农事资讯,分子设计圆了

粮食安全是维系社会稳定的压舱石,是国家安全的重要基础,中国人的饭碗任何时候都要牢牢端在自己手上。如何用世界8%的耕地,养活世界20%的人口?水稻是我国主要粮食作物,产量事关粮食安全,而育种创新正是粮食安全的重要保障。2017年度国家自然科学奖一等奖授予中国科学院“水稻高产优质性状形成的分子机理及品种设计”项目,该项目从分子层面解决了水稻产量与品质相统一的难题,培育出高产优质的水稻新品种。

2017年度国家科学技术奖共评选出271个项目和9名科技专家。其中,国家最高科学技术奖2人;国家自然科学奖35项,其中一等奖2项、二等奖33项;国家技术发明奖66项,其中一等奖4项、二等奖62项;国家科学技术进步奖170项,其中特等奖3项、一等奖21项、二等奖146项;授予7名外籍科技专家中华人民共和国国际科学技术合作奖。 在农业和农资领域,有国家自然科学奖一等奖一项、国家科学技术进步奖一等奖一项,国家技术发明奖和技术进步奖二等奖共13项等。水稻高产优质性状形成的分子机理及品种设计获国家自然科学奖一等奖,袁隆平杂交水稻创新团队获国家科学技术进步奖一等奖。国家自然科学奖一等奖水稻高产优质性状形成的分子机理及品种设计项目主要完成人:李家洋,韩 斌,钱 前,王永红,黄学辉粮食安全是维系社会稳定的压舱石,是国家安全的重要基础,中国人的饭碗任何时候都要牢牢端在自己手上。如何用世界8%的耕地,养活世界20%的人口?水稻是我国主要粮食作物,产量事关粮食安全,而育种创新正是粮食安全的重要保障。2017年度国家自然科学奖一等奖授予中国科学院“水稻高产优质性状形成的分子机理及品种设计”项目,该项目从分子层面解决了水稻产量与品质相统一的难题,培育出高产优质的水稻新品种。现代育种技术,也就是杂交水稻技术为粮食增产和品质改良做出了巨大贡献。然而,面对日益增长的粮食需求,迫切需要更加高效和精准的育种技术,比如通过分子层面进行水稻品种设计的定向改良。从水稻的产量三要素,即穗数、粒数、粒重,到蒸煮品质三要素——胶稠度、直链淀粉含量、糊化温度,进行全面优化,既重视产量,也看重口感。项目第一完成人、中国科学院遗传与发育生物学研究所李家洋院士:我们在水稻上所研究获得的这些知识,今后都可以利用到其他的主要农作物上去,这种技术的提升,能够使我们用更少的土地生产出更多更好的粮食出来,从而确保我们国家的粮食安全,或者说对世界的粮食生产都有贡献。项目第二完成人、中国科学院上海生科院植生生态所韩斌院士:解决了这个株型影响控制产量性状的一个最主要的科学问题。过去这个株型的改变对产量影响非常大,能不能找到一个最好的理想株型,这个关键基因,或者叫关键因子,最后通过利用这个基因资源,在育种上能够提高水稻的产量,能够用分子设计的手段提高产量,同时又能兼顾品质的质量,因为有的时候这个产量提高了,可能品质会下降。经过20年攻关,科学家们围绕 “水稻理想株型与品质形成的分子机理” 这一核心科学问题,创建了直接利用自然品种材料进行复杂性状遗传解析的新方法,揭示了水稻理想株型形成的分子基础,从水稻4万多个基因中,找到了影响理想株型形成的关键基因IPA1,使带有半矮秆基因的现有高产品种的产量进一步提高。同时对影响水稻口感的基因进行精细调控,杂交培育了“嘉优中科”等一系列高产优质新品种,连续两年万亩示范平均产量比当地主栽品种增产20%以上。项目第三完成人、中国农业科学院中国水稻研究所钱前:这是一个不只是我们中国,也是世界上长期困扰的难题,就一般高产不优质,优质不高产。尤其品质是25个基因,25个基因在这里面是肉眼看不出来的。截至2017年,该项目的研究成果在国际权威学术刊物上共发表论文120多篇,累计影响因子大于1000,被SCI引用8000余次,其中8篇代表性论文引用超过2300次。《自然遗传学》杂志高度评价说:理想植株在育种中可以与其他基因聚合,产生更加高产的水稻品种。通过提高IPA1的水平改良水稻株型具有提高水稻产量的潜力。