“分子(zi)(zi)育(yu)種技術，相當(dang)于一個(ge)(ge)導(dao)航系統(tong)，擺脫了以往“瞎子(zi)(zi)摸象”的科研方式。”“原(yuan)來(lai)沒(mei)有這個(ge)(ge)導(dao)航系統(tong)的時候，就是(shi)走一條(tiao)路，現在路多了，也知道哪一條(tiao)是(shi)最佳的了”
“把滿(man)足這(zhe)些(xie)需求的基因放到一起，最短的時間就得到一個‘優異性狀混合(he)體’”“獲得的材料不穩定，再次(ci)種植生(sheng)產現狀可(ke)能會發生(sheng)變化(hua)，這(zhe)是嚴(yan)重(zhong)的地域限制”
育種技術的不斷更新，承載著無數科學家的智慧，端上餐桌的稻米中隱藏著哪些新科技？今天中國科(ke)學院(yuan)院(yuan)士李家洋、種(zhong)康，帶我們一齊(qi)透視新科(ke)技！
“定制育種”成果頻出
水稻是人類重要的(de)主糧，幾十(shi)年來(lai)，我國科研人員攻堅克難，采用(yong)不同(tong)的(de)育種(zhong)(zhong)方式，不僅極大的(de)提高(gao)了水稻的(de)畝產量，也培育出(chu)許多新(xin)品種(zhong)(zhong)水稻。
如今，隨(sui)著生活水平的提高，糖(tang)尿病(bing)已(yi)成為危害人(ren)類(lei)健康的三大(da)(da)殺手(shou)之一(yi)。而富含淀粉的大(da)(da)米(mi)(mi)卻是糖(tang)尿病(bing)患(huan)者餐飲中的大(da)(da)忌，為了讓這些特殊人(ren)群吃上可口的米(mi)(mi)飯(fan)，近年來，李家洋院士(shi)和他的團隊采用基因(yin)設計(ji)育種，培育出了適合糖(tang)尿病(bing)患(huan)者吃的水稻新品種。
這(zhe)項科研成果的誕生，是水稻“定制(zhi)育種”的成功范例(li)。
李(li)家洋介紹，人類(lei)現(xian)在所(suo)吃的(de)食物(wu)，包括(kuo)動物(wu)類(lei)、植(zhi)物(wu)類(lei)的(de)，實(shi)際上都是(shi)從野生(sheng)的(de)培(pei)(pei)育(yu)選擇(ze)而來。現(xian)在我們(men)種植(zhi)或者飼養的(de)這個過(guo)程就是(shi)馴化和育(yu)種，馴化實(shi)際上是(shi)人類(lei)早期的(de)發(fa)展過(guo)程中，對野生(sheng)的(de)動植(zhi)物(wu)進行選擇(ze)、培(pei)(pei)育(yu)。
最(zui)早的水(shui)稻(dao)是什么(me)樣的？李家(jia)洋表示，野生稻(dao)在(zai)馴化過程當中(zhong)，跟(gen)今天看到的水(shui)稻(dao)差別非常大(da)。味(wei)道不(bu)像現在(zai)的稻(dao)米這(zhe)么(me)好(hao)吃(chi)，產(chan)量(liang)也(ye)沒有(you)這(zhe)么(me)高，比(bi)如說，它(ta)落粒性強，不(bu)符合(he)現在(zai)的高產(chan)種植(zhi)的條件，更不(bu)能適應機械化。但是它(ta)的產(chan)量(liang)，在(zai)當時(shi)比(bi)較高，淀粉(fen)含量(liang)和經濟(ji)價值(zhi)也(ye)比(bi)較高，而且相對穩定(ding)，容(rong)易種植(zhi)。
水稻(dao)(dao)祖先都是栽(zai)培(pei)稻(dao)(dao)，一個(ge)是亞(ya)洲(zhou)栽(zai)培(pei)稻(dao)(dao)，一個(ge)是非洲(zhou)栽(zai)培(pei)稻(dao)(dao)。目前，全世界栽(zai)培(pei)水稻(dao)(dao)絕大部分都是亞(ya)洲(zhou)栽(zai)培(pei)。稻(dao)(dao)米經過馴化(hua)之后，給(gei)人類(lei)帶來的改變是什么(me)？
