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    【中國科學報】“國家隊”的育種革命
    2017年11月01日 09:46:00  來源:中國科學報 丁佳    字體大小[]

      產量上去了,米的品質不一定好;好吃的米,不一定抗病蟲害……到底世界上有沒有完美無缺的水稻呢?

      這是中科院院士、中科院遺傳與發育生物學研究所研究員李家洋一直在思考的問題。多年來,李家洋團隊一直在試圖通過科技的手段,尋找種出“完美”水稻的方法。

      10月30日至31日,中科院遺傳發育所在江蘇省沭陽縣青伊湖農場組織專家組對手工栽插田塊和直播田塊的“嘉優中科”1號水稻進行了實收測產,平均畝產分別達913公斤和909.5公斤,并對1.4萬多畝“嘉優中科”1號田塊進行了考種,平均理論畝產可達900公斤。

      站在豐收的試驗田里,李家洋感到,他們為之奮斗了數年的夢想,正在“照”進現實。

      常規育種的尷尬 

      我國是一個農業大國,水稻、小麥等主要作物的持續穩定生產,對保障我國糧食安全和農業可持續發展具有重大的現實和戰略意義。

      自古以來,長江中下游稻區就是我國水稻主產區之一,歷史上一直是水稻育種水平和生產水平非常高的地區。

      “但近20年來,該地區水稻產量進入一個緩慢增長期?!敝锌圃哼z傳發育所所長楊維才說,“主要表現為產量與早熟、品質、抗病蟲害和抗逆性等其他優良性狀之間的矛盾,尤其在目前的高產栽培條件下,個體和群體的矛盾、產量和生育期的矛盾更加突出?!?/p>

      與此同時,常規育種也遭遇了發展瓶頸。面臨育種周期長(一般需要10年左右)、品種間遺傳多樣性狹窄、效率較低、存在盲目性和經驗性等問題,農業科技工作者已經越來越難選育出突破性的優異品種。

      幸而,基因組學、計算生物學、系統生物學、合成生物學等新興學科在近年來的快速發展,為解析生物復雜性狀的遺傳調控網絡帶來了機遇,也為育種技術的創新帶來了新的希望。

      種出一棵“完美”水稻 

      2013年8月,中科院戰略性先導科技專項(A類)“分子模塊設計育種創新體系”啟動。通過4個項目、12個課題、64子課題和144個任務專題,2100多名科學家試圖利用最新的科技手段,掀起一場育種革命。

      “農業要做得好,種業是關鍵?!崩罴已笳f,“一顆種子看起來很小,但要真正把它做好并不容易,具有很高的科技含量。我們感到,中科院作為國家農業科技方面的一支重要戰略力量,有責任在傳統育種技術革新的進程中發揮作用?!?/p>

      在先導專項的支持下,李家洋團隊與浙江省嘉興市農業科學院合作,針對長江中下游稻區水稻品種單產長期徘徊不前、品質較差、抗病性弱、主栽品種退化嚴重等問題,運用“分子模塊設計”育種的理念和技術,經過精心設計,育成了具有超高產、早熟和抗稻瘟病的“嘉優中科”1號、2號、3號三個雜交粳稻新品種,分別通過2016年上海市、江西省和浙江省審定,同時“嘉優中科”系列后續新組合也正在參加國家及不同省份的區試。

      今年,李家洋團隊與江蘇當地企業合作,在青伊湖農場布置了“嘉優中科”1號1.4萬多畝示范片及“嘉優中科”系列品種的小面積示范,并向周圍輻射了近8萬畝的種植面積。

      “嘉優中科”系列是具有引領作用的模塊新品種,在普通農民眼中,它們是水稻中的“尤物”。這些新品種不僅具有理想株型超級稻株葉形態,還集高產、多抗、早熟、矮稈抗倒等優點于一身。它們既實現了水稻超高產和抗性提升的完美結合,又實現了種植區域北移,在長江中下游地區有著廣闊的推廣前景。

       用工業設計的方法種糧 

      用李家洋的話說,“分子模塊設計”就像組裝一臺電腦。通俗地說,人們想要什么樣的水稻,育種專家就可以把相關的水稻基因模塊組合在一起,培育出滿足需要的種子,“就跟在工廠里生產工業產品一樣方便”。

      與常規育種技術相比,“分子模塊設計”育種不僅克服了育種周期長、偶然性大和育種效率低下等缺點,還可以對當前品種的缺點進行精確改良,實現多個優良性狀的聚合。李家洋希望,隨著項目的進一步推進,未來有望針對特殊人群,比如糖尿病人等,培育出滿足個性化需求的水稻。

      專項實施4年來,已初步建立了從“分子模塊”到“設計型品種”的現代生物技術育種創新體系,是顛覆傳統育種技術的大膽實踐和成功探索。未來除水稻外,還將針對小麥、鯉魚等農副產品,實現高產、穩產、優質、高效多模塊的有效組裝,創建新一代超級品種培育的系統解決方案和育種新技術,為保障我國糧食安全提供核心戰略支撐。

      就像中科院植物所黨委書記種康說的那樣:“我們的目標不是僅僅培育幾個新品種,而是要在理論上有突破,促進傳統育種技術體系的升級換代,引領分子育種,保障國家糧食安全?!?/p>

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