《科学》杂志新闻栏目则认为:该研究发现了推进水稻产量提高的遗传学基础。该项目的研究成果是“绿色革命”的新突破,为“新绿色革命”奠定了重要的理论基础。 017年度国家技术发明奖二等奖水稻精量穴直播技术与机具项目主要完成人:罗锡文,曾 山,朱 敏,章秀福2017年度国家科学技术进步奖一等奖袁隆平杂交水稻创新团队袁隆平,邓启云,邓华凤,张玉烛,马国辉,徐秋生,阳和华,齐绍武,彭既明,赵炳然,袁定阳,李新奇,王伟平,吴 俊,李 莉 湖南杂交水稻研究中心,湖南省农业科学院2017年度国家科学技术进步奖二等奖**多抗广适高产稳产小麦新品种山农20及其选育技术田纪春,王振林,王延训,邓志英,陈建省,张永祥,赵延兵,王书平,晁林海,高新勇山东农业大学,山东圣丰种业科技有限公司早熟优质多抗马铃薯新品种选育与应用金黎平,庞万福,卞春松,徐建飞,李广存,段绍光,金石桥,李 飞,郜 刚,谢开云中国农业科学院蔬菜花卉研究所寒地早粳稻优质高产多抗龙粳新品种选育及应用潘国君,刘传雪,张淑华,王瑞英,张兰民,关世武,冯雅舒,黄晓群,吕 彬,鄂文顺黑龙江省农业科学院佳木斯水稻研究所北京大北农科技集团股份有限公司花生抗黄曲霉优质高产品种的培育与应用廖伯寿,雷 永,姜慧芳,夏友霖,王圣玉,李 栋,任小平,漆 燕,晏立英,王 峰中国农业科学院油料作物研究所,南充市农业科学院食用菌种质资源鉴定评价技术与广适性品种选育张金霞,黄晨阳,陈 强,高 巍,王 波,谢宝贵,赵永昌,赵梦然,张瑞颖,黄忠乾中国农业科学院农业资源与农业区划研究所,四川省农业科学院土壤肥料研究所,福建农林大学,云南省农业科学院生物技术与种质资源研究所中国野生稻种质资源保护与创新利用杨庆文,陈大洲,陈成斌,潘大建,戴陆园,王效宁,李小湘,王金英,梁世春,余丽琴中国农业科学院作物科学研究所,广西壮族自治区农业科学院水稻研究所,江西省农业科学院水稻研究所,广东省农业科学院水稻研究所,云南省农业科学院生物技术与种质资源研究所,海南省农业科学院粮食作物研究所,湖南省水稻研究所青藏高原特色牧草种质资源挖掘与育种应用**白史且,李达旭,马 啸,郭旭生,鄢家俊,严学兵,游明鸿,张蕴薇,李新一,何光武四川省草原科学研究院,四川农业大学,全国畜牧总站,兰州大学,河南农业大学,中国农业大学,四川省草原工作总站 花生机械化播种与收获关键技术及装备尚书旗,杨然兵,王东伟,李瑞川,连政国,殷元元,王延耀,王青华,华 伟,刘俊锋青岛农业大学,山东五征集团有限公司,青岛万农达花生机械有限公司,临沭县东泰机械有限公司,青岛弘盛汽车配件有限公司,河南豪丰机械制造有限公司**高光效低能耗LED智能植物工厂关键技术及系统集成杨其长,魏灵玲,宋卫堂,周增产,刘文科,郭文忠,张国义,程瑞锋,李 琨,李成宇中国农业科学院农业环境与可持续发展研究所,中国农业大学,北京大学东莞光电研究院,北京农业智能装备技术研究中心,北京中环易达设施园艺科技有限公司,北京京鹏环球科技股份有限公司,四川新力光源股份有限公司全国农田氮磷面源污染监测技术体系创建与应用任天志,刘宏斌,范先鹏,邹国元,翟丽梅,胡万里,张富林,杜连凤,王洪媛,郑向群中国农业科学院农业资源与农业区划研究所,湖北省农业科学院植保土肥研究所,北京市农林科学院,云南省农业科学院农业环境资源研究所,农业部环境保护科研监测所,宁夏农林科学院农业资源与环境研究所,浙江省农业科学院番茄加工产业化关键技术创新与应用廖小军,余庆辉,胡小松,连运河,陈 芳,李风春,杨生保,韩文杰,韩启新,陈 贺新疆农业科学院园艺作物研究所,中国农业大学,中粮屯河股份有限公司,晨光生物科技集团股份有限公司,新疆农业科学院农业质量标准与检测技术研究所作物多样性控制病虫害关键技术及应用**朱有勇,李成云,陈万权,李 隆,骆世明,卢宝荣,李正跃,何霞红,陈 欣,王云月云南农业大学,中国农业科学院植物保护研究所,中国农业大学,华南农业大学,复旦大学,浙江大学

