新聞動態(tài)
發(fā)布日期：2024-07-29 18:16
來源：學(xué)習(xí)時報
胡培松，中國工程院院士，現(xiàn)任中國水稻研究所所長，水稻遺傳育種與品質(zhì)改良專家。從1991年起，胡培松守望稻田三十余載，堅持秈稻品質(zhì)遺傳改良的不斷創(chuàng)新。他挖掘創(chuàng)制了稻米品質(zhì)改良的重要骨干材料，并應(yīng)用于育種實踐；創(chuàng)建了水稻品質(zhì)育種高效技術(shù)體系，育種效率提高4到5倍；育成水稻優(yōu)質(zhì)專用品種60多個，累計推廣種植1.7億畝以上，創(chuàng)造了巨大的社會經(jīng)濟效益。他以第一完成人獲得國家科技進步獎二等獎3項，為我國秈稻品質(zhì)改良作出了重要貢獻。水稻作為我國重要的主糧品種，是名副其實的“糧安基石”。我國水稻總產(chǎn)量更是連續(xù)十多年保持在兩千億公斤以上。量的問題解決之后，培育高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)水稻成為未來水稻育種的主攻方向。什么樣的水稻才算優(yōu)質(zhì)水稻？怎樣利用前沿科技，推動我國水稻育種進入全新階段？水稻在我國歷史上有著非常重要的地位?，F(xiàn)在公認水稻是起源于中國，目前比較認可的就是7000多年前河姆渡出土的水稻碳化稻，但實際上比這個更早的，包括江西萬年縣的萬年稻，浙江浦江縣的萬年稻，還有好多地方都出土了不同年份的碳化稻。水稻作為我國的主要糧食以后，確保了整個社會的穩(wěn)定發(fā)展。我國人口從宋朝的6000萬發(fā)展到清朝末年的4億，主要糧食作物小麥變更到水稻，起到了非常大的作用。我國四大糧食作物水稻、小麥、玉米、大豆，現(xiàn)在從播種面積來說，水稻4.5億畝，玉米6.5億畝，小麥3.5億畝，大豆大概1.5億畝。水稻的播種面積占糧食播種面積大約四分之一，但水稻的總產(chǎn)量占整個糧食產(chǎn)量的32%左右，全國人民大概有60%是以水稻為主食的。所以稻米在國人的眼里，它是非常重要的。水稻分為粳稻和秈稻兩大亞種，其中粳稻生長期長，一般一年只能成熟一次。煮熟后的米飯以綿、軟、糯、甜著稱，最有名的當(dāng)數(shù)黑龍江五常大米。而秈稻生長期短，在無霜期長的地方一年可熟兩到三季。煮熟后米飯較松散、軟而不粘。從外形上看，粳稻外形很圓，像個胖子；秈稻外形修長，像個瘦子。一般來說，粳稻的抗寒性、抗旱性較好，而秈稻則更加耐熱、耐強光、耐濕潤。粳稻主要分布在我國北方，黃河流域和東北地區(qū)等，而秈稻在我國的主產(chǎn)區(qū)則在秦嶺—淮河以南地區(qū)和華南地區(qū)。資料顯示，日本在20世紀60年代提出超級稻育種概念，要將產(chǎn)量提高到新的水平，后來由于種質(zhì)資源的局限沒有能夠?qū)崿F(xiàn)，從而轉(zhuǎn)向優(yōu)良食味品質(zhì)改良，創(chuàng)制出了越光等優(yōu)良食味品質(zhì)水稻品種。目前日本商品化的稻米品種有250多個，排名前五位的水稻品種貢獻了60%以上的產(chǎn)量。其中，號稱“世界米王”的越光大米從上世紀50年代育成后，至今仍是日本第一大水稻品種，覆蓋日本35%的水稻種植面積。此外，在功能性稻米的研究及其產(chǎn)業(yè)化方面，國外發(fā)展也非常迅速。日本針對特定疾病人群，開發(fā)了低谷蛋白米、花粉癥減敏稻米、糖尿病改善米、礦物質(zhì)強化米、高維生素米等。印度培育出了適合糖尿病患者食用的水稻品種ISM的改良變種，這個變種除了具有高產(chǎn)、抗白葉枯病等優(yōu)良性狀外，其血糖生成指數(shù)僅為50.99，而普通精白米飯的升糖指數(shù)是83。那么，中國優(yōu)質(zhì)稻的代表是什么？五常稻花香是中國優(yōu)質(zhì)稻的代表。