵穎花是否快開花:透光可以看到綠色稻殼裡頭的黃色雄蕊快伸長到稻穀的頂端。若看到白色的雄蕊已吐出在穎花之外,表示已開過花授粉完畢。

開花的順序:每一小穗先從頂端開一第朵,之後再從小穗的底端的穎花往上開。

「溫湯去雄」:等到母本快開花時,用攝氏四十三度高溫熱水將母本品種裡的雄蕊燙失功能、同時促進開花。

高溫浸泡,穎花一朵朵開起來。

7分鐘時間到,趕緊拿起來瀝乾,以免浸泡過久,傷害到雌蕊。

另外幾位阿姨到實驗田採取父本的稻穗。

摘掉連在稻穗旁的那片葉子(稱為劍葉),等一會兒比較好操作人工授粉。阿姨們好眼力,也是一下子就看出來裡頭的雄蕊快伸到稻穀頂端,快要開花。

父本稻穗放在水桶裡保持活性。

包括陳榮坤博士一群人在樹下忙著將「溫湯去雄」的母本修剪稻葉和穎花。

因溫湯去雄已促進開花,然而有些穎花開的角度不夠大,直接將穎花剪掉1/2增大開口,同時剪掉裡頭的雄蕊,提高授粉成功率。

修剪前後的差別,因選擇下來的穎花不多,即使剪掉許多葉子仍足夠供給種子養份。

陳榮坤博士說:「寧缺勿濫」,再一次仔細剪掉一些穎花。

包括陳榮坤博士兩組人員做人工雜交,在室內避免沾染其它品種的花粉,他們把正開花的父本品種,在處理好的母本品種上方像灑胡椒粉一樣灑下花粉,大家眼神都非常專注、甚至可以說「神聖」看待新生命的發生。

接近中午,育種團隊忙一早上,完成10個雜交組合。

因應時代需要,育種目標從原本的高產量、改變為少肥料又好吃,近年更朝向保健「多元化」發展,例如臺南區農業改良場羅正宗博士、陳榮坤博士花了7年時間,成功培育新的巨胚「台南15號」,選拔大胚芽的稻種,讓氨基丁酸(GABA)的含量提高為普通稻米的2、3倍。

註:GABA γ-Aminobutyric acid(簡稱GABA) 是一種天然的非蛋白質胺基酸,重要的抑制性神經傳導物質,能參與多種代謝活動,具有很高的生理活性。

另外,因糙米雖營養,但口感粗硬,陳榮坤博士歷經八年努力研發,專門為有機水稻耕作而培育,2009年命名發表「台南14號」,因米糠層較薄,又是半糯性品種,烹煮前免浸泡、口感香Q、煮飯的時間與白米相同。他還尋求慈心基金會與里仁公司的支持,並請通過慈心公司驗證的有機稻米產銷班試種,因里仁承諾支持後續的銷售通路,讓農民得以安心種植,希望更多人喜愛吃糙米、更加健康。

近年農改場人力與經費精簡,研究、推廣更加辛勞,真希望也能受到高科技業一般的重視,其它補充:

因創新開發速度及商品化的時機掌握,是決定勝負的重要關鍵,稻葉清右衛門先生成立的「發那科」公司,著眼長期性商品開發策略,成立「基礎技術研究所」,規定特定研究主題,為將來5~10年後的商品進行先期性的基礎研究,希望他們能從容踏實地研究,一旦有希望進入商品化的階段,立刻轉移給最精銳的戰場「商品研究所」,在一年內巧妙設計、潤飾加工,成為商品。

即使擔任行政主管,也必需以一位研究員的身份從事研究專題、抽出一部份時間參與現場實務的工作,如果行政主管自己本身不養成研究員工作的精神,也孜孜不倦地天天走崎嶇窄路,怎可能管理、並且把新技術整合起來呢?