图片 1李家洋院士在田间观察水稻性状。图片 2李家洋院士团队在田间。图片 3育种技术创新是粮食安全的保障图片 4解析水稻产量与品质的分子机制是世界性科学难题 一粒种子可以改变世界”,然而,如何才能“多快好省”地培育出一粒好种子?得益于遗传学、分子生物学和基因组学的发展,在我国科学家多年不懈努力下,粮食高产优质的梦想已在田间落地萌芽

图片 5中科院遗传与发育生物学研究所李家洋在科技奖励大会现场新华社发图片 6图片 7李家洋团队在江苏省沭阳县的水稻示范田 “‘粮食安全’是指保证任何人在任何时候能买得到,又能买得起为维持生存和健康所必需的足够食品。”联合国粮农组织通过的这个定义实际上也是对国际社会提出的一个要求。“国以民为本,民以食为天。”多年来,中国不仅一直致力于从根本上解决自身面对的粮食安全问题,切实做到“把饭碗牢牢端在自己手中”,而且也为世界粮食安全作出了杰出的贡献。

现代育种技术,也就是杂交水稻技术为粮食增产和品质改良做出了巨大贡献。然而,面对日益增长的粮食需求,迫切需要更加高效和精准的育种技术,比如通过分子层面进行水稻品种设计的定向改良。从水稻的产量三要素,即穗数、粒数、粒重,到蒸煮品质三要素——胶稠度、直链淀粉含量、糊化温度,进行全面优化,既重视产量,也看重口感。

1月8日,由我国科学家李家洋、韩斌、钱前、王永红、黄学辉为代表的研究团队、历时逾20年合作完成的“水稻高产优质性状形成的分子机理及品种设计”项目荣获2017年度国家自然科学奖一等奖。这项技术给予品种设计育种研究领域新的启迪,将极大推动作物传统育种向高效、精准、定向的分子设计育种转变。一场水稻育种领域的新“绿色革命”正拉开帷幕。

中国一代又一代优秀的农业科技工作者接续奋斗,与世界各国同行一起,掀起了以粮食增产为核心目标的“第一次绿色革命”。不仅如此,,他们充分利用现代生物技术成果,推进农业基因组学基础研究取得一系列重大突破,正在催生一场增加农作物的功能并将其拓展到医药、能源甚至工业等领域的“新绿色革命”。在此过程中,涌现出了以中科院遗传与发育生物学研究所李家洋、中国农科院中国水稻研究所钱前、中科院上海生科院植生生态所韩斌等为代表的优秀科学家。近日,他们合作开展的“水稻高产优质性状形成的分子机理及品种设计”项目被授予中国自然科学领域的最高奖项即国家自然科学一等奖。

项目第三完成人 中国农业科学院中国水稻研究所 钱前:这是一个不只是我们中国,也是世界上长期困扰的难题,就一般高产不优质,优质不高产。尤其(控制水稻)品质是25个基因,25个基因在这里面是肉眼看不出来的。

