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    攥緊中國種子 端穩中國飯碗

    22-08-15 09:56 來源:中國紀檢監察報 編輯:高正武

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      (制圖:王嬋)

      圖②:雜交水稻全國重點實驗室科研人員下田查看水稻生長情況。

      圖③:雜交水稻全國重點實驗室科研人員在光照培養室觀察低鎘秧苗。

      圖④:雜交水稻全國重點實驗室試驗田中待收割的水稻。(雜交水稻全國重點實驗室供圖)

      水稻,全世界最重要的糧食作物之一,全球超過一半的人口將其作為主要食物來源。

      統計數據顯示,去年我國水稻種植面積約4.5億畝,產量超過2.1億噸,平均單產470公斤,是世界平均單產的1.7倍。遠超世界平均水平的產量,雜交水稻居功至偉。

      今年4月10日,習近平總書記在海南三亞考察時強調,種子是我國糧食安全的關鍵。只有用自己的手攥緊中國種子,才能端穩中國飯碗、實現糧食安全。作為世界上首個成功研發和推廣雜交水稻的國家,我國的雜交水稻研究處于國際領先地位,不僅用實際行動回答了“21世紀誰來養活中國人”的疑問,而且對世界糧食安全和良種技術傳播做出了重大貢獻,堪稱我國科技領域自主創新的標志性成就。國際上評價,“雜交水稻是中國繼四大發明之后對人類做出的第五大貢獻”。

      一粒種子改變世界,一項技術創造一個奇跡。那么,被稱為“東方魔稻”的雜交水稻與普通水稻有什么不一樣,當前的研究重點有哪些?如何讓老百姓既吃得飽,又吃得好吃得健康?記者帶您走進雜交水稻全國重點實驗室一探究竟。

      1

      第三代雜交技術讓水稻實現“婚姻自由”

      制種和繁殖更為簡便,普通農民也可“駕馭”

      湖南省衡南縣向陽橋街道清竹村,雜交水稻全國重點實驗室的超級雜交水稻高產試驗示范展示基地坐落于此。

      立秋剛過,稻田里綠油油的晚稻秧苗正在拔節。一個月前,這里的早稻通過現場測產驗收,平均畝產再創新高——686.89公斤。

      過去兩年,也是在這里,雜交水稻雙季畝產均突破1500公斤,平均畝產紀錄頻頻被刷新。這意味著一畝地雙季產出的稻米可以養活約5個人。

      “雜交水稻之父”袁隆平院士生前提出的攻關目標實現了。而這一目標的實現,離不開良種——“叁優一號”。

      以晚稻身份“應考”的“叁優一號”,被稱為第三代雜交水稻的“尖子生”——2020年平均畝產911.7公斤,2021年平均畝產936.1公斤,不僅挺拔高大,而且穗粒飽滿。

      “在雙季稻中,晚稻的實際畝產要想突破700公斤是很難的。”雜交水稻全國重點實驗室研究員李新奇告訴記者,這充分體現出第三代雜交水稻的潛力所在。

      據介紹,從50多年前袁隆平院士發表那篇改變世界水稻史的論文《水稻的雄性不孕性》開始,我國科學家將雜交水稻育種從“三系法”發展到“兩系法”,水稻產量連上臺階,但也進入了“緩慢增長期”。第三代雜交技術被袁隆平院士看作是突破畝產“天花板”的關鍵,也是“未來水稻雜種優勢利用的一條理想途徑”。

      何為第三代雜交技術?

      “簡單來講,第三代雜交技術讓雜交水稻實現了真正的‘婚姻自由’。”李新奇打了個比方。

      “雜交水稻的本質,就是要在‘茫茫稻海’中找到最優的那一組配對。”雜交水稻全國重點實驗室副主任吳俊解釋說。

      據了解,第一代雜交技術即“三系法”,需要不育系、恢復系、保持系互相配組。利用這一技術培育出一個優秀的雜交水稻新品種,就好像在成千上萬個水稻材料中,只有A和B才適合“結婚”,而B還藏在“茫茫稻海”里,若要相遇,不僅需要耗費很大的精力,還需要很多運氣。

      第二代技術是“兩系法”,母本有個“獨門絕技”——根據光照、溫度不同,可改變自身育性。也就是說,A可以和其他所有水稻“結婚”,選擇面大大提高了,但因受環境影響大,無法保證能夠穩定產生后代。