另外,工程師必需親身去體驗銷售的實際業務,接觸形形色色的人,有值得學習的典範,也有氣餒沮喪的打擊。喜怒哀樂百感交集,糾葛矛盾,將塑造人品更上一層、脫胎換骨。

相對於右邊一般品種,左邊為提早抽穗的越光米

水稻是對日照敏感的作物,稱為「日長敏感」,「越光米」在台灣栽種時對日照長度很敏感,日照長度短就容易促進開花(若長日照則相反,會延遲開花),同理類推,稻田旁邊有夜晚閃亮的路燈、或是建物、樹木遮蔭的稻子會長得比較差。

台灣水稻生育期間的「日照長度」較高緯度的日本「短」,在日本,水稻五、六月栽種,九月底收穫,生長期經過整個夏天。六月下旬的夏至,因緯度較高,日照長度幾乎超過十四小時。然而在台灣,二月起,由南到北開始插秧,栽種第一期水稻,天氣較冷的北部大約晚一個月,六至七月收割,因緯度較低,夏至的日照長度只有十二小時,那時稻田多已收割或是休息準備下一期耕作(大約七月至十一月)。因此,日本稻在台灣栽種往往發育尚未完全就提早抽穗結實,雖然栽培技術遠較日本人當初來台改良稻作時已經進步很多,日本稻的產量仍是比較差,影響農民收益與消費品質。

菁寮國小自然栽培的「台南十六號」,李老師插棍子標示只種一株秧苗的單本植,豐收的成果猶勝一次插很多支秧苗。

有時新觀念與技術的突破剛開始不一定是政府主導的政策,卻是從有心人士默默耕耘擴散,二OO八年,台大農藝系校友的陳榮坤博士在一次非農業界舉辦的講座,看到日本用「分子輔助選種技術」把越光米做改良,讓本來只適合日本本州等地生產的越光米,也能適應日本狹長地形不同緯度地區栽種。剛好台大農藝系林彥蓉老師也有參加這場講座,他們邀請這場講座的日本學者在台大的研究室討論技術細節,於是開始在台灣第一個使用「分子輔助選種技術」技術做水稻育種,把水稻本身存在的基因取代掉,因此導入的基因很穩定,不像基因轉殖會破壞基因排列。

因此,陳榮坤博士與台大農藝系林彥蓉老師、研究生陳正昇一起合作,透過品種改良,把「越光米」品種對日照長短的敏感度降低,培育適合台灣環境的新品種。「台南十六號」以「越光米」為母本,保留口感及外觀等較多特性,以「臺農六十七」號作父本,提供百分之五左右適應本土長日照環境開花的基因,利用傳統人工授粉做雜交後,用「分子標誌基因」的方式,篩選出帶有「日長不敏感(或稱日長鈍感)基因」的新個體,再與母本「越光米」重新進行雜交(稱為回交),相同的步驟進行四次,培育出一個抽穗開花期與台灣本土水稻品種相近,但是遺傳背景大部份為「越光米」基因的「台南十六號」。

由於在幼苗時期就能做選拔,不像傳統育種,需要等待水稻長大後才選拔,不僅減少水稻後續生長耗費的土地和人力,還大幅提高育種的效率與準確性,僅歷經五年就育成「台南十六號」,是傳統育種時程的一半,改善「越光米」在臺灣提早抽穗開花、早熟、產量低的缺點。而米粒外觀晶瑩剔透,口感佳及稻穀產量猶勝於「越光米」的優點,是我國第一個利用「分子輔助選種」技術育成的水稻品種,2012年命名推廣。如今透過農民包括菁寮國小的實驗田在田間栽種,農改場則持續做「台南十六號」的抗病性、倒伏性……等研究實驗。

中間戴帽為陳榮坤博士,愛家的博士電腦上大大放著太太與孩子的照片,他不僅做育種研究,低調輔導有機產銷班、菱鄉米、水梯田小農…等,一年開車奔波路程超過三萬公里,時間、心力難以計數,他期望有一天能培育出受到國際肯定的稻種。

希望更多人喜愛稻米,多種、多吃、多宣傳、多給資源給台灣好米,是回饋、肯定育種家與團隊辛勞的一點小小心意。

 

 

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林如貞

其他回應

1.感謝分享,讓我大開眼界,十分感動 !

2.很多的謝謝給育種團隊

林如貞

大家回應如下

1.原來要種出好米是如此有學問,字裡行間仔細的描述;可以感受用行動力在守護台灣這片土地。

2.很棒的知識,感謝

3.很有知識性,讓我更加了解水稻育種的方法,好棒!好有收穫!

0

加入時間: 2008.09.12

林如貞

加入時間: 2008.09.12
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