零的突破！中國科學(xué)家選育成功雙季早粳稻

中新網(wǎng)北京7月19日電 (記者 孫自法)“中科發(fā)早粳1號(hào)”系列雙季早粳稻新品種選育成功現(xiàn)場會(huì)，7月19日在其示范種植地江西省上高縣舉行，當(dāng)?shù)?00畝示范片的稻田里金色稻浪翻滾，豐收在即，這一新品種也實(shí)現(xiàn)了中國雙季早粳稻“零的突破”。

“中國有14億人口，要吃飽、吃好飯，是個(gè)大事。”利用分子精準(zhǔn)設(shè)計(jì)育種技術(shù)、領(lǐng)導(dǎo)科研團(tuán)隊(duì)成功實(shí)現(xiàn)這一“零的突破”的中國科學(xué)院遺傳與發(fā)育生物學(xué)研究所李家洋院士強(qiáng)調(diào)說。

持續(xù)數(shù)十年的夢想

中國是世界上水稻產(chǎn)量第一大國。然而，一直以來，雙季早粳品種在中國水稻生產(chǎn)中是一個(gè)空白。

李家洋院士團(tuán)隊(duì)介紹，中國雙季早稻生產(chǎn)共有13個(gè)省，全部分布在南方低緯度地區(qū)，其中湖南、廣西、江西、廣東等4省區(qū)播種面積占全國的75%以上。根據(jù)2020年國家統(tǒng)計(jì)局公布的全國早稻生產(chǎn)數(shù)據(jù)，全國早稻播種面積4751千公頃(7126萬畝)，全國早稻總產(chǎn)量2729萬噸(546億斤)，全國早稻單產(chǎn)5745.0公斤/公頃(383.0公斤/畝)。

然而，中國所有的雙季早稻品種均為秈稻，目前國家設(shè)立的雙季早稻品種審定組只有早秈組。早秈稻是在3月中下旬播種、7月中下旬收獲(生長期100-120天)的南方秈稻品種。早秈稻品種尤其是長江中下游的品種由于其整體品質(zhì)較差，大部分作為儲(chǔ)備糧或工業(yè)用糧使用。

同早秈稻相比，生長在高緯度地區(qū)的粳稻品種具有抗逆性強(qiáng)、株型優(yōu)、米質(zhì)優(yōu)、食味佳等明顯優(yōu)點(diǎn)。

加速培育優(yōu)良雙季早粳品種及其推廣應(yīng)用，可以極大的提高早稻米的品質(zhì)和商業(yè)價(jià)值，不僅為農(nóng)民增加經(jīng)濟(jì)效益，同時(shí)可將中國優(yōu)質(zhì)新米的上架期提前2-3個(gè)月。

不過，盡管育種家已經(jīng)嘗試了幾十年，此前卻一直未能培育出在實(shí)際生產(chǎn)中使用的雙季早粳稻新品種。

為主糧供應(yīng)“端上第一碗飯”

李家洋院士團(tuán)隊(duì)最新選育成功的“中科發(fā)早粳1號(hào)”，實(shí)現(xiàn)中國雙季早粳品種“零的突破”，并大大提升早稻米品質(zhì)。

該雙季早粳新品種屬于早稻中遲熟類型品種。2020年在江西高安縣和浙江永康市的早稻品比(品種比較試驗(yàn))及多點(diǎn)試驗(yàn)中，平均株高90厘米左右，平均每穗總粒數(shù)超110粒左右，結(jié)實(shí)率可達(dá)85%以上，千粒重26克左右，平均畝產(chǎn)在500公斤以上。

不僅如此，新品種抗逆性強(qiáng)，尤其苗期耐寒、后期抗穗發(fā)芽方面尤為突出，米外觀品質(zhì)優(yōu)良，主要米質(zhì)指標(biāo)達(dá)到優(yōu)質(zhì)二級(jí)米標(biāo)準(zhǔn)，食味佳。

