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發布日期：2024-07-29 18:16
來源：學習時報
胡培松，中國工程院院士，現任中國水稻研究所所長，水稻遺傳育種與品質改良專家。從1991年起，胡培松守望稻田三十余載，堅持秈稻品質遺傳改良的不斷創新。他挖掘創制了稻米品質改良的重要骨干材料，并應用于育種實踐；創建了水稻品質育種高效技術體系，育種效率提高4到5倍；育成水稻優質專用品種60多個，累計推廣種植1.7億畝以上，創造了巨大的社會經濟效益。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”。我國水稻總產量更是連續十多年保持在兩千億公斤以上。量的問題解決之后，培育高產優質水稻成為未來水稻育種的主攻方向。什么樣的水稻才算優質水稻？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。現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定發展。我國人口從宋朝的6000萬發展到清朝末年的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，但水稻的總產量占整個糧食產量的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，最有名的當數黑龍江五常大米。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等，而秈稻在我國的主產區則在秦嶺—淮河以南地區和華南地區。資料顯示，日本在20世紀60年代提出超級稻育種概念，要將產量提高到新的水平，后來由于種質資源的局限沒有能夠實現，從而轉向優良食味品質改良，創制出了越光等優良食味品質水稻品種。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業化方面，國外發展也非常迅速。日本針對特定疾病人群，開發了低谷蛋白米、花粉癥減敏稻米、糖尿病改善米、礦物質強化米、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、抗白葉枯病等優良性狀外，其血糖生成指數僅為50.99，而普通精白米飯的升糖指數是83。那么，中國優質稻的代表是什么？五常稻花香是中國優質稻的代表。大家都知道北方的稻花香，它的品種名叫五優稻4號。這種稻花香種植區域非常窄，就在五常和吉林北部很小的區域，能夠生產出這么好的品質，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，經過幾次稻米的品嘗以后發現，口感跟北方的稻花香沒什么區別，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。種子是農業的“芯片”，而種質資源是培育好種子的第一步。經過長期堅持不懈的努力和探索，我國作物種質資源研究取得多方面重要成就。截至2022年底，我國收集保存農作物種質資源總量突破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勢。我們創建了以骨干親本遺傳構成為標尺的精準鑒定新技術，打通種質資源與育種密切協作與有效利用的“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的品種，科技工作者從國家種質庫引種，對京租稻進行統一提純和產品復壯、恢復種植，加快了品種的科研保護力度。如今，京租稻米種植已經成為當地的一個重要產業。那么，如何挖掘我國豐富的水稻種質資源、發現高產優質的水稻基因？又該如何突破前沿育種關鍵技術、打贏種業翻身仗？智能設計育種是水稻育種的發展方向。育種，從某種意義上來說，是把來自不同背景的優良等位基因聚合起來。然而，育種又是一門復雜的藝術，不是基因的簡單組合和堆疊。伴隨著大規模基因組測序技術的發展，越來越多的作物全基因組密碼被破解，在海量的基因組數據面前，怎樣的基因組合才能產出最優的作物品種？如何不用大規模田間試驗，就能預測和推演這些基因聚合后，作物的生產表現？依托生物技術、人工智能、大數據的智能設計育種應運而生。作物智能設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設計最佳育種方案。與傳統的高投入、大規模的田間試驗相比，智能設計育種可在計算機中對基因組序列進行虛擬誘變，并利用模型預測變異的后果，從而挑選符合我們預期目標的變異序列進行實驗驗證，實現低成本、高效率的定向設計育種。基因編輯技術是水稻育種的重點攻關技術。盡管20年來，我們在水稻功能基因組的研究方面，基本處于國際領先水平，我們發現了一系列高產、抗病的基因，但是還沒有發現一個革命性的基因。大家都在反問，我們有那么強大的、傳統的育種隊伍，我們有那么強大的、前沿的研究能力，為什么我們水稻研發沒有顛覆性的突破？實際上是值得我們去深思的，問題究竟出在哪里，我想核心的問題，還是我們的技術。