大家都知道北方的稻花香，它的品種名叫五優(yōu)稻4號。這種稻花香種植區(qū)域非常窄，就在五常和吉林北部很小的區(qū)域，能夠生產(chǎn)出這么好的品質(zhì)，大概每年有100萬噸。我們希望通過改良，培育出一個類似于北方的稻花香的南方的粳稻品種。經(jīng)過幾年努力，我們也有一些品系出來了，但是確實還沒有進行大面積的生產(chǎn)，經(jīng)過幾次稻米的品嘗以后發(fā)現(xiàn)，口感跟北方的稻花香沒什么區(qū)別，但是整個外觀還有點距離，這也是我們下一步要奮斗的目標。種子是農(nóng)業(yè)的“芯片”，而種質(zhì)資源是培育好種子的第一步。經(jīng)過長期堅持不懈的努力和探索，我國作物種質(zhì)資源研究取得多方面重要成就。截至2022年底，我國收集保存農(nóng)作物種質(zhì)資源總量突破54萬份；而中國水稻研究所水稻國家中期庫保存著8.6萬份資源，在水稻起源與演化、功能基因組等研究方面具有優(yōu)勢。我們創(chuàng)建了以骨干親本遺傳構(gòu)成為標尺的精準鑒定新技術(shù)，打通種質(zhì)資源與育種密切協(xié)作與有效利用的“最后一公里”。以遼寧的京租御用稻米為例，這個品種曾經(jīng)是清朝光緒年間皇宮膳用之糧，御賜得名“京租稻”，是全國獨一無二的歷史名貴水稻品種，距今已有140多年的種植歷史。但由于京租稻產(chǎn)量低、種植面積小、品種混雜，純種的京租稻瀕臨失傳。為了有效保護這一傳統(tǒng)的品種，科技工作者從國家種質(zhì)庫引種，對京租稻進行統(tǒng)一提純和產(chǎn)品復(fù)壯、恢復(fù)種植，加快了品種的科研保護力度。如今，京租稻米種植已經(jīng)成為當(dāng)?shù)氐囊粋€重要產(chǎn)業(yè)。那么，如何挖掘我國豐富的水稻種質(zhì)資源、發(fā)現(xiàn)高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)的水稻基因？又該如何突破前沿育種關(guān)鍵技術(shù)、打贏種業(yè)翻身仗？智能設(shè)計育種是水稻育種的發(fā)展方向。育種，從某種意義上來說，是把來自不同背景的優(yōu)良等位基因聚合起來。然而，育種又是一門復(fù)雜的藝術(shù)，不是基因的簡單組合和堆疊。伴隨著大規(guī)?；蚪M測序技術(shù)的發(fā)展，越來越多的作物全基因組密碼被破解，在海量的基因組數(shù)據(jù)面前，怎樣的基因組合才能產(chǎn)出最優(yōu)的作物品種？如何不用大規(guī)模田間試驗，就能預(yù)測和推演這些基因聚合后，作物的生產(chǎn)表現(xiàn)？依托生物技術(shù)、人工智能、大數(shù)據(jù)的智能設(shè)計育種應(yīng)運而生。作物智能設(shè)計育種首先需要破解作物的重要性狀是如何形成的？它取決于哪些遺傳因素和分子機制？然后通過人工智能決策系統(tǒng)設(shè)計最佳育種方案。與傳統(tǒng)的高投入、大規(guī)模的田間試驗相比，智能設(shè)計育種可在計算機中對基因組序列進行虛擬誘變，并利用模型預(yù)測變異的后果，從而挑選符合我們預(yù)期目標的變異序列進行實驗驗證，實現(xiàn)低成本、高效率的定向設(shè)計育種。基因編輯技術(shù)是水稻育種的重點攻關(guān)技術(shù)。盡管20年來，我們在水稻功能基因組的研究方面，基本處于國際領(lǐng)先水平，我們發(fā)現(xiàn)了一系列高產(chǎn)、抗病的基因，但是還沒有發(fā)現(xiàn)一個革命性的基因。大家都在反問，我們有那么強大的、傳統(tǒng)的育種隊伍，我們有那么強大的、前沿的研究能力，為什么我們水稻研發(fā)沒有顛覆性的突破？實際上是值得我們?nèi)ド钏嫉模瑔栴}究竟出在哪里，我想核心的問題，還是我們的技術(shù)?