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【南方日?qǐng)?bào)】雜交稻“好看不好吃”？廣東打開育種“芯”思路
走進(jìn)廣東省農(nóng)業(yè)科學(xué)院水稻研究所（下稱“水稻所”）位于廣州白云區(qū)的實(shí)驗(yàn)基地，映入記者眼簾的是兩幅不同的景象：似火秋陽(yáng)下，工作人員正在試驗(yàn)田里照看整齊的水稻；一旁的大棚中，一叢叢雜草似的植物養(yǎng)在花盆里，地上已長(zhǎng)出細(xì)細(xì)的青苔。
“雖然看著不同，但地里的和盆里的都是水稻。”水稻所首席科學(xué)家王豐笑著告訴記者，每一個(gè)花盆中都保存著不同的野生稻品種，共同組成了全國(guó)規(guī)模最大的野生稻種質(zhì)資源圃——國(guó)家種質(zhì)廣州野生稻圃。一盆盆看似不起眼的“雜草”，凝結(jié)著數(shù)代育種研究人員的心血，也收藏著糧食安全的“密碼”。
“目前，廣東在優(yōu)質(zhì)稻等領(lǐng)域的育種水平處在全國(guó)領(lǐng)先地位?！笔∞r(nóng)業(yè)農(nóng)村廳相關(guān)負(fù)責(zé)人表示。據(jù)國(guó)家水稻數(shù)據(jù)中心統(tǒng)計(jì)，全國(guó)推廣面積最大的6個(gè)秈型常規(guī)稻品種中，4個(gè)品種由廣東育成，另2個(gè)品種含有水稻所育成品種的血緣，要么是“廣東造”，要么有“廣東芯”。
如今，廣東水稻育種團(tuán)隊(duì)的目光已不再局限于“高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、抗病”三大主攻方向，他們正將千年的農(nóng)業(yè)智慧熔于一爐，向著更廣袤的土地發(fā)起新的挑戰(zhàn)。
新型雜交稻“高產(chǎn)又好吃”
“民以食為天”，水稻是我國(guó)最重要的糧食作物，也是種植歷史最悠久的作物之一。從上世紀(jì)30年代開始，經(jīng)過丁穎、黃耀祥、袁隆平、謝華安等數(shù)代科學(xué)家的努力，水稻育種在近百年時(shí)間里已陸續(xù)攻克矮化、雜交等多個(gè)技術(shù)難題。
然而，雜交稻“產(chǎn)量高，但不好吃”是其“卡脖子”問題。其中，難點(diǎn)在于水稻雜交三系配套中的不育系。如何讓不育系同時(shí)集成各項(xiàng)優(yōu)質(zhì)特性，成了王豐團(tuán)隊(duì)育種攻關(guān)的課題。
1996年，王豐開始著手研究食味佳、產(chǎn)量高的雜交水稻品種。憑借多年的種植和科研經(jīng)驗(yàn)，他帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)選定了華南廣泛應(yīng)用的保持系“博B”與米質(zhì)較好、抗稻瘟病的常規(guī)品種“浙9248”進(jìn)行雜交，通過兩年四季的選擇與鑒定，育成聚合了米質(zhì)、抗性和適應(yīng)性的優(yōu)良保持系。
雖然進(jìn)展喜人，但王豐團(tuán)隊(duì)認(rèn)為，材料的食味與粒型尚未達(dá)到設(shè)計(jì)的育種目標(biāo)。因此，團(tuán)隊(duì)再挑選食味外觀較好的優(yōu)良材料“米30”進(jìn)行復(fù)合雜交，使“米30”的優(yōu)良基因進(jìn)一步與材料聚合，再經(jīng)連續(xù)的回交與轉(zhuǎn)育，終于在2007年培育出優(yōu)質(zhì)不育系“泰豐A”。
“將帶有目標(biāo)性狀基因的不同親本通過分步雜交，逐步使所有目標(biāo)性狀基因聚合到同一個(gè)材料中去，這種方法被稱為‘分步雜交聚合’?！蓖踟S介紹。
此外，為保證新品種在不同種植區(qū)表現(xiàn)良好，可以應(yīng)對(duì)不同地區(qū)的生態(tài)條件和稻田病害，團(tuán)隊(duì)十余年來往返于廣東、江西、湖南等水稻產(chǎn)區(qū)，選擇病害嚴(yán)重的地點(diǎn)，對(duì)早期世代的育種材料進(jìn)行往返育種。這樣，“泰豐A”就對(duì)各地的病害都產(chǎn)生了良好的抗性?！斑@種方法被稱為‘穿梭育種’。”王豐解釋道。
