利用作物雜種優勢與生物育種 提升種業核心競爭力

——第一屆全國作物雜種優勢與生物育種學術大會綜述

      作物雜種優勢利用與生物育種技術的融合，可加快高產、優質、綠色、高效作物新品種培育，提升我國種業核心競爭力，助力打贏種業翻身仗。7月1日至5日，第一屆全國作物雜種優勢與生物育種學術大會在新疆伊寧舉行，聚焦“種業新質生產力與國家糧食安全”主題，共話作物雜種優勢與生物育種前沿。大會由農業農村部中國農村技術開發中心指導，中國生物工程學會、北京科技大學、黑龍江大學、國際種業科學家聯合體共同主辦。

      科技創新驅動品種迭代升級

      隨著我國種植業結構調整，我國90%以上的棉花產(chan)能集中(zhong)(zhong)在(zai)新(xin)(xin)疆，如何(he)針對新(xin)(xin)疆的(de)(de)氣候(hou)和土壤環境培育(yu)棉(mian)花(hua)品種(zhong)(zhong)成為產(chan)業的(de)(de)關鍵需求。中(zhong)(zhong)國(guo)工(gong)程院院士張獻龍表示，20世紀70-90年代，內地棉(mian)花(hua)育(yu)種(zhong)(zhong)家通過遠緣(yuan)雜交產(chan)生了多種(zhong)(zhong)類型的(de)(de)種(zhong)(zhong)質資(zi)(zi)源(yuan)，在(zai)棉(mian)花(hua)育(yu)種(zhong)(zhong)中(zhong)(zhong)發揮了重要作用(yong)。今后，新(xin)(xin)疆的(de)(de)棉(mian)花(hua)育(yu)種(zhong)(zhong)工(gong)作者應更加重視(shi)棉(mian)花(hua)種(zhong)(zhong)質資(zi)(zi)源(yuan)的(de)(de)創(chuang)(chuang)新(xin)(xin)、篩選(xuan)和評(ping)價，為現代品種(zhong)(zhong)的(de)(de)選(xuan)育(yu)注入(ru)新(xin)(xin)的(de)(de)遺傳(chuan)背景(jing)，擴大現代品種(zhong)(zhong)的(de)(de)遺傳(chuan)多樣(yang)性(xing)和適應性(xing)；同時(shi)，要創(chuang)(chuang)新(xin)(xin)育(yu)種(zhong)(zhong)技(ji)術，創(chuang)(chuang)造出傳(chuan)統育(yu)種(zhong)(zhong)方法得不到的(de)(de)遺傳(chuan)資(zi)(zi)源(yuan)，提升育(yu)種(zhong)(zhong)效率(lv)，培育(yu)突破性(xing)品種(zhong)(zhong)。

      同樣，水稻也面臨著(zhu)(zhu)可持續發展的(de)綠色課題。中(zhong)國(guo)科學院院士謝華安帶領團隊著(zhu)(zhu)手研究培育高(gao)(gao)產、高(gao)(gao)效、高(gao)(gao)質的(de)超級稻品種。“現代種業的(de)目標(biao)是育成豐產性(xing)、優質性(xing)、抗性(xing)和廣適(shi)應性(xing)綜合在較(jiao)高(gao)(gao)水平上的(de)品種，要取(qu)得這‘四性(xing)’的(de)‘最(zui)大公約數’。”他說(shuo)。

      “‘四(si)性(xing)(xing)’綜合育種(zhong)培育的(de)水(shui)(shui)稻新品種(zhong)，品種(zhong)抗性(xing)(xing)和適(shi)應性(xing)(xing)強，可節約農藥與化(hua)肥，使種(zhong)植(zhi)業(ye)更加綠色、環保(bao)、可持(chi)續(xu)。今天的(de)育種(zhong)要(yao)求(qiu)更高，難度更大。面向未(wei)來，想要(yao)提高育種(zhong)水(shui)(shui)平，就要(yao)綜合各(ge)個(ge)學科的(de)優勢進行協(xie)作創新。”謝華安建議，未(wei)來水(shui)(shui)稻育種(zhong)要(yao)堅持(chi)多(duo)學科協(xie)作聯合攻(gong)關，培育“四(si)性(xing)(xing)”綜合品種(zhong)，保(bao)障糧食(shi)生產綠色、安全(quan)、高效，實現藏(zang)糧于地、藏(zang)糧于技。

      雜草危害是大豆生產的主要限制因素，制約大豆產量的提升。中國農業科學院作物研究所邱麗娟研究員介紹，針對大豆生產雜草管理難的突出產業問題，突破大豆遺傳轉化與鑒定等關鍵技術，將自主知識產權g2-epsps和gat基因雙價表達載體轉入大豆品種中黃10號，創制的新種質中黃6106耐草甘膦特性突出，草甘膦處理后葉片不黃化、靶標代謝途徑不受抑制，對除草劑的耐受能力更強。經過系統的安全評價，中黃6106獲批生產應用安全證書。同時研究團隊創建目標性狀精準檢測和快速加代轉基因大(da)豆育種(zhong)技術體系，利用中黃(huang)6106培育出(chu)(chu)轉基因大(da)豆品(pin)(pin)種(zhong)中聯(lian)豆1505等(deng)9個，耐草甘膦特性突出(chu)(chu)、綜合(he)農藝性狀優良(liang)，第一批通過國家(jia)農作物品(pin)(pin)種(zhong)審定并進入我(wo)國生物育種(zhong)產業化試點。