      而第三代技術,不再是只為A服務,它讓所有的水稻在理論上都能找到適合自己的“另一半”,并產生優良后代培育雜交水稻新品種。該技術以遺傳工程雄性不育系為遺傳工具,不僅兼具“三系法”不育系育性穩定和“兩系法”不育系配組自由的優點,同時還克服了“三系法”育種所需的恢復系、保持系材料難以獲得導致的不育系配組受限,以及“兩系法”不育系可能因天氣原因導致制種失敗和繁殖產量低的缺點,在任何地區任何時候都是穩定不育的,制種和繁殖都非常簡便。

      “以我們目前掌握的技術來說,單季第三代雜交水稻的畝產達到1200公斤甚至1300公斤,不是難事。”雜交水稻全國重點實驗室副主任趙炳然說。

      在高產之外,第三代雜交水稻還有諸多優勢:“飯量”和普通水稻差不多,無需大水大肥;對生態環境和種植技術要求不“挑剔”,無需特殊照顧,普通農民也可“駕馭”。

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      “海水稻”并非是在海里種水稻

      耐鹽堿水稻讓“億畝荒灘變良田”

      8月10日下午,接到記者電話時,年近花甲的李新奇正在出差返回長沙的高鐵上。

      “水稻專業是一門應用科學,電腦里長不出水稻,書本里也長不出水稻,要種出好水稻必須得下田。”作為袁隆平院士的學生,李新奇始終謹記恩師教誨。據介紹,他此次出差途經多地,很重要的一件事是解決“海水稻”種植試驗中出現的難題。

      “海水稻”是生長在海里的水稻嗎?

      面對記者的疑問,李新奇解釋道:“海水稻”并不是生長在海里的水稻,而是泛指抗鹽抗堿性的水稻,所以又稱為耐鹽堿水稻,可在沿海灘涂的鹽漬地和我國東北、華北、西北內陸一些鹽堿地里生長。

      研發耐鹽堿水稻品種,是科研人員落實“藏糧于地、藏糧于技”要求的生動體現。

      業內專家表示,我國耕地面積少,糧食耕地僅18億畝,但擁有15億畝荒蕪的鹽堿地,其中具備改造潛能的面積在3.4億畝左右,這部分土地是非常重要的后備土地資源。

      如果能選育出耐鹽度在0.3%至0.6%、耐堿性在pH值8.5以上的水稻品種,且年推廣面積達1億畝,平均畝產300公斤,就相當于每年“憑空”多了300億公斤糧食,可以養活1億人口。這對于解決口糧問題具有重要戰略意義。

      從10年前開始,袁隆平院士團隊就開始研究耐鹽堿水稻,并把我國海灘地區的“海水稻”作為試驗品種。最近幾年,關于耐鹽堿水稻的研究步伐明顯加快。

      2017年,湖南雜交水稻研究中心、青島海水稻研發中心等多家科研機構及相關企業組建了國家耐鹽堿水稻區域試驗聯合體。今年3月,耐鹽堿水稻研究邁出了更為關鍵的一步:由來自湖南、廣東、山東、新疆、江蘇、海南和黑龍江7個?。ㄗ灾螀^)的11家單位組成的國家耐鹽堿水稻技術創新中心正式掛牌,湖南雜交水稻研究中心作為牽頭單位,專門抽調精干力量,成立“耐鹽堿水稻專班”。

      建立“海水稻”優異種質資源庫,篩選、創制耐鹽堿水稻新種質,選育耐鹽堿水稻組合,針對不同鹽堿區光溫條件在華南、華東、東北鹽堿區建立核心示范基地,培育的耐鹽堿水稻苗頭組合畝產300公斤以上……

      “第三代雜交水稻已經向‘海水稻’進軍了!”李新奇透露,2019年,“叁優8號”作為耐鹽堿稻畝產達到329公斤,相比耐鹽程度0.3%的標準,耐鹽程度0.6%已屬于高耐鹽度品種,而“叁優8號”耐鹽度可達到0.9%以上。“今年4月,我們在南繁基地移栽的新品種,最高耐鹽度可達2.1%。”

