——中國(guó)農(nóng)科院育種專家解析糧食安全背后的科技“底氣”
2021-01-22 15:08:30
工作人員取出保存在超低溫庫(kù)（液氮）的種質(zhì)資源?！≠Y料圖
糧食安全是國(guó)家戰(zhàn)略。習(xí)近平總書(shū)記強(qiáng)調(diào)，“中國(guó)人的飯碗任何時(shí)候都要牢牢端在自己手上，我們的飯碗應(yīng)該主要裝中國(guó)糧”。種子是農(nóng)業(yè)的“芯片”，種源安全連著糧食安全。隨著農(nóng)業(yè)科技的發(fā)展，我國(guó)農(nóng)作物良種覆蓋率在96％以上，自主選育品種面積占比超過(guò)95％，其中，水稻、小麥兩大口糧作物品種已實(shí)現(xiàn)完全自給；良種對(duì)糧食增產(chǎn)貢獻(xiàn)率已超過(guò)45％，作物單產(chǎn)顯著提升，糧食總產(chǎn)連續(xù)5年超過(guò)6.5億噸，糧食作物滿足基本自給，口糧實(shí)現(xiàn)絕對(duì)安全。近日，中國(guó)農(nóng)科院召開(kāi)的“科技創(chuàng)新引領(lǐng)糧食產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展”會(huì)議，主糧作物領(lǐng)域方面的育種專家詳細(xì)解析了糧食安全背后的科技支撐。
瞄準(zhǔn)科技前沿，提升主糧作物育種自主創(chuàng)新能力
基礎(chǔ)研究是整個(gè)科學(xué)體系的源頭。誰(shuí)在基礎(chǔ)理論和關(guān)鍵技術(shù)取得突破，誰(shuí)將掌握未來(lái)農(nóng)業(yè)競(jìng)爭(zhēng)的主動(dòng)權(quán)。小麥、水稻、玉米、大豆、雜糧等糧食作物基因組解析、新基因克隆以及育種關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)等方面取得了重大進(jìn)展，為糧食作物遺傳改良與精準(zhǔn)設(shè)計(jì)育種提供了理論基礎(chǔ)與技術(shù)支撐。
記者了解到，在主糧作物基礎(chǔ)理論研究成果豐碩，比如在基因組解析方面，構(gòu)建全球首個(gè)亞洲栽培稻3010份核心種質(zhì)的泛基因組，發(fā)現(xiàn)1.2萬(wàn)個(gè)水稻新基因，為分子設(shè)計(jì)育種提供了豐富的基因資源；完成了145份不同時(shí)期小麥代表性品種進(jìn)行重測(cè)序，構(gòu)建了高密度的基因組變異圖譜，揭示小麥重大品種基因組演變規(guī)律。
干旱、鹽堿、病蟲(chóng)害等逆境脅迫是導(dǎo)致我國(guó)糧食減產(chǎn)和品質(zhì)下降的主要原因，嚴(yán)重制約我國(guó)農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。針對(duì)育種和生產(chǎn)主要目標(biāo)性狀，中國(guó)農(nóng)科院發(fā)掘出一批重要功能基因。比如在水稻方面，克隆了水稻自私基因qHMS7，為破解秈粳亞種間雜種不育難題提供關(guān)鍵靶點(diǎn)，克隆了調(diào)控水稻先天免疫的新基因OsCNGC9，揭示了鈣通道蛋白調(diào)控水稻抗稻瘟病分子機(jī)制。在小麥方面，克隆了小麥DREB、WRKY等抗旱基因，克隆了小麥抗紋枯病菌基因TaGATA1。
