大麥，全球第四大禾谷類作物——

由于高含量的粗蛋白和可消化纖維，成為家畜的優(yōu)質飼料；也由于制作麥芽后，酶活性強，酶系統(tǒng)全面，富含淀粉、糖類、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，大麥已有5000多年的種植歷史。在環(huán)境極端的青藏高原，被稱為青稞的裸大麥更是藏族人民世代依賴的主要食糧。

然而，即便中華民族與這種古老的作物有著邈遠而深邃的淵源，又如何讓世界看見并認可青藏高原野生大麥所蘊藏的特異基因的寶貴價值？即便我國的啤酒生產與消費量一直位居世界第一，又如何改變我國優(yōu)質啤用大麥長期依賴進口的局面？當越來越多的人關注到大麥的營養(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量與品質，從而應對糧食危機？

在浙江大學麥類作物創(chuàng)新中心，張國平教授團隊守望麥田二十余年，圍繞農作物品質與產量以及耐（抗）逆性等農業(yè)生產難題，在大麥基因組與重要功能基因解析、優(yōu)異麥類種質資源發(fā)掘與利用、作物重金屬、鹽害、干旱等逆境耐性調控機理等研究方向上取得了重要突破，建立了栽培和野生麥類種質資源庫，培育了浙大9號和10號等優(yōu)質高產大麥新品種，并正在研發(fā)新型基因編輯與遺傳轉化技術、培育一系列優(yōu)質抗逆麥類作物新品種，推動前沿作物科學研究。

金燦燦的麥田 沉甸甸的歲月

在西藏南部溫潤的雅江流域，成片的青稞在高原的陽光下格外燦爛耀眼。這種高大、健壯、耐寒、耐旱和耐瘠的谷類作物，不僅能廣泛適應各種自然環(huán)境，而且具有高蛋白、高纖維、高維生素和低脂肪、低糖的營養(yǎng)成分，既能替代高熱能的動物性食品，又能補充藏區(qū)百姓無法依靠蔬菜和水果獲得的維生素、礦物質以及膳食纖維。

研究證明，青稞籽粒中所含的β-葡聚糖是青稞最具開發(fā)利用價值的保健功能成分，已經(jīng)明確β-葡聚糖具有降血脂、降膽固醇和預防心血管疾病等的作用。勤勞的藏民將青稞視作上天對雪域高原的最美饋贈，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。

但是長期以來，國際大麥遺傳學界認為中東“肥沃月灣”地區(qū)是大麥的起源和進化中心，青稞獨特的生態(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值未能得到國際學界的充分關注。直到上世紀三十年代，瑞典人Aberg從我國四川道孚發(fā)現(xiàn)了這一種質并將少量材料帶至歐洲，隨即引起了大麥遺傳學界的廣泛關注，引發(fā)了有關栽培大麥起源的爭論。

為此，張國平團隊與全球大麥科學家合作完成了大麥基因組計劃，并對我國科學家在上世紀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行種質資源精準解析：通過在全基因組范圍內比較大麥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自青藏高原野生大麥材料。

團隊研究表明，青藏高原野生大麥具有豐富的遺傳多樣性，特別是蘊藏著非生物脅迫耐性的優(yōu)異種質及基因，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。團隊利用鑒定的優(yōu)異野生大麥材料與綜合農藝性狀優(yōu)良的栽培品種雜交，通過小孢子培養(yǎng)技術和回交方式，構建了多個DH群體和異源染色體片段滲入系，應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研究”獲得了2017年教育部高等學校自然科學獎一等獎。

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)滿足人們對于健康食物的需求，并通過技術煥發(fā)出新的青春。在全球食物面臨危機的當下，我國大麥如何在國內乃至全球農業(yè)版圖上保有一片凈土？在競爭激勵的食物經(jīng)濟中，又如何走出高原，用綠色轉變生活，建立與世界更廣泛的聯(lián)系？團隊繼續(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，作為“麥田守望者”的張國平團隊一直圍繞著啤用大麥品質與非生物脅迫兩個主要研究方向開展工作。張國平認為，中國啤用大麥主要依賴進口的主要原因之一是國內啤用大麥品質不佳。為此，團隊開展了啤用大麥主要品質的基因型與環(huán)境效應的一系列研究：

首先建立了基于美國AACC法的近紅外分析儀蛋白質、β-葡聚糖測定方法，為大麥種質評估與篩選提供了一種簡易、快速、廉價的分析技術；闡明了我國主要啤用大麥栽培品種的麥芽品質特點及其環(huán)境效應，鑒定與篩選到一批籽?；瘜W組分和麥芽品質性狀特異的遺傳資源，為啤用大麥生產基地建設和種質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產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含量和β-淀粉酶活性對麥芽品質有不良互作效應的醇溶蛋白組分，為啤用大麥品質檢測與改良提供了可靠的評估指標與技術途徑；闡明了主要氣象和栽培因子對麥芽品質性狀的影響，為啤用大麥優(yōu)質栽培提供了理論與技術指導；啤酒混濁嚴重影響啤酒的品質和貨架時間，減少啤用大麥籽粒的混濁蛋白含量，是解決啤酒混濁問題的有效途徑，并開發(fā)了可用于鑒別混濁蛋白類型的特異分子標記。以上研究結果，獲得了浙江省科技進步（自然科學）獎一等獎，為提升我國啤用大麥品質育種、生產水平及其在國際上的學術地位作出了重要貢獻。

全球變暖正在嚴重影響包括大麥在內的農作物生產。干旱發(fā)生時，不僅會降低大麥粒重與產量，嚴重的甚至導致大麥幼苗凋萎枯死而絕收。圍繞“大麥耐旱種質及基因鑒定與功能研究”，張國平團隊正在不斷突破這一瓶頸。

他們收集了來自以色列進化谷溫暖潮濕的“歐洲坡”和高溫干旱的“非洲坡”中的22份野生大麥材料，研究不同群體響應干旱的遺傳機理差異。在長期適應環(huán)境的生長中，兩個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群體。

團隊發(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。在以上兩類野生大麥群體中共鑒定到161個潛在基因可能參與了大麥干旱適應的調控，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和基因資源。

團隊還利用全球收集的100份大麥核心種質進行土培苗期耐旱試驗，鑒定耐旱種質與相關基因，從大麥種質材料中篩選出抗旱的基因型。在長期的研究中，團隊先后發(fā)現(xiàn)了作物非生物脅迫耐性的生理和分子機制，完成了高產、優(yōu)質、耐逆基因發(fā)掘與新種質創(chuàng)制，闡明了氣孔進化、逆行信號通路和鉀離子等耐旱新機制，鑒定了多個參與逆境耐性的轉錄因子和調控基因的分子功能。這些成果也已寫進國家自然科學基金會所列的“中國基礎前沿研究”系列叢書中。團隊近十年發(fā)表的有關大麥的學術論文數(shù)與引文數(shù)在全球名列第二。

宋詩描寫有在旱年依舊豐收夏麥的美好場景（嘉熙己亥大旱荒庚子夏麥熟）:“戴復古積雨喜新霽，山禽亦好音。白云開曠野，紅日照高林。歉歲地惜寶，惠民天用心。君看大麥熟，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，沒有從天而降的瑞年，唯有一群像張國平這樣關注作物的科研人正在為豐收默默傾力守護，以期不負太陽的熾烈情懷，為國家農業(yè)生產創(chuàng)造更大的作為。

（周伊晨）