，F(xiàn)在整個生物界都在關(guān)注基因編輯技術(shù)。但過去的很長一段時間內(nèi)，我們的基因編輯技術(shù)受制于人，CRISPR基因編輯技術(shù)三大創(chuàng)新源頭均在美國。為此，國家高度重視基因編輯技術(shù)研發(fā)。這兩年，我國自主研發(fā)的基因編輯技術(shù)正在迎頭趕上，2023年有科研團隊運用AI輔助的大規(guī)模蛋白結(jié)構(gòu)預(yù)測和基于三維結(jié)構(gòu)的蛋白質(zhì)多重比對聚類分析，鑒定到完全區(qū)別于已知脫氨工具酶的全新底盤元件，并成功開發(fā)了一系列具有我國自主知識產(chǎn)權(quán)的新型精準堿基編輯工具，有望打破堿基編輯底層專利壟斷，幫助我國在未來的生物技術(shù)產(chǎn)業(yè)競爭中處于有利地位。挖掘我國豐富的種質(zhì)資源，是培育優(yōu)質(zhì)稻的關(guān)鍵?，F(xiàn)在一談到育種，大家都會談到基因資源的問題。資源不是說越多越好，把現(xiàn)有的資源搞清楚是關(guān)鍵。我一直強調(diào)的是，資源的表型和基因型的精準鑒定。中國水稻研究所有8.6萬份資源，我就花10年時間，把這8.6萬份水稻資源搞清楚，看看里面究竟有沒有類似所謂顛覆性的基因，這恰恰是目前我們需要加強的一塊內(nèi)容。現(xiàn)在大家都在談種業(yè)振興。農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化，種子是基礎(chǔ)。目前水稻品種同質(zhì)化比較嚴重，所謂同質(zhì)化，就是遺傳背景都差不多，長相也差不多、表型也差不多、產(chǎn)量也差不多、品質(zhì)也差不多，沒有顛覆性的東西。這些同質(zhì)化的品種，企業(yè)很難賺錢。在2020年，我和我的老師萬建民院士不斷地呼吁，當(dāng)時我們就簽了一個實質(zhì)性派生品種（EDV）制度。什么是實質(zhì)性派生品種？以前，在傳統(tǒng)育種技術(shù)背景下，育種者主要以雜交和選擇為主培育植物新品種，并以植物的各種表型特征判斷品種的特性。但是，隨著生物技術(shù)在育種領(lǐng)域的應(yīng)用，能夠定向改變或者優(yōu)化現(xiàn)有植物品種的某些特性，在較短時間內(nèi)將現(xiàn)有品種改造成一個新品種，這個新品種就被稱為“實質(zhì)性派生品種”，因為具有一定的特異性，它符合植物新品種的授權(quán)條件。但從基因或基因型組合來看，實質(zhì)性派生品種與被改造的母體相比，只有細微的差異。實質(zhì)性派生品種的出現(xiàn)，與育種技術(shù)的快速發(fā)展有密切關(guān)系。如果不加約束，這種“模仿育種”“克隆育種”，會將傳統(tǒng)育種者經(jīng)過十余年選育而成的植物品種，包括珍貴的遺傳資源免費占有并合法利用，成為影響中國種業(yè)核心競爭力提升的突出瓶頸。新修改的種子法于2022年3月1日起施行，其最大的亮點就是引入了“實質(zhì)性派生品種”制度，全面強化了品種權(quán)的保護力度，大幅升級了針對種業(yè)創(chuàng)新的相關(guān)知識產(chǎn)權(quán)保護，為我國推進生物育種戰(zhàn)略保駕護航。實質(zhì)性派生品種制度的誕生，旨在提醒育種者必須尊重與保護他人的育種創(chuàng)新成果，形成公平、誠信、有序的種業(yè)經(jīng)營環(huán)境，這是我國“打好種業(yè)翻身仗”，解決種源“卡脖子”問題的有效保障，也是吸引國外優(yōu)秀種質(zhì)資源和種業(yè)創(chuàng)新要素的有效保障。近年來，國際局勢風(fēng)云變幻，糧食危機的陰云更是時隱時現(xiàn)。