把“農(nóng)業(yè)芯片”緊緊攥在我們手中
令水稻在氮肥減少三成的情況下依然穩(wěn)產(chǎn)；給小麥裝上抗白粉病和赤霉病的“免疫盾牌”；讓鯽魚更抗病、長得更快，還可能徹底消除惱人的小刺……
這些突破，出自中國科學(xué)院A類先導(dǎo)專項(xiàng)“種子精準(zhǔn)設(shè)計(jì)與創(chuàng)造”（以下簡稱“種子專項(xiàng)”）。
“我們實(shí)現(xiàn)了全鏈條的突破，可以概括為‘三新’——新理論、新技術(shù)、新產(chǎn)品。”中國科學(xué)院院士、種子專項(xiàng)首席科學(xué)家李家洋介紹，種子專項(xiàng)始于2019年11月，由中國科學(xué)院聯(lián)合院內(nèi)外30家優(yōu)勢單位協(xié)同攻關(guān)，聚焦水稻、小麥等主要農(nóng)作物和魚等動(dòng)物，目標(biāo)是解決我國糧食安全與農(nóng)業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵問題——讓新品種增產(chǎn)10%至20%，減少化肥、農(nóng)藥等投入15%至20%，減少損失15%至20%（以下簡稱“一增二減”）。
種子是“農(nóng)業(yè)芯片”。精準(zhǔn)設(shè)計(jì)育種這盤大棋，在科技工作者手中，正下得風(fēng)生水起。
減“肥”水稻“免疫”小麥
種子，變“聰明”了
面對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中化肥過量、病蟲害頻發(fā)等現(xiàn)實(shí)挑戰(zhàn)，種子專項(xiàng)科學(xué)家的首要任務(wù)是找到問題根源，即從生命的最底層——基因中尋找答案。
“我們的目標(biāo)是讓水稻‘少吃多產(chǎn)’。”中國科學(xué)院院士、中國科學(xué)院植物研究所研究員種康向記者解釋。中國科學(xué)院遺傳與發(fā)育生物學(xué)研究所研究員儲(chǔ)成才團(tuán)隊(duì)克隆了一個(gè)名為OsTCP19的關(guān)鍵基因——用這把“基因鑰匙”，能顯著提高水稻對氮肥的利用效率。
實(shí)踐中，這意味著什么？
“‘減肥’不減產(chǎn)！”種康給出數(shù)據(jù)，“使用了該基因的水稻，在氮肥施用量減少20%至30%的情況下，產(chǎn)量能夠保持穩(wěn)定。”
“這項(xiàng)理論突破，為破解我國農(nóng)業(yè)長期面臨的化肥過量使用難題提供了一條切實(shí)可行的生物學(xué)路徑。”中國科學(xué)院院士、福建省農(nóng)業(yè)科學(xué)院研究員謝華安評價(jià)道。
小麥的白粉病和赤霉病，被稱為“沉默的殺手”，常導(dǎo)致嚴(yán)重減產(chǎn)。尋找有效的抗病基因，一直是育種界的難題。如何破題？科技工作者把目光投向我國豐富的地方品種資源。
“我們從地方品種中挖掘出一個(gè)廣譜抗白粉病且兼具麥瘟病抗性的珍貴基因Pm24。”中國科學(xué)院遺傳與發(fā)育生物學(xué)研究所研究員劉志勇告訴記者，團(tuán)隊(duì)利用Pm24基因創(chuàng)制高產(chǎn)抗病新種質(zhì)，分發(fā)給相關(guān)育種單位，為小麥主產(chǎn)區(qū)構(gòu)建前瞻病害屏障。
中國科學(xué)院遺傳與發(fā)育生物學(xué)研究所研究員韓方普團(tuán)隊(duì)則利用新型的赤霉病抗病模塊，成功培育出抗赤霉病的高產(chǎn)小麥新品種“中科166”。該品種的推廣效果非常直觀：因?yàn)榭共⌒詮?qiáng)，田間農(nóng)藥用量得以大幅下降。截至目前，“中科166”的累計(jì)推廣面積已接近150萬畝，為主糧安全織密了一道防護(hù)網(wǎng)。
基因編輯“從頭馴化”
育種，有了“導(dǎo)航”
找到了優(yōu)良基因，如何精準(zhǔn)、高效地將它們組合在一起，創(chuàng)制出理想的新品種？這需要全新的育種技術(shù)。
在現(xiàn)實(shí)育種過程中，抗病和高產(chǎn)這兩個(gè)優(yōu)良性狀往往難以兼得，“抗病不高產(chǎn)”曾被稱作育種魔咒。為此，中國科學(xué)院遺傳與發(fā)育生物學(xué)研究所研究員高彩霞團(tuán)隊(duì)自主研發(fā)了多重基因組編輯技術(shù)。利用這套精密的“分子剪刀”，該團(tuán)隊(duì)快速創(chuàng)制出既高抗白粉病又高產(chǎn)的小麥新種質(zhì)。
“這項(xiàng)技術(shù)的意義在于，它讓我們能夠直接對基因進(jìn)行精準(zhǔn)修改，而不再僅僅依賴傳統(tǒng)的雜交和運(yùn)氣。”高彩霞表示。
2024年，基于該技術(shù)培育的產(chǎn)品獲得我國首個(gè)口糧作物基因編輯生產(chǎn)應(yīng)用安全證書，標(biāo)志著這一技術(shù)從研發(fā)向產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用邁出了關(guān)鍵一步。
