12月22日，中國科學(xué)院在北京舉行A類先導(dǎo)專項“種子精準(zhǔn)設(shè)計與創(chuàng)造”（以下簡稱種子專項）系列科研成果新聞發(fā)布會。記者從會上獲悉，六年來，該專項創(chuàng)制了37個“一增二減”先導(dǎo)型品種，累計推廣先導(dǎo)型作物新品種1448萬畝，取得了顯著的社會經(jīng)濟效益。
創(chuàng)制37個“一增二減”先導(dǎo)型品種
我國農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展面臨雙重挑戰(zhàn)，化肥用量、農(nóng)藥用量顯著高于世界平均水平。同時，氣候變化和自然災(zāi)害影響糧食生產(chǎn)。
據(jù)種子專項首席科學(xué)家、中國科學(xué)院院士李家洋介紹，種子專項于2019年11月啟動，針對我國新時期糧食安全、生態(tài)安全及農(nóng)業(yè)供給側(cè)改革的重大戰(zhàn)略需求，中國科學(xué)院聯(lián)合院內(nèi)外30家優(yōu)勢單位協(xié)同攻關(guān)，聚焦水稻、小麥等主要農(nóng)作物和魚等動物，以實現(xiàn)“一增二減”為核心目標(biāo)，即增產(chǎn)（增加產(chǎn)量、提高品質(zhì)）、減投（減少化肥和農(nóng)藥使用）、減損（減少自然災(zāi)害損失），最終實現(xiàn)精準(zhǔn)創(chuàng)造增產(chǎn)10%～20%、減投15%～20%和減損15%～20%的動植物品種。
李家洋表示，六年來，種子專項挖掘了一批高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)、氮高效利用、抗逆抗病等關(guān)鍵基因與調(diào)控網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)了基因組精準(zhǔn)編輯、四倍體野生稻快速從頭馴化等核心技術(shù)創(chuàng)新，創(chuàng)制了37個“一增二減”先導(dǎo)型品種，累計推廣先導(dǎo)型作物新品種1448萬畝，取得了顯著的社會經(jīng)濟效益，獲得“中國十大科技進展新聞”等多項榮譽。
減少氮肥使用兩三成，水稻不減產(chǎn)
面對化肥過量、病蟲害頻發(fā)、資源約束趨緊等農(nóng)業(yè)“痛點”，種子專項的科學(xué)家們以“精準(zhǔn)設(shè)計”為路徑，找到了破局的關(guān)鍵“鑰匙”。發(fā)布會上，專項總體組成員展示了在新理論、新技術(shù)、新產(chǎn)品三個維度取得的多項“硬核”突破，它們讓種子能夠“更智慧”地應(yīng)對現(xiàn)有挑戰(zhàn)。
中國科學(xué)院院士、植物研究所研究員種康介紹了兩項直擊農(nóng)業(yè)生產(chǎn)痛點的理論突破。其一是讓水稻“減肥”不減產(chǎn)。種康介紹，專項研究團隊克隆了氮高效基因OsTCP19，使水稻在氮肥減少20%～30%的情況下產(chǎn)量保持穩(wěn)定，為破解化肥過量使用難題提供了“基因鑰匙”，有助于實現(xiàn)水稻“綠色革命”。
其二是給小麥裝上“免疫盾牌”。白粉病是我國小麥生產(chǎn)面臨的主要病害之一，年均危害面積為1億畝，導(dǎo)致小麥平均年減產(chǎn)近15%。赤霉病在我國發(fā)生速度逐年加快，危害程度逐年加劇，已從長江中下游和江淮麥區(qū)逐步擴展到黃淮麥區(qū)，甚至蔓延至甘肅南部和青海東部等地區(qū)。小麥赤霉病常年發(fā)病1億畝?！?965年，我在福建的大田里工作，當(dāng)時南方小麥的赤霉病尤為嚴(yán)重，滿目皆是，每次從田里出來，衣服都會被染黃?！敝袊茖W(xué)院院士、福建省農(nóng)業(yè)科學(xué)院研究員謝華安回憶。
