中國科學家用優良基因“模塊”組裝出超級水稻

　　新華社南京11月1日電 在水稻起源之地，先進的基因組技術可能將徹底改變這種古老作物的未來。中國科學家如拼搭樂高積木般，將超高產、品質改良和抗性提升等優秀基因“模塊”“組裝”成了一種前所未見的超級水稻。

　　10月31日，在江蘇省沭陽縣青伊湖農場，名為“嘉優中科1號”的超級水稻迎來了豐收。研究團隊成員、中國科學院遺傳與發育生物研究所副研究員劉貴富正緊張地指揮著稻田的收割和測產。

　　10月31日，在江蘇省沭陽縣青伊湖農場，中科院遺傳與發育生物學研究所李家洋院士（左）、劉貴富副研究員（右）等在查看嘉優中科1號水稻生長情況。

（金立旺/新華社）

　　他希望畝產達到850公斤，比當地栽培的主要稻種產量高30%以上。在自然種植的條件下，達到這一畝產目標是巨大的挑戰。測產結果讓他喜出望外：不管是傳統手插秧，還是更節約人力的直接播種，平均畝產都達到了900公斤以上。

　　目前，“嘉優中科1號”正在各地大面積推廣。該研究課題負責人、中科院院士李家洋說，這一突破性技術育成的新稻種具有引領作用，對指導未來作物遺傳改良、保障國家糧食安全具有重大戰略意義。

　　“最關鍵”的基因

　　按當地農時，“嘉優中科1號”算一季中稻，在此地試種頗有深意：雖然這種新水稻適宜在長江中下游地區種植，但科學家特意將種植區域北移，以驗証它在水稻生長期較短的地區，其優點能否充分發揮。

　　結果令人滿意：在寒流到來之前，它已和現有稻種相繼成熟。看起來，它們株高適中，葉片挺拔，稻籽已然金黃，但莖稈還是青色，用行家的話說，這樣能“抗早衰、抗倒伏”。

　　“分子模塊設計”神奇在何處？李家洋說，在“分子模塊設計”育種技術下，培育水稻就像“設計一個工業產品”。

　　10月31日，在江蘇省沭陽縣青伊湖農場，專家和工作人員正在實收測產嘉優中科1號水稻。（金立旺/新華社）

　　劉貴富說，該方法的科學基礎是多數農作物的經濟性狀，比如高產、穩產、優質、高效等，都受到多個基因的調控，並具有“模塊化”特性。科學家通過解析這些基因表達調控機制、彼此作用的模式，可以將它們統籌“設計”在一起，讓雜交、選種過程變得有目標、可預見，育種效率獲得“革命性”的提高。

　　“最讓我高興的是，我們找到了最關鍵基因。”李家洋說，這種名為理想株型的分子模塊（IPA1-2D）可以讓株型更優質。“莖稈更粗壯，穗子大、谷粒大，這是高產最重要的性狀。”

　　“跟轉基因無關”

　　當前，一個基因（技術）就意味著一個產業。在未來的農業生物改良中，相關基因和關鍵技術的突破將帶來難以估量的經濟效益。

　　近年來，歐洲、美國、澳大利亞等國家紛紛出台國家級研究計劃，在農業生物技術領域展開競爭。

　　中國政府高度重視農業生物技術發展。“嘉優中科”系列新品種背后，就是中國科學院１３項戰略性先導科技專項（A類）之一“分子模塊設計育種創新體系”，其定位是“解決關系國家長遠發展的重大科技問題”。

　　10月31日，江蘇省沭陽縣青伊湖農場嘉優中科1號水稻示范田。

（金立旺/新華社）

　　李家洋說，“分子模塊設計”育種技術與轉基因無關。因為，它不存在基因剪輯，也沒有引入外來基因等，而是在水稻天然基因裡篩選“優質”基因，然后利用“分子模塊設計”育種技術，極大提高了育種精准度和效率。

　　劉貴富舉例說，在常規育種裡，雜交后的新稻株要等到在田裡生長后，科學家才能用肉眼“海選”出想要的性狀植株。但是現在，哪怕還是青青的小苗，隻要做一次基因檢測，就能“鎖定”想要的那一棵。

　　“此外，轉基因技術主要是針對少數單基因控制的性狀改良，難以培育針對復雜性狀改良的突破性新品種。”劉貴富說，“因此，新一代育種理論和技術體系是現代種業發展的迫切需求。”

　　育種技術“升級換代”

　　長江中下游地區自古是中國水稻的主產區之一。考古証實，這裡人們稻作的歷史可以追溯到１萬年前，水稻的馴化和傳播正起源於此地。如今，水稻的未來可能也將被中國人率先改寫。

　　李家洋說，“分子模塊設計”育種是世界作物遺傳改良領域最先進的技術，這意味著“中國科學家已在現代育種理論研究方面躋身世界前列”。

　　20年來，長江中下游主產區在高產栽培的條件下，水稻產量進入了一個緩慢增長期，存在著品質較差、抗病性弱、主栽種品種退化嚴重等問題，由此也帶來了抗生素和農藥濫用等一系列問題。

　　劉貴富從事了30多年的田間育種工作。在他看來，產量和早熟、優質、抗病虫等優良性狀之間一直存在著很大矛盾。而“分子模塊設計”育種可以精確改良缺點，聚合多個優點，是育種技術的一次“升級換代”。

　　10月31日，在江蘇省沭陽縣青伊湖農場，專家和工作人員正在實收測產嘉優中科1號水稻。（金立旺/新華社）

　　那麼，是否意味著傳統育種技術將要被替代了呢？劉貴富說，“分子模塊設計”育種技術目前還需要與傳統育種方法相結合，“比如在親本材料間雜交、后期材料表型的鑒定等環節，兩者是共通的。”

　　在試種的過程中，當地的種糧大戶發現，與當地主栽稻種相比，“嘉優中科1號”的生長周期稍有縮短或相仿，產量明顯增加，但化肥和農藥總量卻沒有增加。

　　這是最讓劉貴富高興的事：“任何育種技術要保障糧食安全和農業可持續發展，歸根到底離不開農民。隻有農民願意種、讓農民獲得很好的經濟效益，這樣的新品種才有意義。”（記者 屈婷 張泉）