如果說基因編輯是對現(xiàn)有品種的改良，那么李家洋團(tuán)隊(duì)做的則是一件更富開創(chuàng)性的事——“從頭馴化”。
該團(tuán)隊(duì)選擇了一種異源四倍體野生稻，它蘊(yùn)含大量抗逆、抗病的優(yōu)異基因，但由于種粒小、易脫落、花期短，無法適應(yīng)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)。
“野生稻是巨大的抗逆抗病基因?qū)殠?，直接利用難如登天。”李家洋介紹，他們從零開始設(shè)計(jì)馴化路線，攻克了遺傳轉(zhuǎn)化、基因組注釋等一系列技術(shù)難關(guān)，在短短數(shù)年內(nèi)走完大自然數(shù)千年的馴化之路，最終成功創(chuàng)制出新型四倍體水稻新材料。
國際同行贊譽(yù)這項(xiàng)技術(shù)“啟動(dòng)了人類農(nóng)業(yè)新文明”，為全球糧食安全提供了前瞻戰(zhàn)略性技術(shù)儲(chǔ)備。
“未來，這場搶占種業(yè)科技制高點(diǎn)的勝利標(biāo)志，不僅在于我們是否擁有備份的種源，更在于我們是否構(gòu)建起自主的、引領(lǐng)性的種業(yè)科學(xué)體系與創(chuàng)新生態(tài)。”中國科學(xué)院可持續(xù)發(fā)展科技研究局局長薛強(qiáng)道出種子專項(xiàng)成果的戰(zhàn)略意義。
糧倉豐盈餐桌多元
新品種，走向餐桌
一項(xiàng)項(xiàng)技術(shù)突破，最終要落到田間地頭。
在湖南的稻田里，種植大戶對“中科發(fā)早粳”系列水稻贊不絕口：“不僅產(chǎn)量高，米質(zhì)還好，賣得上價(jià)。”
在湖北的水產(chǎn)養(yǎng)殖基地，負(fù)責(zé)人看著池塘里快速成長的“中科6號”鯽魚苗算起了賬：“長得快、病害少、省飼料，收益還增加了。”
可喜的是，種子專項(xiàng)實(shí)施6年來，已創(chuàng)制出37個(gè)符合“一增二減”目標(biāo)的先導(dǎo)型品種。
李家洋團(tuán)隊(duì)培育的“中科發(fā)”系列水稻，正是精準(zhǔn)設(shè)計(jì)育種實(shí)踐的典型代表。
在東北稻區(qū)，“中科發(fā)5號”的表現(xiàn)令人矚目：相比當(dāng)?shù)刂髟缘膬?yōu)質(zhì)品種，它可實(shí)現(xiàn)增產(chǎn)超過20%；在條件較差的鹽堿地上，畝產(chǎn)突破600公斤；此外，它不僅產(chǎn)量高，米質(zhì)也好，曾獲得全國優(yōu)質(zhì)稻食味品質(zhì)鑒評金獎(jiǎng)。
市場給出了真實(shí)反饋：2024年，“中科發(fā)5號”已躋身全國常規(guī)水稻推廣面積的前五位。
在南方雙季稻區(qū)，“中科發(fā)早粳1號”則解決了另一個(gè)痛點(diǎn)——實(shí)現(xiàn)我國雙季早粳稻品種零的突破，將優(yōu)質(zhì)新米的上市時(shí)間提前2到3個(gè)月，讓消費(fèi)者能更早吃上當(dāng)年的新粳米。
當(dāng)然，種子專項(xiàng)的成果并不局限于主糧。
針對我國大豆進(jìn)口依存度高的產(chǎn)業(yè)痛點(diǎn)，中國科學(xué)院遺傳與發(fā)育生物學(xué)研究所研究員田志喜團(tuán)隊(duì)繪制了全球領(lǐng)先的大豆圖形結(jié)構(gòu)泛基因組圖譜，并開發(fā)多維組學(xué)數(shù)據(jù)庫SoyOmics。借助這些工具輔助精準(zhǔn)設(shè)計(jì)，種子專項(xiàng)團(tuán)隊(duì)成功培育出“科豆”“東生”等10個(gè)高產(chǎn)高營養(yǎng)大豆新品種。
在水產(chǎn)領(lǐng)域，精準(zhǔn)設(shè)計(jì)育種也展現(xiàn)出巨大潛力。中國科學(xué)院院士、中國科學(xué)院水生生物研究所研究員桂建芳團(tuán)隊(duì)首次在魚類中提出“雙三倍體”概念，并建立設(shè)計(jì)育種技術(shù)體系。該團(tuán)隊(duì)培育的異育銀鯽“中科6號”候選新品種，與廣泛養(yǎng)殖的“中科3號”相比，生長速度平均提升25.0%，養(yǎng)殖存活率平均提升66.5%，飼料效率平均提升20.1%。
“經(jīng)過多年攻關(guān)，我們實(shí)現(xiàn)了從‘跟跑’‘并跑’到部分‘領(lǐng)跑’的跨越。但這只是一個(gè)開始，未來的種子將更高產(chǎn)、更營養(yǎng)、更節(jié)水、更抗災(zāi)。”李家洋說。
如此創(chuàng)新，將帶領(lǐng)中國種業(yè)走向怎樣的未來？答案，就在下一粒更加智慧的“農(nóng)業(yè)芯片”中。
原標(biāo)題：把“農(nóng)業(yè)芯片”緊緊攥在我們手中
文章來源：http://www.ce.cn/cysc/sp/info/202512/t20251223_2660133.shtml
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