两次绿色革命“搭台唱戏”

获农户青睐初建口碑

经过20年攻关,科学家们围绕 “水稻理想株型与品质形成的分子机理” 这一核心科学问题,创建了直接利用自然品种材料进行复杂性状遗传解析的新方法,揭示了水稻理想株型形成的分子基础,从水稻4万多个基因中,找到了影响理想株型形成的关键基因IPA1,使带有半矮秆基因的现有高产品种的产量进一步提高。同时对影响水稻口感的基因进行精细调控,杂交培育了“嘉优中科”等一系列高产优质新品种,连续两年万亩示范平均产量比当地主栽品种增产20%以上。

继“水稻高秆变矮秆”“中国杂交水稻”后,“超级水稻”跃跃欲试

2017年金秋10月,江苏省沭阳县青伊湖农场的1.4万亩水稻示范方田迎来丰收季。在现场众多农业专家和媒体记者的见证下,万亩示范方田实际测得平均亩产达到911.3公斤,比当地主栽品种每亩增收近270公斤。该品种水稻不仅成功实现了超高产,并且有抗稻瘟病、抗倒伏、早熟等优良特性,同时又实现了种植区域北移。

项目第二完成人 中国科学院上海生科院植生生态所 韩斌院士:解决了这个株型影响控制产量性状的一个最主要的科学问题。过去这个株型的改变对产量影响非常大,能不能找到一个最好的理想株型,这个关键基因,或者叫关键因子,最后通过利用这个基因资源,在育种上能够提高水稻的产量,能够用分子设计的手段提高产量,同时又能兼顾品质的质量,因为有的时候这个产量提高了,可能品质会下降。

回溯水稻育种史,每一次重大突破无不与某个关键基因的发现与大规模应用有关。

上述水稻品种就是“嘉优中科1号”,是李家洋团队等运用“分子模块设计”技术育成的系列品种之一。示范田测产获得的喜人数据,对于“嘉优中科”水稻品种来说无疑是最好的广告。一些种粮农户从示范田稻秧种植起就密切关注着进展,而测得高产让他们跃跃欲试。

截至2017年,该项目的研究成果在国际权威学术刊物上共发表论文120多篇,累计影响因子大于1000,被SCI引用8000余次,其中8篇代表性论文引用超过2300次。《自然遗传学》(Nature Genetics)杂志高度评价说:理想植株在育种中可以与其他基因(其他高产基因、抗性基因)聚合,产生更加高产的水稻品种。通过提高IPA1的水平改良水稻株型具有提高水稻产量的潜力。《科学》杂志新闻栏目则认为:该研究发现了推进水稻产量提高的遗传学基础。该项目的研究成果是“绿色革命”的新突破,为“新绿色革命”奠定了重要的理论基础。

20世纪初以来,小麦、水稻等作物的高秆品种倒伏现象越发严重,成为限制农作物高产稳产的主要因素。由于作物的抗倒性与茎秆的坚韧程度以及根系发育的好坏有着密切关系,种植矮秆品种成为防止倒伏最有效的措施。为此,各国育种工作者纷纷开展作物品种矮化研究。

“这么大面积,有如此产量实属罕见,单独水稻季亩效益1400多元,“嘉优中科1号”是我们这些种田大户的福音。我要先种几亩地试试。”一名农户在微信群里这样留言。显然,他开始迷上了“嘉优中科1号”。“去年栽30亩地,平均1920斤。”另一位种植户的留言中透露了自己种植“嘉优中科1号”的收获。对粮食新品种来说,种植户的口碑当然是最实在、最重要的。随着“嘉优中科”系列水稻新品种在全国更多省区市通过审定,更多农户将会购买和种植,其优良的性状将会被进一步认知。

项目第一完成人 中国科学院遗传与发育生物学研究所 李家洋院士:我们在水稻上所研究获得的这些知识,今后都可以利用到其他的主要农作物上去,这种技术的提升,能够使我们用更少的土地生产出更多更好的粮食出来,从而确保我们国家的粮食安全,或者说对世界的粮食生产都有贡献。