“將雙季早秈稻品種改為雙季早粳稻品種，可以將優(yōu)質(zhì)新米提前兩至三個(gè)月上市，為中國主糧供應(yīng)端上第一碗飯。”李家洋說。

“中科發(fā)早粳1號(hào)”新種質(zhì)為中國優(yōu)質(zhì)稻改良示范出新的方向，具有重要科學(xué)意義和應(yīng)用價(jià)值。新種質(zhì)誕生的背后，蘊(yùn)含著強(qiáng)大的技術(shù)支撐——分子精準(zhǔn)設(shè)計(jì)育種。

李家洋團(tuán)隊(duì)長期從事高等植物生長發(fā)育與代謝調(diào)控的機(jī)理研究，并率先提出“分子設(shè)計(jì)育種”的理念，大幅提升水稻品種培育效率。

針對(duì)長江中下游地區(qū)早稻生產(chǎn)中所遇到的問題，該團(tuán)隊(duì)此次以優(yōu)異稻米品質(zhì)基因?yàn)橹骶€，結(jié)合高產(chǎn)及理想株型基因等，運(yùn)用分子精準(zhǔn)設(shè)計(jì)育種的理念和技術(shù)，選擇最佳親本通過雜交選擇，最終育成具有優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)、抗寒和抗穗發(fā)芽的全新“中科發(fā)”雙季早粳新品種。

“定制”一棵理想水稻

李家洋科普介紹說，“分子精準(zhǔn)設(shè)計(jì)”就像組裝一臺(tái)電腦，“想要什么樣的水稻，把相關(guān)的水稻基因組合在一起，就可以培育出滿足需要的種子”。

與常規(guī)育種技術(shù)相比，“分子精準(zhǔn)設(shè)計(jì)”育種不僅克服了育種周期長、偶然性大和育種效率低下等缺點(diǎn)，還可以對(duì)當(dāng)前品種的缺點(diǎn)進(jìn)行精確改良，實(shí)現(xiàn)多個(gè)優(yōu)良性狀的聚合。目前，李家洋團(tuán)隊(duì)先后訂制多個(gè)具備高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、高效、高抗等諸多優(yōu)良性狀的“理想水稻”。

他們創(chuàng)建的北方稻區(qū)的“中科發(fā)”系列水稻新品種和南方稻區(qū)的“嘉優(yōu)中科”系列水稻新品種，均實(shí)現(xiàn)高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)多抗水稻的高效培育。截至目前，2018年通過國審的“中科發(fā)5號(hào)”等系列品種在黑龍江、吉林、遼寧等省區(qū)推廣面積達(dá)200萬畝以上；2017年成功實(shí)現(xiàn)萬畝示范的優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)水稻品種“嘉優(yōu)中科”系列推廣面積已逾100萬畝。

李家洋團(tuán)隊(duì)的“水稻高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)性狀形成的分子機(jī)理及品種設(shè)計(jì)”研究成果分別于2017年獲國家自然科學(xué)獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)和2018年未來科學(xué)大獎(jiǎng)。這些從科學(xué)理論到生產(chǎn)實(shí)踐的成功范例，將會(huì)極大推動(dòng)作物傳統(tǒng)育種向高效、精準(zhǔn)、定向的分子設(shè)計(jì)育種轉(zhuǎn)變。

“精準(zhǔn)設(shè)計(jì)”水稻不僅有助于保障國家的糧食安全，還有助滿足“眾口難調(diào)”的個(gè)性化需求。中國地域遼闊，生態(tài)環(huán)境和消費(fèi)喜好差異大，所需水稻品種也各不相同。目前，李家洋和團(tuán)隊(duì)正在嘗試“定制”針對(duì)特殊人群的稻米，如針對(duì)糖尿病人的低淀粉，以培育出滿足個(gè)性化需求的水稻。

李家洋院士表示，中國的水稻育種研究目前在國際上處于第一方陣，但挑戰(zhàn)猶存仍然需要升級(jí)與完善。同時(shí)，由于中國目前尚未對(duì)基因編輯育種建立相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)農(nóng)作物的精準(zhǔn)設(shè)計(jì)仍然只是處于第一階段而無法實(shí)現(xiàn)其在生產(chǎn)上的應(yīng)用。