“首先，在這(zhe)個過程當中，它為人(ren)類的(de)(de)發(fa)展提供了一個穩(wen)定(ding)的(de)(de)生(sheng)(sheng)物能(neng)源。這(zhe)是很重要的(de)(de)能(neng)量來源。另外(wai)，我(wo)們(men)的(de)(de)生(sheng)(sheng)活方式發(fa)生(sheng)(sheng)了變化(hua)。早期的(de)(de)原始人(ren)靠狩(shou)獵為主，獲得食物不是那么穩(wen)定(ding)，但是作物馴化(hua)出來以(yi)后(hou)，這(zhe)個生(sheng)(sheng)產方式就發(fa)生(sheng)(sheng)了變化(hua)，人(ren)們(men)可(ke)以(yi)定(ding)期種(zhong)植(zhi)、定(ding)時收割(ge)，還能(neng)儲備起來。”李家洋(yang)說(shuo)。
人(ren)類種植水稻是(shi)(shi)一個自然發育的過(guo)程(cheng)，它的局限性體現在哪些方面？李家洋指出，獲(huo)得的材料(liao)不(bu)穩定，再次種植生(sheng)產現狀(zhuang)可能會(hui)發生(sheng)變化，這是(shi)(shi)嚴重(zhong)的地域限制。
隨著科學(xue)技術發(fa)展起(qi)來(lai)，科學(xue)家們慢慢打破(po)了這(zhe)個過程。
人工育種局限明顯
大約6000年前(qian)，水稻結束了野(ye)生(sheng)馴(xun)化時代(dai)，逐(zhu)步進(jin)入人工(gong)育(yu)種時代(dai)。
人工(gong)育種，主要(yao)分為兩(liang)個階(jie)段(duan)(duan)。第一(yi)個階(jie)段(duan)(duan)，就是(shi)(shi)(shi)(shi)靠(kao)自然辨認(ren)、人工(gong)選(xuan)(xuan)(xuan)擇(ze)為主，水稻(dao)穗子大、長得好、長得壯(zhuang)，就把它留(liu)下來(lai)種植，這個選(xuan)(xuan)(xuan)擇(ze)的基礎是(shi)(shi)(shi)(shi)自然變(bian)異，偶爾產生(sheng)的一(yi)點點變(bian)化就是(shi)(shi)(shi)(shi)突(tu)變(bian)，但是(shi)(shi)(shi)(shi)基因突(tu)變(bian)過程非常漫長。第二個階(jie)段(duan)(duan)，主要(yao)靠(kao)人為增加(jia)遺(yi)傳(chuan)變(bian)異進行組(zu)合、篩(shai)選(xuan)(xuan)(xuan)，遺(yi)傳(chuan)學進入之后，就能產生(sheng)更多(duo)的變(bian)異和(he)選(xuan)(xuan)(xuan)擇(ze)。
水稻方面，人工育種技術已經慢慢走向成熟，然后在玉米、高粱、蔬菜(cai)等作物(wu)上應用。
然而，水稻屬于自花授粉、雌雄同體作物，水稻的每朵花里面都有雄蕊和雌蕊，很難實現異交授粉，要培育出具有雜交優勢的水稻，就需要母本植株的雄性部分不育，不能給自己授粉。同時，還得找到一株性狀優良的父本植株給母本授粉，才能產生雜種一代。即使這樣，雜種一代不一定有希望成為水稻繁育的種子，尋找雄性不(bu)育的(de)母本(ben)和優良植株的(de)副本(ben)不(bu)斷的(de)雜(za)交，才有可能(neng)培育出(chu)優良的(de)雜(za)交水稻。
人工育種(zhong)這(zhe)項(xiang)技術的(de)局限性(xing)體現在(zai)(zai)哪些方(fang)面？了李家洋指出，首先，雜(za)交是建立(li)在(zai)(zai)雜(za)種(zhong)優勢(shi)的(de)基礎上，就是要找到(dao)合適的(de)父(fu)母(mu)本。第二個(ge)問題是，還要知道父(fu)母(mu)本配(pei)對之后(hou)，雜(za)種(zhong)一代(dai)的(de)性(xing)狀(zhuang)要特別好。這(zhe)需要成千上萬不(bu)同的(de)雜(za)交組篩(shai)選(xuan)到(dao)一對、兩對的(de)雜(za)交組合，產(chan)(chan)生很強(qiang)大(da)的(de)生產(chan)(chan)效應。第三(san)，母(mu)本雄性(xing)不(bu)育的(de)性(xing)狀(zhuang)，怎么保持下去？這(zhe)個(ge)困難很大(da)。
“選不育系(xi)，選恢復(fu)系(xi)，要(yao)花很長時間。”種(zhong)康表示，穩定(ding)的F1代要(yao)有(you)高產等(deng)優質性狀(zhuang)，才能夠(gou)去進行(xing)品(pin)種(zhong)審(shen)定(ding)，兩(liang)年(nian)區試，三年(nian)試驗(yan)，才能夠(gou)進入審(shen)定(ding)過程。因此(ci)，一個雜交(jiao)品(pin)種(zhong)能夠(gou)推廣，大概也(ye)需要(yao)十幾年(nian)時間。