随后,以国际玉米小麦改良中心小麦研究部主任诺曼·勃劳格为首的小麦育种家,利用日本“农林10号”矮化基因为矮源,与抗锈病的墨西哥小麦进行杂交,育成了30多个矮秆、半矮秆品种。其中,有些品种的株高仅有40至50厘米,同时具有抗倒伏、抗锈病、高产的突出优点。通过水稻由高秆变矮秆并辅助农药和农业机械的途径,人们解决了当时19个发展中国家的粮食自给问题,这种高产现象被称为“第一次绿色革命”。

找到关键基因实现高产质优

为农业科技工作者点赞

创新齿轮的牵引一次次驱动全球发展,中国杂交水稻便是第二次绿色革命时期的杰出代表。上世纪70年代,我国科学家袁隆平团队在海南岛发现一株野败不育水稻,经多年努力,在全国大协作下将三系杂交稻配套成功,再次大幅提升水稻产量,并迅速掀起一批第三世界国家种植杂交水稻的热潮。联合国教科文组织总干事姆博曾称,袁隆平的科研成果是继国际上培育半矮秆水稻之后的“第二次绿色革命”。

如何培育出优质的水稻品种,让出产的大米既高产、好吃又有营养,即所谓“高产优质”,一直是世界性难题。李家洋团队选择的研究路径是:借助现代基因技术,绘制水稻基因图谱,研究水稻性状特别是与高产和口感、营养有关的性状与某些基因控制之间的关系,找到合适的品种进行杂交,最终得到需要的理想品种。

从“绿色革命”的沿袭中不难发现,水稻仍是世界上最重要的粮食作物之一,也是我国60%以上人口的主粮,对保障我国粮食安全重大战略需求具有举足轻重的地位。在当前全球气候变化、可耕地不断减少、土壤退化等条件制约下,培育“高产优质”型超级水稻新品种成为育种学家和稻米种业长期奋斗的目标。

与水稻“高产”有关的性状是分蘖数和分蘖角度等,而培育高产的水稻品种必须找到与上述性状有关的基因,弄懂相关基因控制原理。李家洋在2008年发表的一篇文章中表示,在“973”计划项目的大力支持下,他和团队通过10年研究,成功找到了水稻分蘖数量和角度的分子机理。

随着功能基因组不断发展,育种学家提出“品种设计育种”,梦想能将重要农艺性状关键基因的优异等位形式高效聚合,形成超级新品种。然而,在品种设计育种实施过程中,最优化育种策略的设计面临挑战,尤其对于高产优质复杂性状的综合改良,全球迄今还没有实现从概念到产品的跨越。

水稻的高产品种从性状上来说应具有水稻的理想株型:茎秆粗壮,分蘖数量合理,每个分蘖上都能长出大穗,粒大而饱满。这样项目团队面临的核心科学问题实际上就是找到“水稻理想株型与品质形成的分子机理”。经过多年攻关,李家洋等科学家创建了直接利用自然品种材料进行复杂性状遗传解析的新方法,揭示了水稻理想株型形成的分子基础,从水稻4万多个基因中,找到了影响理想株型形成的关键基因IPA1,使带有半矮秆基因的现有高产品种的产量进一步提高。水稻口感、营养成分等与大米的胶稠度、直链淀粉含量等有关,也是由相关基因进行控制的。钱前表示,项目团队找到了与水稻品质有关的基因,并进行了精细调控。这样,项目团队就从分子层面解决了水稻“高产”和“优质”问题,最终培育出了“嘉优中科”系列水稻新品种和具有“籼稻产量、粳稻品质”特征的“广两优”系列品种,为我国水稻分子设计育种与生产的跨越式发展奠定了基础。

“面对日益增长的粮食需求,迫切需要更加精准高效的育种技术,即通过品种设计进行多基因复杂性状的定向改良,从而达到高产优质的目标。”中科院院士、中科院遗传与发育生物学研究所研究员李家洋告诉经济日报记者,为突破水稻产量瓶颈,育种家提出了“理想株型”的概念。他们希望培育出分蘖数适宜、茎秆强壮、穗大粒多的高产理想株型品种,同时兼具优良的食用品质,这成为实现新一轮绿色革命的关键。