      而他此次前往浙江溫州“海水稻”試驗基地調研的新品種,可在2.6%的高鹽濃度環境中生長數十天。雖然受風浪等各種環境因素影響,試驗失敗了,但李新奇并沒有氣餒。

      “一個品種從選種、培育,從科學家的試驗田走入農民的生產田,需要經過諸多試驗環節,整個過程其實就是一次次選優的過程。”李新奇告訴記者,他對“億畝荒灘變良田”充滿信心,“水稻育種研究是一項需要持之以恒的工作,因為真正熱愛這個事業,我們培育每一粒種子,就像養一只寵物,充滿喜愛和期待。”

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      既要吃得飽,也要吃得好吃得健康

      創造雜交水稻更高產、更高抗、更高質、更高適的奇跡

      機械臂自動提取、高通量基因測序、標記香味基因……8月9日,記者聯系到雜交水稻全國重點實驗室檢測檢驗中心負責人柏斌時,他正在位于湖南雜交水稻研究中心的雜交水稻綜合實驗樓八層,對400份水稻秧苗葉片樣本的DNA進行測序分型,從中間篩選出含有香味基因的單株。

      據他介紹,隨著物質生活水平的不斷提高,人們不僅追求吃得飽,更追求吃得好、吃得健康。越來越多的科學家致力于探索讓水稻更高產、更優質、更綠色的良方妙計。

      他們一方面繼續追求高產,通過現代育種技術,挖掘高光效育種材料,不斷釋放品種潛力;另一方面也越來越注重稻米的品質改善,其外觀、口感、氣味,甚至是元素含量等,都成為育種資源挖掘、改良的重點。

      低鎘稻種的研發就是一例。

      據了解,因一些土壤污染,我國部分地區受到大米鎘含量超標的困擾,影響了農民種糧的積極性,也對國家糧食安全產生了一定影響。那么,有沒有這樣一種水稻,可以拒絕吸收或少吸收土壤中的鎘?

      趙炳然和團隊成員在多年之前就開始致力于這一問題的研究。2017年,他們使用基因編輯技術,研發出第一代低鎘水稻品種,即通過改造稻谷基因,定向“關掉”稻米吸收鎘污染的“開關”。雖然經過試驗種植,產量和米質都能得到有效保證,但基因編輯改造后的低鎘水稻,被國家列為轉基因管理,無法推廣種植。

      那么,能否讓稻種自然“進化”?最終,科研團隊想到用理化誘變代替基因編輯。簡單來講,就是不再人為編輯基因,而是通過物理誘變的方式,讓稻種自行“進化”,擁有拒絕吸收鎘污染的能力。

      在歷經多次失敗后,研究團隊最終在11萬份樣本中,“撈”出了兩個鎘低積累材料,并在此基礎上培育出了國內外第一個鎘低積累雜交組合“蓮兩優1號”,以及高檔優質香型鎘低積累水稻“韶香100”。

      據介紹,一個雜交水稻品種的培育要經過幾輪甚至十幾輪選育,一個好的品種穩定下來起碼需要6至10年。雜交水稻全國重點實驗室的科研人員就是在這樣一輪又一輪篩選、培育的往復循環中,不斷創造著雜交水稻更高產、更高抗、更高質、更高適的奇跡。

      良種在促進糧食增產方面具有關鍵作用,而良法、良田、良態則是良種高產質優的保障。

      “不僅要實現水稻高產,還要盡量少用農藥化肥,讓大家吃上更綠色更健康的大米。”中國工程院院士、雜交水稻全國重點實驗室主任柏連陽被稱為“雜草克星”,接連攻克了水稻田化學除草和雜草抗藥性研究兩大難關,但他有一個終極目標——研創不用除草劑的綠色除草技術。

      眼下,他的團隊正在做的一個實驗就是爭取少用、不用化學除草劑,但同時保證水稻的產量不減、甚至更高。 如今,人工智能、大數據、分子技術等先進手段,也正為現代育種技術快速升級迭代注入新的動力。“這不僅大幅縮減選種育種周期,還能提供更加精準的決策參考,為實現創新鏈和產業鏈精準對接、保持水稻種業國際競爭力、保障國家糧食安全,提供強有力的科技支撐。”吳俊說。

      在實驗室位于湖南省農業科學院的雜交水稻試驗田邊,坐落著袁隆平院士的半身銅像。他“守望”的水稻試驗田如今已經抽穗,他的“禾下乘涼夢”和“雜交水稻覆蓋全球夢”,正由后來人接續奮斗、努力實現。( 本報記者 王珍 

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