2023年7月6日，聯(lián)合國糧農(nóng)組織與經(jīng)合組織共同發(fā)布的《經(jīng)合組織—糧農(nóng)組織2023—2032年農(nóng)業(yè)展望報告》指出，預(yù)計未來十年全球農(nóng)業(yè)和糧食產(chǎn)量將繼續(xù)增長，但由于人口趨勢影響，增長速度將低于前十年。當(dāng)前，不利的氣候趨勢、動植物疫病及主要農(nóng)業(yè)投入品價格波動加劇等因素，正在增加農(nóng)業(yè)和糧食生產(chǎn)的不確定性。該《報告》預(yù)計，全球種植業(yè)、畜牧業(yè)和漁業(yè)產(chǎn)量在未來十年將以年均1.1%的速度增長，增速為2005—2015年十年間平均增速的一半。糧食危機離我們并不遙遠，近半個世紀以來，居安思危的戰(zhàn)略決策，讓我們與全球三次糧食危機擦肩而過，未來，我們?nèi)绾芜M一步提高我國主糧的抗風(fēng)險能力，牢牢把握糧食安全的主動權(quán)？糧食安全事關(guān)國家安全。近半個世紀以來全球發(fā)生了三次糧食危機。1973年第一次糧食危機，包括東南亞，甚至歐洲都有糧食危機，因為高溫干旱減產(chǎn)，當(dāng)時蘇聯(lián)需要到美國求購大概3000萬噸糧食，直接造成了大米、小麥漲價70%，對全球糧食的沖擊是非常大的。1974年美國《時代》周刊總結(jié)1973年的糧食危機，提出來糧食就是一種武器。第二次糧食危機大概從2005年開始，也是全球各個地方出現(xiàn)了糧食問題，到了2008年糧食價格暴漲，基本上漲了50%以上。全球大概有33個國家因為缺少糧食發(fā)生了一些騷亂。為什么會造成糧食危機呢？這個是和能源有關(guān)系，2007年美國當(dāng)時提出用玉米生產(chǎn)乙醇。第三次就是烏克蘭危機以后，因為俄羅斯和烏克蘭分別是小麥與玉米的主產(chǎn)國，大概占國際糧食貿(mào)易的比例將近20%。同時俄羅斯和白俄羅斯又分別是肥料第一、第四大出口國。這次危機還疊加了2022年6月份印度禁止出口小麥的因素。當(dāng)世界各國意識到全球糧食有危機的時候，肯定要首先保護自己國家的糧食安全。這時，有錢也買不到糧食。相信大家也都能深刻地感受到糧食安全對一個國家的重要性。水稻良種攻關(guān)是國家糧食安全的保證。1973年第一次糧食危機，中國有個雜交稻出來了，中國雜交稻就是1973年三系配套成功的。到了2005—2008年，全球出現(xiàn)第二次大的糧食危機，但是1996年我國提出來一個超級稻的計劃，在2004年、2005年左右，雜交水稻大面積推廣、超級水稻大面積推廣，我國沒有出現(xiàn)糧食問題。黨的十八大以來，以習(xí)近平同志為核心的黨中央高度重視國家糧食安全，始終把解決好十幾億人口的吃飯問題作為治國理政的頭等大事。我國糧食安全新戰(zhàn)略發(fā)軔于2013年，這一年的中央農(nóng)村工作會議是一次高規(guī)格布局糧食安全的重要會議，中央政治局常委全體出席，習(xí)近平總書記首次對新時期糧食安全戰(zhàn)略進行了系統(tǒng)闡述。我國是人口眾多的大國，解決好吃飯問題始終是治國理政的頭等大事。2015年“十三五”規(guī)劃建議提出：“堅持最嚴格的耕地保護制度，堅守耕地紅線，實施藏糧于地、藏糧于技戰(zhàn)略，提高糧食產(chǎn)能，確保谷物基本自給、口糧絕對安全。”“藏糧于地、藏糧于技”，從土地和科技的角度闡述了糧食的重要性。習(xí)近平總書記對糧食安全問題發(fā)表的一系列重要論述，深刻闡釋了保障國家糧食安全的重要意義、戰(zhàn)略重點和實踐要求，為做好新時代國家糧食安全工作、把牢糧食安全主動權(quán)提供了根本遵循和行動指南。種業(yè)的發(fā)展，種業(yè)的振興，還需要一批有情懷的科學(xué)家和一批有情懷的企業(yè)家真正聯(lián)起手來，才能確保我國的糧食安全。
來源：學(xué)習(xí)時報