“分步雜交聚合”和“穿梭育種”兩項(xiàng)技術(shù)的綜合使用，使培育出的“泰豐A”粒型細(xì)長(zhǎng)、整精米率高、堊白少，實(shí)現(xiàn)美觀美味的同時(shí)保持了雜交稻高產(chǎn)的優(yōu)勢(shì)，畝產(chǎn)較普通稻高10%—20%。同“泰豐A”配套組合的優(yōu)質(zhì)雜交稻，已有42個(gè)品種通過國(guó)家或省級(jí)審定，其中，15個(gè)次品種獲國(guó)家和省級(jí)優(yōu)質(zhì)稻食味鑒評(píng)金獎(jiǎng)和銀獎(jiǎng)。8月30日，王豐領(lǐng)銜的《雜交稻優(yōu)質(zhì)不育系泰豐A的創(chuàng)制與應(yīng)用》項(xiàng)目斬獲“海大杯”廣東種業(yè)科技創(chuàng)新大比武總決賽冠軍。
分子育種提供全新思路
“泰豐A”的成功，折射出水稻育種的三大主題：高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、抗病。然而，新品種的培育成功，不代表此后可以高枕無憂，客觀情況的變化，正給育種提出新的要求。
比如廣東水稻的主要病害是稻瘟病和白葉枯病，一直以來都在不斷變化，水稻的抗病能力也要隨之跟上。同時(shí)，人們的消費(fèi)理念也在變，以前廣東消費(fèi)者喜歡顆粒小、口感硬爽的“蝦仔米”，現(xiàn)在口感軟糯的五常大米也受到市場(chǎng)歡迎。
外界環(huán)境瞬息萬變，若育種專家預(yù)判不準(zhǔn)，數(shù)十年辛勞恐付諸東流。近年來分子育種的出現(xiàn)，則為提高育種效率提供了全新思路。
今年5月，“溫氏杯”廣東種業(yè)科技創(chuàng)新大比武總決賽上，由中科院院士、華南農(nóng)業(yè)大學(xué)教授劉耀光牽頭的項(xiàng)目《高效的作物生物技術(shù)精準(zhǔn)育種平臺(tái)的開發(fā)與應(yīng)用》一舉斬獲總冠軍。
劉耀光介紹，通過應(yīng)用該平臺(tái)，團(tuán)隊(duì)首創(chuàng)了富含花青素的“紫晶米”、富含角黃素與蝦青素的“赤晶米”。這意味著通過分子育種方法，大米將不止雪白晶瑩一種形態(tài)，更多全新品種有望登上消費(fèi)者的餐桌。
王豐團(tuán)隊(duì)則在“米30”等材料中錨定了決定水稻堊白率、粒型等重要性狀表現(xiàn)的關(guān)鍵基因。“未來，如果要迅速育成類似的品種，只需要編輯相關(guān)基因就可以實(shí)現(xiàn)特定性狀的表達(dá)。”王豐說。
而無論是傳統(tǒng)方式育種，還是分子育種，研發(fā)新品種的基因“材料”往往來自野生稻資源。因此，育種開始之前，專業(yè)團(tuán)隊(duì)往往需要跋山涉水，搜羅適合育種的野生稻材料，花費(fèi)時(shí)間可達(dá)數(shù)十年。隨著國(guó)家種質(zhì)廣州野生稻圃 建設(shè)的不斷完善，這一情況得到了改善。
目前，國(guó)家種質(zhì)廣州野生稻圃已擴(kuò)建至6.3畝，設(shè)置普通野生稻、藥用野生稻、疣粒野生稻及外引野生稻四個(gè)保存區(qū)，保存材料超過7000份?！氨热?，在藥用野生稻區(qū)保存的材料中，我們已經(jīng)發(fā)現(xiàn)抗稻瘟病和白葉枯病的關(guān)鍵基因。未來，如果病害再發(fā)生變異，我們可以及時(shí)利用這些基因，加速育種研發(fā)進(jìn)程?！蓖踟S說。
此外，在種質(zhì)資源恢復(fù)方面，國(guó)家種質(zhì)廣州野生稻圃也逐漸發(fā)揮出相應(yīng)的作用。王豐回憶，團(tuán)隊(duì)在調(diào)研中曾發(fā)現(xiàn)，一些重要的野生稻自然保護(hù)區(qū)出現(xiàn)了退化的情況。近年來，通過培養(yǎng)移植野生稻圃中保存的種質(zhì)資源，這些保護(hù)區(qū)已經(jīng)逐漸恢復(fù)了往日的樣貌。水稻所相關(guān)負(fù)責(zé)人介紹，“除此之外，保存的種質(zhì)資源在未來還有更多應(yīng)用場(chǎng)景等待發(fā)掘?！彼舅嚓P(guān)負(fù)責(zé)人說。
鹽堿灘涂地有望變良田
不久前，當(dāng)記者來到江門臺(tái)山市海宴鎮(zhèn)的華僑農(nóng)場(chǎng)時(shí)，一片片新綠正覆蓋著往日的荒蕪。3年前，廣東海洋大學(xué)教授陳日勝團(tuán)隊(duì)帶來了“海水稻”種子，在這片沿海灘涂上墾造水田，并開展海水稻的選育、試驗(yàn)與示范等工作。如今，基地內(nèi)海水稻種植面積已達(dá)4000畝。