如果說(shuō)，一粒種子可以改變一個(gè)世界，那么在育種領(lǐng)域，一項(xiàng)技術(shù)能夠創(chuàng)造一個(gè)奇跡。我國(guó)已突破了一批育種關(guān)鍵技術(shù)。在小麥上，歷時(shí)30年創(chuàng)立了小麥遠(yuǎn)緣雜交新技術(shù)體系，破解了小麥與冰草屬間雜交及其改良小麥的國(guó)際難題，創(chuàng)制了高穗粒數(shù)、廣譜抗病性等新材料392份，建立了創(chuàng)新種質(zhì)高效利用新途徑，培育攜帶冰草多粒、廣譜抗性基因新品種，驅(qū)動(dòng)育種技術(shù)與品種培育新發(fā)展。在水稻上，首次建立了可固定雜種優(yōu)勢(shì)的水稻無(wú)融合生殖體系，成功獲得雜交水稻的克隆種子，實(shí)現(xiàn)了雜交水稻無(wú)融合生殖“從0到1”的突破；創(chuàng)造性地運(yùn)用遠(yuǎn)緣雜交和三系法雜交育種，集聚了水稻不同亞種的有利基因，育成了綜合性狀優(yōu)良的強(qiáng)優(yōu)勢(shì)秈粳雜交水稻組合，實(shí)現(xiàn)雜交水稻產(chǎn)量新的突破。
培育重大新品種，引領(lǐng)糧食產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展
中國(guó)農(nóng)科院副院長(zhǎng)萬(wàn)建民院士介紹說(shuō)：“十三五”期間，中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院在小麥、水稻、玉米、大豆、雜糧的優(yōu)質(zhì)、抗逆、宜機(jī)收等新品種選育方面取得突破。”
小麥方面，中國(guó)農(nóng)科院作物科學(xué)研究所選育的中麥895灌漿速率和耐熱性居黃淮麥區(qū)南片首位，落黃性及綜合抗病性好，面條品質(zhì)達(dá)到國(guó)家優(yōu)質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，2020年推廣面積為全國(guó)第三位。與山東省農(nóng)科院原子能所合作選育的魯原502，產(chǎn)量潛力高、適應(yīng)性廣、抗倒伏能力強(qiáng)、品質(zhì)優(yōu)良，在黃淮麥區(qū)北片年推廣面積超1500萬(wàn)畝，2019年成為我國(guó)三大主推小麥品種之一。中麥175是我國(guó)第一個(gè)同時(shí)通過(guò)國(guó)家水地和旱肥地兩個(gè)區(qū)域?qū)彾ǖ乃导嬗眯推贩N，還通過(guò)北京、山西、河北、青海和甘肅省的審定，實(shí)現(xiàn)了我國(guó)冬小麥育種的新突破，是北部冬麥區(qū)推廣面積最大的品種。
除豐產(chǎn)性、抗病性、優(yōu)質(zhì)性、廣適性等特性，水稻育種更追求口感與營(yíng)養(yǎng)學(xué)。“華浙優(yōu)261”是香型優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)高效廣適性新品。“嘉禾優(yōu)7245”粳型三系雜交水稻品種，不僅味道軟糯彈香滑，而且具有產(chǎn)量高、抗稻瘟、抗飛虱等優(yōu)點(diǎn)。優(yōu)質(zhì)專用早稻品種中嘉早17長(zhǎng)期位居南方秈稻推廣面積首位，2010-2019年累計(jì)推廣面積超過(guò)6500萬(wàn)畝。
國(guó)家玉米產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系首席科學(xué)家李新海研究員介紹說(shuō)：“面向我國(guó)玉米主產(chǎn)區(qū)，農(nóng)科院育成的中單123、中單685、中玉303、中單111等高產(chǎn)、抗逆、宜機(jī)收新品種，推動(dòng)育種目標(biāo)從高產(chǎn)向早熟優(yōu)質(zhì)抗倒宜機(jī)收方向轉(zhuǎn)變。”以新品種中單111為例，早熟抗倒、籽粒含水量低、產(chǎn)量高、落粒損失率低，可以實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量籽粒直接收獲，在新疆奇臺(tái)創(chuàng)造出畝產(chǎn)超過(guò)1570公斤的亮眼成績(jī)。