現在整個生物界都在關注基因編輯技術。但過去的很長一段時間內，我們的基因編輯技術受制于人，CRISPR基因編輯技術三大創新源頭均在美國。為此，國家高度重視基因編輯技術研發。這兩年，我國自主研發的基因編輯技術正在迎頭趕上，2023年有科研團隊運用AI輔助的大規模蛋白結構預測和基于三維結構的蛋白質多重比對聚類分析，鑒定到完全區別于已知脫氨工具酶的全新底盤元件，并成功開發了一系列具有我國自主知識產權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產業競爭中處于有利地位。挖掘我國豐富的種質資源，是培育優質稻的關鍵。現在一談到育種，大家都會談到基因資源的問題。資源不是說越多越好，把現有的資源搞清楚是關鍵。我一直強調的是，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容。現在大家都在談種業振興。農業現代化，種子是基礎。目前水稻品種同質化比較嚴重，所謂同質化，就是遺傳背景都差不多，長相也差不多、表型也差不多、產量也差不多、品質也差不多，沒有顛覆性的東西。這些同質化的品種，企業很難賺錢。在2020年，我和我的老師萬建民院士不斷地呼吁，當時我們就簽了一個實質性派生品種（EDV）制度。什么是實質性派生品種？以前，在傳統育種技術背景下，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，隨著生物技術在育種領域的應用，能夠定向改變或者優化現有植物品種的某些特性，在較短時間內將現有品種改造成一個新品種，這個新品種就被稱為“實質性派生品種”，因為具有一定的特異性，它符合植物新品種的授權條件。但從基因或基因型組合來看，實質性派生品種與被改造的母體相比，只有細微的差異。實質性派生品種的出現，與育種技術的快速發展有密切關系。如果不加約束，這種“模仿育種”“克隆育種”，會將傳統育種者經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“實質性派生品種”制度，全面強化了品種權的保護力度，大幅升級了針對種業創新的相關知識產權保護，為我國推進生物育種戰略保駕護航。實質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新成果，形成公平、誠信、有序的種業經營環境，這是我國“打好種業翻身仗”，解決種源“卡脖子”問題的有效保障，也是吸引國外優秀種質資源和種業創新要素的有效保障。近年來，國際局勢風云變幻，糧食危機的陰云更是時隱時現。2023年7月6日，聯合國糧農組織與經合組織共同發布的《經合組織—糧農組織2023—2032年農業展望報告》指出，預計未來十年全球農業和糧食產量將繼續增長，但由于人口趨勢影響，增長速度將低于前十年。當前，不利的氣候趨勢、動植物疫病及主要農業投入品價格波動加劇等因素，正在增加農業和糧食生產的不確定性。該《報告》預計，全球種植業、畜牧業和漁業產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，居安思危的戰略決策，讓我們與全球三次糧食危機擦肩而過，未來，我們如何進一步提高我國主糧的抗風險能力，牢牢把握糧食安全的主動權？糧食安全事關國家安全。近半個世紀以來全球發生了三次糧食危機。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，當時蘇聯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？這個是和能源有關系，2007年美國當時提出用玉米生產乙醇。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國，大概占國際糧食貿易的比例將近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，我國沒有出現糧食問題。黨的十八大以來，以習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。我國糧食安全新戰略發軔于2013年，這一年的中央農村工作會議是一次高規格布局糧食安全的重要會議，中央政治局常委全體出席，習近平總書記首次對新時期糧食安全戰略進行了系統闡述。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、藏糧于技戰略，提高糧食產能，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。習近平總書記對糧食安全問題發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提供了根本遵循和行動指南。種業的發展，種業的振興，還需要一批有情懷的科學家和一批有情懷的企業家真正聯起手來，才能確保我國的糧食安全。
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