特色鲜明未来可“定制”

高产优质可以兼得

“分子设计”育种既不同于转基因也不同于传统杂交。李家洋指出,转基因是指把外源的基因“转”进来。他举例说,比如转基因水稻,可能是把小麦的、玉米的,也可能把细菌的,甚至动物的一些基因通过特殊的、无性的方法“转”到水稻里去,形成新品种。而“分子设计”育种所用到的都是水稻本身的基因,只是对基因做一些修改或改变,这个修改或者改变不涉及把外面的基因搬进来。

借助水稻株型改良实现水稻单产跃升,破解了世界性科学难题

由于没有现代生物科技的支持,传统杂交育种不了解基因与性状之间的控制关系和机理,只能靠经验进行,通过最后的结果判断基因组合的优劣,这个过程盲目而漫长。分子设计育种则从分子水平上了解水稻高产、优质、抗性,有意识地、明确地通过杂交进行基因组合并在很早期的时候就进行鉴定选择和验证,从而大大提高了育种的效率。

“高产、优质、稳产、高效”,这8个字是育种学家永恒的命题。然而长久以来,水稻产量与品质间的相互制约是阻碍水稻“既高产又优质”的顽疾。

对“分子设计”育种的发展前景,李家洋表示,随着生物科技的进步,我们在分子层面对相关控制机理有更多更深入认识,就可以很方便地培养出一些特殊的品种,有望实现个性化的订制育种。比如,定向培育出适宜糖尿病人的大米,培育出适宜缺锌儿童的高锌水稻品种。

“水稻产量与稻米品质性状的形成由多基因组成的精细网络调控,而阐明调控网络的组成与机理极具挑战。构成产量与品质各要素之间相互制约调控的关系复杂,使得解析水稻产量与品质的分子机理成为世界性科学难题。”李家洋表示,如果通过传统育种方法改良水稻等作物的产量和品质,具有很大不确定性,且费时费力。

同行赞誉国际领先

曾几何时,在基础研究领域,科学家们更多关注于水稻材料的新颖性,对综合性状的聚合及水稻理想株型和产量形成的分子调控机制则认识非常有限。然而,以培育“理想株型”为契机,无论是杂交水稻育种,还是“超级稻”研究,它的核心就在于借助水稻株型改良来实现水稻单产的跃升。

就一项科研成果来说,同行评价无疑是极其重要的。对李家洋团队的水稻新品种“嘉优中科”和“水稻高产优质性状形成的分子机理及品种设计”项目成果,其他农业科技专家特别是粮食育种专家是如何看待呢?

“株型改良在提高产量中发挥着越来越重要的作用。水稻产量和品质相互制约、矛盾的原因在于:高产等位基因附近携带了品质不好的等位基因,通过传统育种不易剔除。”中科院上海生命科学研究院研究员韩斌介绍,分子设计的概念,就是在了解机理的基础上,鉴定出高产优质的基因并组合在一起,最终找到最佳培育方案。

“随着人民生活水平不断提高,对粮食作物的要求不仅体现在吃饱、吃好,还体现在要吃得健康,这是传统育种手段难以做到的。该项目设计育种技术的突破,正是对高产优质等复杂性状分子机理的阐明,打破了无法通过田间观察方式判断水稻品质的局限。”该项目推荐人、中科院院士李振声高度赞赏李家洋团队的工作。作为国际著名作物遗传学家、2006年国家最高科学技术奖获得者,李振声认为,该项目通过分子标记选择,成功实现了水稻高产和优质聚合一体的目标。这项成果还将进一步扩展到其他作物的育种之中,引发继袁隆平杂交水稻的“新绿色革命”。