??????? 耐鹽堿的“海水稻”研發(fā)，是近年來水稻育種的熱門方向。
海水稻是耐鹽堿水稻的別稱，在鹽堿地、鹽漬地、灘涂上都具有較強(qiáng)的適應(yīng)性，在鹽分濃度為3‰以上的土壤里仍可正常生長(zhǎng)。“普通水稻在鹽度1‰以上的環(huán)境下便難以種植。”陳日勝的助手介紹說。
廣東省灘涂鹽堿地面積達(dá)500萬畝，粵西等地的農(nóng)民種植“長(zhǎng)毛谷”等耐鹽堿水稻的歷史已逾百年，這為廣東海水稻的研發(fā)提供了得天獨(dú)厚的種質(zhì)資源優(yōu)勢(shì)。如果能將這些灘涂鹽堿地通過種植海水稻的方式高效利用起來，不僅能化灘涂為良田、修復(fù)耕地，還能促進(jìn)糧食增產(chǎn)、農(nóng)民增收。
得益于此，廣東耐鹽堿水稻的研究歷經(jīng)近40年，除了陳日勝培育的“海稻86”，還推出了“海割”“海紅稻”“廣紅”等多個(gè)農(nóng)家品種。目前，海水稻已可耐受鹽度7‰的環(huán)境，而陳日勝團(tuán)隊(duì)正在培育可以在鹽度12‰的環(huán)境下種植的海水稻。珠江入海口灘涂的河水鹽度通常在10‰之內(nèi)，海水稻種植前景看好。
此外，隨著培育出的品種的增多，海水稻也在黑龍江、內(nèi)蒙古、山東、浙江等13個(gè)省份進(jìn)行了種植推廣。每到一地，陳日勝都會(huì)針對(duì)當(dāng)?shù)氐牡乩須夂驐l件進(jìn)行進(jìn)一步的選育。“在東北我們做了抗堿方向的培育。山西、內(nèi)蒙古水資源比較匱乏，我們?cè)谧龊档镜呐嘤??！标惾談僬f。
石油城市大慶對(duì)開發(fā)鹽堿地有補(bǔ)貼，但因沒有收成，農(nóng)民的種植意愿很低。勝君農(nóng)業(yè)科技有限公司承包并改造了4500畝鹽堿地，與陳日勝團(tuán)隊(duì)合作種植海水稻已有三年。該公司總經(jīng)理曲君業(yè)稱，在土地狀況好的鹽堿地上，海水稻的收成今年預(yù)計(jì)可達(dá)到畝產(chǎn)1300斤。“產(chǎn)量有了，土地也改良了，咱老百姓認(rèn)可，就會(huì)愿意種?！?/p>
智庫(kù)觀察：
“研發(fā)進(jìn)度”需提前儲(chǔ)備
果樹、生豬、作物……在深調(diào)研走訪中，記者發(fā)現(xiàn)，無論什么類型，農(nóng)產(chǎn)品的育種過程總與漫長(zhǎng)的時(shí)間相伴。從丁穎、黃耀祥開啟中國(guó)水稻育種的序幕，到如今高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)雜交稻的誕生，前后過去已近100年。
水稻一年兩熟，果樹十年掛果，自然規(guī)律無法因人力大幅度改變，這是種業(yè)發(fā)展無法回避的命題。培養(yǎng)水稻“高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、抗病”的綜合性狀，要一代而成幾乎不可能。水稻病蟲害情況多變，需針對(duì)不同地域、不同情況改良不同品種；人民群眾對(duì)美好生活的追求，也對(duì)水稻的香型、口感提出了更多要求；更遑論對(duì)產(chǎn)量的追求，科研人員正在沖擊一個(gè)又一個(gè)高峰。
這意味著糧食“芯片”的研發(fā)須臾不可放松?？v觀世界歷史，農(nóng)產(chǎn)品病蟲害發(fā)生時(shí)，“亡羊補(bǔ)牢”式的搶救往往收效甚微。19世紀(jì)末，葡萄根瘤蚜蟲病席卷歐洲，幾乎摧毀當(dāng)?shù)鼐d延千年的葡萄酒產(chǎn)業(yè)；上世紀(jì)中葉，香蕉巴拿馬病導(dǎo)致主流香蕉品種“大麥克”滅絕，全球果農(nóng)遭到沉重打擊。
歷史教訓(xùn)告訴我們，農(nóng)作物病害一旦大規(guī)模爆發(fā)，就要盡快推出抗病的新品種。因此，對(duì)于糧食作物而言，除了提供資金、技術(shù)、人才支持，提前儲(chǔ)備“研發(fā)進(jìn)度”非常重要。
多位專家表示，除了市場(chǎng)主流的栽培耕種品種，一些針對(duì)特別病害的研究方向亦應(yīng)推進(jìn)至待完成階段。這樣，若突然發(fā)生大規(guī)模病害，抗病新品種研發(fā)可迅速完成，及時(shí)“補(bǔ)位”，有效避免長(zhǎng)時(shí)間、大規(guī)模的減產(chǎn)歉收，為國(guó)家糧食安全提供保障。