“導航系統”塑造“理想株型”
分子育種技術，相當于一個(ge)導航系(xi)統，擺脫了(le)以往(wang)“瞎子摸象”的科研(yan)方式。
“有了(le)(le)全基(ji)因組，我就(jiu)可(ke)以知(zhi)(zhi)道這個基(ji)因有什么功能，以后(hou)會(hui)影響哪(na)個基(ji)因。這就(jiu)像(xiang)育種上的一個導航(hang)系統，原來沒有這個導航(hang)系統的時候，就(jiu)是走一條路(lu)，現(xian)在有導航(hang)系統了(le)(le)，路(lu)多了(le)(le)，也(ye)知(zhi)(zhi)道哪(na)一條是最佳的了(le)(le)，會(hui)避免走很多的彎路(lu)。”種康(kang)說。
李家洋表示，2008年的(de)時候，團隊了解到東北(bei)需要解決水水稻生長一(yi)個主要問(wen)題，比如粒(li)型需要從(cong)圓粒(li)的(de)變成長粒(li)的(de)，還需要抗(kang)倒伏和稻瘟病(bing)。“從(cong)加(jia)工(gong)企業(ye)來看，他們希望出米率要高(gao)，當地的(de)主導品種凈米率比較(jiao)低，在50%左右。這時候，能提高(gao)一(yi)個8%-10%的(de)話，加(jia)工(gong)企業(ye)的(de)利潤(run)就大(da)(da)大(da)(da)提高(gao)。”
“我們了(le)解這(zhe)些情況以后，通過基(ji)因選擇(ze)，把滿足這(zhe)些需求的基(ji)因放到(dao)一(yi)起來，最短的時間就(jiu)得到(dao)一(yi)個‘優異性狀混(hun)合體’”李家洋說。
種(zhong)康將水(shui)稻(dao)育種(zhong)比喻成(cheng)搭積木，科學(xue)家通過水(shui)稻(dao)關(guan)鍵基因所表達出的性(xing)狀和功能，采用(yong)搭積木的方式，對水(shui)稻(dao)的產量、品(pin)質、抗逆性(xing)和特殊營養價值等各種(zhong)性(xing)狀的基因重新組合，得(de)到(dao)水(shui)稻(dao)新品(pin)種(zhong)。
育(yu)種(zhong)技術不的推廣，對未來(lai)(lai)我們(men)國(guo)(guo)家農業的生產(chan)，以(yi)及(ji)百姓的生活會帶來(lai)(lai)了很多改(gai)變。2021年7月，我國(guo)(guo)科(ke)學家利用分(fen)子設計育(yu)種(zhong)技術，培育(yu)出了我國(guo)(guo)首個(ge)(ge)雙季早粳品種(zhong)，這意味著，今(jin)后我們(men)可以(yi)提前(qian)一個(ge)(ge)季度(du)吃上外觀品質優(you)良、香(xiang)氣四溢(yi)的新稻米(mi)。
同時，對我們的(de)(de)身體健康、生(sheng)長發育都有益(yi)。種(zhong)(zhong)康介(jie)紹，以前，糖(tang)尿病人(ren)吃(chi)米飯、吃(chi)饅頭要很謹慎，現在，李家洋院士(shi)培育的(de)(de)高(gao)抗性淀粉品種(zhong)(zhong)，讓糖(tang)尿病人(ren)也能吃(chi)。“以及小孩(hai)需要高(gao)鋅(xin)高(gao)鐵、高(gao)維生(sheng)素含量的(de)(de)品種(zhong)(zhong)，高(gao)血壓病人(ren)可以吃(chi)的(de)(de)品種(zhong)(zhong)，都已經在研(yan)究了(le)，進展喜人(ren)。”李家洋說。
種康(kang)指(zhi)出，近(jin)年來，李家洋院(yuan)士和團隊圍繞“理想(xiang)株型”這個基(ji)因，深入研究，高效快速地(di)改善了中科804、中科發5號(hao)等品種抗(kang)倒(dao)伏、抗(kang)稻瘟病(bing)等問題，這就是(shi)分子(zi)育種的魅(mei)力。
記者(zhe)丨農財君(jun)根據《透視新科技》欄目整理
編輯丨農財君
;聯系(xi)農財君丨18565265490
新時(shi)代 新種業
南方農(nong)村報丨(shu)農(nong)財寶典