國(guó)家谷子高粱產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系首席科學(xué)家刁現(xiàn)民研究員介紹說(shuō)，在雜糧新品種選育方面，培育出“中谷1”“中谷2”“中谷7”等優(yōu)質(zhì)品種和“中雜谷16”等優(yōu)質(zhì)雜交種。其中“中谷2”米質(zhì)顯著優(yōu)于傳統(tǒng)的優(yōu)質(zhì)品種黃金苗，已經(jīng)成為山東“龍山小米”、新疆“疏勒小米”等多個(gè)品牌小米的主開(kāi)發(fā)品種。選育出中綠系列綠豆、中紅系列紅小豆、中豇系列豇豆等新品種12個(gè)；近年來(lái)，中綠5號(hào)、中綠10號(hào)、中紅6號(hào)等系列品種示范推廣面積占全國(guó)綠豆、紅小豆種植面積60％以上，其中，中綠5號(hào)已成為“安徽明光綠豆”“河南南陽(yáng)綠豆”等品牌綠豆的主栽品種。
保護(hù)與利用好作物種質(zhì)資源，為種業(yè)創(chuàng)新提供重要保障
“如果說(shuō)種子是農(nóng)業(yè)的芯片，那么種質(zhì)資源是芯片的核心。”中國(guó)農(nóng)科院作物科學(xué)研究所所長(zhǎng)錢前院士進(jìn)行了一個(gè)生動(dòng)的比喻：作物種質(zhì)資源庫(kù)相當(dāng)于育種的“彈藥庫(kù)”，是種業(yè)創(chuàng)新的物質(zhì)基礎(chǔ)，是農(nóng)業(yè)發(fā)展的戰(zhàn)略資源。據(jù)介紹，我國(guó)目前建成完善了由1座長(zhǎng)期庫(kù)、1座復(fù)份庫(kù)、10座中期庫(kù)、43個(gè)種質(zhì)圃、205個(gè)原生境保護(hù)點(diǎn)以及種質(zhì)資源信息中心組成的國(guó)家作物種質(zhì)資源保護(hù)體系。我國(guó)保存資源總量突破52萬(wàn)份，位居世界第二。
在種質(zhì)資源收集方面，中國(guó)農(nóng)科院牽頭組織開(kāi)展了第三次全國(guó)農(nóng)作物種質(zhì)資源普查與收集行動(dòng)，已全面啟動(dòng)了全國(guó)31個(gè)省區(qū)市的普查和收集工作，收集各類作物種質(zhì)資源5.4萬(wàn)份，其中96％以上為新收集資源，搶救性收集耐水淹玉米等一大批珍貴資源。
在種質(zhì)資源鑒定和挖掘方面，中國(guó)農(nóng)科院逐步實(shí)現(xiàn)由全面鑒定向精準(zhǔn)鑒定的轉(zhuǎn)變。在對(duì)收集、保存的種質(zhì)資源進(jìn)行基本農(nóng)藝性狀全面鑒定的基礎(chǔ)上，組織開(kāi)展了對(duì)水稻、小麥、玉米、大豆等主要農(nóng)作物3萬(wàn)余份種質(zhì)的精準(zhǔn)鑒定，進(jìn)一步強(qiáng)化了種質(zhì)資源有效支撐產(chǎn)業(yè)發(fā)展的物質(zhì)基礎(chǔ)。
在新種質(zhì)創(chuàng)制方面，中國(guó)農(nóng)科院通過(guò)遠(yuǎn)緣雜交等途徑，創(chuàng)制了一批關(guān)鍵性狀突出、遺傳基礎(chǔ)明確、育種家想用、育種中好用的自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)核心育種材料。其中，首次攻克利用冰草屬優(yōu)異基因改良小麥的國(guó)際難題，創(chuàng)制了一批多粒、廣譜抗病性且產(chǎn)量三因素可同步提高的育種新材料，新材料正在為全國(guó)各麥區(qū)主要育種單位利用，并培育出一批新品種。作物種質(zhì)資源在支撐培育了一大批重大作物新品種作用日益顯著。記者 李麗穎
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