粮种背后的科技攻关

仙仙

“自‘十三五’以来，我国农业科技持续发展，农作物良种覆盖率在96%以上，自主选育品种面积占比超过95%。水稻、小麦两大口粮作物品种已实现完全自给，良种对粮食增产贡献率已超过45%。作物单产显著提升，粮食总产连续5年超过6.5亿吨，口粮实现绝对安全。”在近日举行的中国农业科学院（以下简称中国农科院）“科技创新引领粮食产业高质量发展”新闻发布会上，中国农科院副院长、中国工程院院士万建民介绍。


粮食安全是国家战略。种子是农业的“芯片”，种源安全直接关系粮食安全。会上，主粮作物领域方面的育种专家详细解析了粮食安全背后的科技支撑。


提升主粮作物育种自主创新能力


基础研究是整个科学体系的源头。万建民介绍，我国在小麦、水稻、玉米、大豆、杂粮等粮食作物基因组解析、新基因克隆以及育种关键技术研发等方面取得了重大进展，为粮食作物遗传改良与精准设计育种提供了理论基础与技术支撑。


主粮作物基础理论研究成果丰硕。在基因组解析方面，构建全球首个亚洲栽培稻3010份核心种质的泛基因组，发现1.2万个水稻新基因，为分子设计育种提供了丰富的基因资源；完成了145份不同时期小麦代表性品种重测序，构建了高密度的基因组变异图谱，揭示小麦重大品种基因组演变规律；完成了350份玉米育种材料的全基因组重测序，阐明现代玉米育种过程全基因组选择与遗传改良规律。


干旱、盐碱、病虫害等逆境胁迫是导致我国粮食减产和品质下降的主要原因。针对育种和生产主要目标性状，中国农科院在水稻、小麦等粮食作物中发掘出一批有重要功能的基因，为培养抗逆新品种奠定了基础。


在育种领域，我国已突破了一批育种关键技术。在小麦上，历时30年创立了小麦远缘杂交新技术体系，破解了小麦与冰草属间杂交国际难题，创制了高穗粒数、广谱抗病性等新材料392份；在水稻上，首次建立了可固定杂种优势的水稻无融合生殖体系，成功获得杂交水稻的克隆种子，实现了杂交水稻无融合生殖“从0到1”的突破。


在此基础上，“十三五”期间，中国农科院在小麦、水稻、玉米、大豆、杂粮的优质、抗逆、宜机收等新品种选育方面取得突破。


小麦方面，中国农科院作物科学研究所（以下简称作科所）副所长刘录祥介绍，中麦895灌浆速率和耐热性居黄淮麦区南片首位，面条品质达到国家优质标准，2020年推广面积为全国第三位；鲁原502产量潜力高、适应性广、抗倒伏能力强、品质优良，2019年成为我国三大主推小麦品种之一；中麦175是我国第一个同时通过国家水地和旱肥地两个区域审定的水旱兼用型品种，实现了我国冬小麦育种的新突破，是北部冬麦区推广面积最大的品种。


作科所所长钱前介绍，除丰产性、抗病性、优质性、广适性等特性，水稻育种更追求口感与营养。华浙优261是香型优质高产高效广适性新品。嘉禾优7245粳型三系杂交水稻品种，不仅味道软糯弹香滑，而且具有产量高、抗稻瘟、抗飞虱等优点。


国家玉米产业技术体系首席科学家李新海说，中国农科院育成的中单123、中单685、中玉303、中单111等高产、抗逆、宜机收新品种，推动育种目标从高产向早熟优质抗倒宜机收方向转变。


国家谷子高粱产业技术体系首席科学家刁现民介绍，谷子方面，目前已培育出中谷1、中谷2、中谷7等优质品种和中杂谷16等优质杂交种。其中，中谷2米质显著优于传统的优质品种，已经成为山东“龙山小米”、新疆“疏勒小米”等多个品牌小米的主开发品种。


种质资源：种业创新的重要保障


“如果说种子是农业的‘芯片’，那么种质资源则是‘芯片’的核心。”钱前将作物种质资源库比作育种的“弹药库”，它是种业创新的物质基础，是农业发展的战略资源。


万建民介绍，我国目前建成了由1座长期库、1座复份库、10座中期库、43个种质圃、205个原生境保护点以及种质资源信息中心组成的国家作物种质资源保护体系，保存资源总量突破52万份，位居世界第二。


目前，第三次全国农作物种质资源普查与收集行动已全面启动，共收集各类作物种质资源5.4万份，其中96％以上为新收集资源，抢救性收集了耐水淹玉米等一大批珍贵资源。


在对收集、保存的种质资源进行基本农艺性状全面鉴定的基础上，中国农科院组织开展了对水稻、小麦、玉米、大豆等主要农作物3万余份种质的精准鉴定，进一步强化了种质资源有效支撑产业发展的物质基础。


通过远缘杂交等途径，创制了一批关键性状突出、遗传基础明确、育种家想用、育种中好用的自主知识产权核心育种材料。其中，首次攻克利用冰草属优异基因改良小麦的国际难题，创制了一批多粒、广谱抗病性和产量三因素可同步提高的育种新材料。新材料被全国各麦区主要育种单位利用，并培育出一批新品种。


粮食产业如何打好“翻身仗”


2020年，中央经济工作会议把种子和耕地问题列为经济工作八大重点之一；中央农村工作会议提出要坚决打好种业“翻身仗”。对此，万建民指出，“十四五”期间，中国农科院将在种质资源、基础研究、核心技术、重大产品等方面重点开展以下工作：


加强种质资源保护和利用。加快建成现代化、自动化、智能化的新国家作物种质库，以小麦、水稻、玉米、大豆等主要农作物为对象，重点建设高通量、规模化表型及基因型鉴定平台，发掘携带优异基因资源种质材料。


加强生物育种基础研究。重点突破优异种质形成与演化规律、重要性状协同调控机理、代谢调控网络与合成机制，构筑农作物精准设计育种的遗传理论体系。


开展种源“卡脖子”技术攻关。重点研发不依赖受体基因型的高效遗传转化体系、新一代杂种优势利用技术、新型精准高效基因组编辑技术等育种关键技术。


加强作物重大新品种培育。重点培育优质绿色超级稻、优质功能水稻、优质节水小麦、抗赤霉病小麦、耐旱宜机收玉米、抗虫耐除草剂玉米、优质蛋白玉米、高产高蛋白大豆等重大新品种。


加快推进科技条件平台建设和布局。加大对国家作物种质库、农作物基因资源与基因改良国家重大科学工程、作物分子育种国家工程实验室等科研平台的支持力度。推进国家种业创新实验室、南繁研究院国家作物表型研究设施等国家级重大科技创新平台建设。


加大对自主知识产权生物育种核心技术和产品的研发，加强对生物育种相关技术的科普宣传力度，助推我国生物育种产业快速发展。（中国科学报记者李晨）