回忆起过去“大海捞针”式的基因寻觅之路,韩斌仍记忆犹新,“2005年,我们绘制出水稻基因图谱。它就像人体解剖图一样,近4万个基因、1000多种材料摆在眼前,等待重新测序。我们反复研究和统计每个品种的某一性状是由哪个基因控制,探寻各基因组之间存在关联性的蛛丝马迹,才能最终选出合适的品种进行杂交”。

无独有偶,《科学》杂志以“新绿色革命”为关键词对李家洋团队的项目进行了点评,认为该研究发现了推进水稻产量提高的遗传学基础,研究成果是“绿色革命”的新突破,为“新绿色革命”奠定了重要的理论基础。《自然·遗传学》杂志高度评价说,理想植株在育种中可以与其他基因(其他高产基因、抗性基因)聚合,产生更加高产的水稻品种。在学术界,李家洋团队产生了广泛而重大的影响。截至2017年,其研究成果在国际权威学术刊物上共发表论文120多篇,累计影响因子大于1000,被SCI引用8000余次,其中8篇代表性论文引用超过2300次。

功夫不负有心人。这一次,我国科学家团队围绕“水稻理想株型与品质形成的分子机理”核心科学问题,取得了累累硕果:他们创建了直接利用自然品种材料进行复杂性状遗传解析的新方法;揭示了水稻理想株型形成的分子基础,发现了理想株型形成的关键基因——IPA1,它的应用可使带有半矮秆基因的现有高产品种产量进一步提高;此外,还阐明了稻米食用品质精细调控网络,用于指导优质稻米品种培育;并建立了高效精准的设计育种体系,杂交培育了一系列高产优质新品种……这为解决水稻产量与品质互相制约的难题提供了有效策略。

(原载于《人民日报海外版》2018-01-2008版)

由于成绩显著,该项目研究成果已经两次入选“中国科学十大进展”,在国际权威学术刊物上共发表论文120多篇,被SCI引用8000余次,其中8篇代表性论文引用超过2300次。

“超级水稻”完美现身

株高适宜、茎秆粗壮、熟期早、抗逆性强、增产效果显著……

对比同类技术,由我国科学家团队主导的这场绿色革命究竟“新”在哪里?

“随着人民生活水平不断提高,对粮食作物的要求不仅体现在吃饱、吃好,还要吃得健康,这是传统育种手段难以做到的。”项目推荐人、中科院院士李振声在推荐词中写到,该项目设计育种技术的突破,正是对高产优质等复杂性状分子机理的阐明,打破了无法通过田间观察方式判断水稻品质的局限。

“通过分子标记选择,成功实现了水稻高产和优质聚合一体的目标。这项成果还将进一步扩展到其他作物的育种之中,引发一场新的绿色革命。”李振声说。

如今,研究团队已经育成“嘉优中科”系列水稻新品种。它具有株高适宜、分蘖适中、无效分蘖很少、茎秆粗壮、根系发达等明显的理想株型特征,且熟期早,抗逆性强,增产效果显著,适合机械化或直播等高效、轻简的栽培方式。通过连续两年的万亩示范显示,该品种平均产量比当地主栽品种增产20%以上。

“中国水稻育种技术的发展同时反映出我国科技发展轨迹:早年间,我们的水稻研究跟着别人走;慢慢的,发展成为并驾齐驱;现在,各个方面正逐渐形成引领之势。”李家洋说。在这支水稻设计育种先锋队里,有来自中科院遗传与发育生物学研究所、中科院上海生命科学研究院和中国农科院中国水稻研究所的科研精英们。他们彼此就代表着所在研究领域的国际领先水平,围绕科学问题,联合优势学科,深入合作攻关。

中国农科院中国水稻研究所研究员钱前在采访时表示,通常,一个水稻新品种的培育还需“十年磨一剑”。然而,在激烈竞争形势下,各国科学家都在努力缩短育种周期,特别是在发现了一个控制水稻高产的基因时。而对于我国科学家团队来说,这一时间已缩短至5年,甚至理论上还可以更快。

放眼未来,加快众多优良基因聚合、培育新品种之路仍任重道远。让我们期待下一次绿色革命依旧在中国热土上绚烂新生。

(原载于《经济日报》 2018-01-13 08版)