種康表示，面對白粉病、赤霉病等農(nóng)業(yè)“殺手”，專項研究團隊挖掘出我國地方品種特有的廣譜抗白粉病且兼具麥瘟病抗性的Pm24基因，還利用新型的赤霉病抗病模塊培育出抗赤霉病高產(chǎn)小麥“中科166”，讓農(nóng)藥用量大幅下降，推廣面積已近150萬畝，筑牢了主糧安全“防護網(wǎng)”。
利用優(yōu)質(zhì)野生資源，上萬年馴化歷程有望縮短到數(shù)年
曾幾何時，育種靠的是經(jīng)驗、運氣和一次次等待；傳統(tǒng)育種工作者通過一代代雜交選育，周期長達(dá)8—10年，且難有突破性進展。如今，在中國科學(xué)家手中，育種已蛻變?yōu)橐婚T可預(yù)測、可編程、可定制的精密科學(xué)。
基因組編輯是實現(xiàn)種子精準(zhǔn)設(shè)計的變革性技術(shù)，中國科學(xué)院遺傳與發(fā)育生物學(xué)研究所研究員高彩霞介紹，利用自主研發(fā)的多重基因組編輯技術(shù)，她和團隊打破“抗病不高產(chǎn)”的育種魔咒，創(chuàng)制出既抗白粉病又高產(chǎn)的小麥新種質(zhì)。2024年，這個新種質(zhì)獲批我國首個口糧作物基因編輯生產(chǎn)應(yīng)用安全證書。
如何有效利用優(yōu)質(zhì)野生資源是前沿科學(xué)問題。水稻、小麥、玉米歷經(jīng)上萬年的馴化歷程，而目前全球僅有約250個物種被完全馴化，自然界中存在著大量優(yōu)異野生植物尚未被人類利用。李家洋團隊的另一項技術(shù)開辟了全新的育種路徑。團隊首次提出并實踐了異源四倍體野生稻快速從頭馴化的新路徑。他們像“農(nóng)業(yè)工程師”一樣，從零開始改造野生稻，攻克野生稻遺傳轉(zhuǎn)化、基因組注釋等重重難關(guān)，成功創(chuàng)制出新型四倍體水稻材料，將上萬年的馴化歷程縮短到數(shù)年。
“中科發(fā)”系列水稻成為“明星品種”
沒有小刺的鯽魚、提前2～3個月上市的新粳米……設(shè)計育種將讓百姓的餐桌更加豐富。
中國科學(xué)院院士、中國科學(xué)院水生生物研究所研究員桂建芳團隊培育出具有高產(chǎn)、抗病、節(jié)糧三大優(yōu)勢性狀的異育銀鯽“中科6號”候選新品系。相較于底盤品種異育銀鯽“中科3號”，“中科6號”生長速度平均提升25%，養(yǎng)殖存活率平均提升66.5%，飼料效率平均提升20.1%。
同時，研究團隊還創(chuàng)制出異育銀鯽“無肌間刺”新品系。桂建芳介紹，這種新品系鯽魚沒有小刺，食用時非常方便。同時，這一新品系的魚不育后代，可以避免人們擔(dān)心的養(yǎng)殖逃逸帶來的遺傳混雜風(fēng)險。“新品系未來通過評審后，馬上可以量產(chǎn)?！?/p>
有肌間刺鯽魚和無肌間刺鯽魚模型對比。新京報記者 張璐 攝
李家洋研究團隊通過“分子設(shè)計育種”理念，聚合了粒型、產(chǎn)量、抗病、抗倒伏、耐鹽堿等一系列優(yōu)良基因，培育的“中科發(fā)”系列水稻已經(jīng)成為“明星品種”。在東北稻區(qū)，“中科發(fā)5號”比當(dāng)?shù)刂髟詢?yōu)質(zhì)品種增產(chǎn)超20%，鹽堿地畝產(chǎn)突破600公斤；在南方稻區(qū)，“中科發(fā)早粳1號”實現(xiàn)我國雙季早粳稻品種“零的突破”，將優(yōu)質(zhì)新粳米上市期提前2～3個月，讓老百姓更早吃上當(dāng)年的新米。
中國科學(xué)院可持續(xù)發(fā)展科技研究局局長薛強指出，未來這場搶占種業(yè)科技制高點的勝利標(biāo)志，不僅在于我們是否擁有“備份”的種源，更在于我們是否構(gòu)建起自主的、引領(lǐng)性的種業(yè)科學(xué)體系與創(chuàng)新生態(tài)，要培育更高產(chǎn)、更營養(yǎng)、更節(jié)水、更抗災(zāi)的“智慧種子”，為全球糧食安全與農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展貢獻“中國方案”。
新京報記者 張璐
編輯 白爽 校對 楊利