      基礎研究提升作物育種效率

      玉米是我國第一大糧飼兼用型作物，在保障國家糧食安全方面發揮著重要作用。但我國玉米供需缺口大，與發達國家相比，我國玉米單產和綜合生產效益較低，主要技術瓶頸在于“三缺一低”，即缺乏可用的母本不育系、優異父本系和突破性雜交種，種子生(sheng)產效(xiao)率(lv)偏低。北京科(ke)技大學(xue)生(sheng)物(wu)農(nong)業(ye)研究(jiu)院(yuan)院(yuan)長說：“我們提(ti)出了玉米綠(lv)色高效(xiao)育(yu)種(zhong)的(de)概念，即通過生(sheng)物(wu)育(yu)種(zhong)技術，聚合優(you)良性狀和基(ji)因，確保新品(pin)種(zhong)適應農(nong)業(ye)生(sheng)產的(de)新目標：高產出、高效(xiao)率(lv)、低投(tou)入、低排放。”基(ji)于此(ci)，萬向元團隊以(yi)玉米為研究(jiu)對象，圍繞“生(sheng)物(wu)技術-母(mu)(mu)本不育(yu)系(xi)-優(you)異父本系(xi)-雜(za)交種(zhong)培育(yu)及應用”的(de)主(zhu)線(xian)，開(kai)展了一系(xi)列研究(jiu)工作，如玉米核(he)雄(xiong)性不育(yu)基(ji)因挖掘與分子遺傳基(ji)礎，玉米雄(xiong)性不育(yu)技術體(ti)系(xi)建立與母(mu)(mu)本不育(yu)系(xi)創制等，提(ti)高玉米雜(za)交育(yu)種(zhong)和制種(zhong)效(xiao)率(lv)以(yi)及綜合生(sheng)產效(xiao)益。

      云南省農業科學(xue)院首席專家番(fan)興明研究員介紹(shao)，熱(re)帶(dai)亞熱(re)帶(dai)種(zhong)(zhong)質中(zhong)蘊(yun)藏著極其(qi)豐富的遺傳(chuan)變異和優(you)良(liang)特性，團隊利(li)用熱(re)帶(dai)玉米種(zhong)(zhong)質進行(xing)改良(liang)創新(xin)、開展雜(za)種(zhong)(zhong)優(you)勢利(li)用研究，并(bing)提(ti)出了新(xin)的雜(za)種(zhong)(zhong)優(you)勢利(li)用模式，與傳(chuan)統的模式相(xiang)比，可提(ti)高育種(zhong)(zhong)效率21%，育成了一批優(you)質抗病(bing)玉米雜(za)交(jiao)種(zhong)(zhong)。

      國(guo)家棉(mian)花(hua)產業技(ji)術體系首席科學(xue)家、中國(guo)農業科學(xue)院(yuan)棉(mian)花(hua)研(yan)究所所長(chang)李付廣研(yan)究員表示(shi)，長(chang)期(qi)的基(ji)礎研(yan)究為大量創制轉(zhuan)基(ji)因(yin)棉(mian)花(hua)新種(zhong)質提(ti)供(gong)了(le)有(you)力的技(ji)術支(zhi)撐(cheng)。他帶領(ling)團隊創制了(le)“基(ji)于(yu)種(zhong)胚(pei)頂尖干細胞(bao)”的轉(zhuan)基(ji)因(yin)新方法，打破了(le)基(ji)因(yin)型限制，可對(dui)任何棉(mian)花(hua)品種(zhong)進行轉(zhuan)基(ji)因(yin)操(cao)作，大大提(ti)升了(le)品種(zhong)改良效(xiao)率(lv)。

      前沿科技與作物育種緊密融合

      “雖然我(wo)國(guo)農業科(ke)(ke)技整體(ti)水平處于世界第一方陣，但(dan)目前我(wo)國(guo)原創(chuang)性、前瞻(zhan)性、引領性科(ke)(ke)技創(chuang)新依舊缺乏。”中國(guo)工程院院士胡(hu)培(pei)松認為，面向2030年，農業科(ke)(ke)學的(de)突(tu)破機遇將(jiang)(jiang)聚焦在(zai)傳感技術、數(shu)據(ju)科(ke)(ke)學與農業食品(pin)信(xin)息學、基因組(zu)學和(he)精準育種(zhong)、微生物組(zu)以及跨學科(ke)(ke)研究和(he)系統方法(fa)等方面。而人(ren)工智能將(jiang)(jiang)在(zai)未來農業科(ke)(ke)技創(chuang)新中發揮重要(yao)作用。

      在(zai)海量的(de)(de)(de)(de)基(ji)因組數據(ju)面前，怎樣的(de)(de)(de)(de)基(ji)因組合(he)才能(neng)產出(chu)最優(you)的(de)(de)(de)(de)作(zuo)物(wu)(wu)品種？如何不用大規模田間試(shi)驗，就能(neng)預測和推演這些基(ji)因聚合(he)后作(zuo)物(wu)(wu)的(de)(de)(de)(de)生(sheng)產表現？依(yi)托生(sheng)物(wu)(wu)技術、人工(gong)智(zhi)能(neng)、大數據(ju)的(de)(de)(de)(de)智(zhi)能(neng)設(she)計(ji)育種應運(yun)而生(sheng)。“作(zuo)物(wu)(wu)智(zhi)能(neng)設(she)計(ji)育種首先(xian)需(xu)要破解(jie)作(zuo)物(wu)(wu)的(de)(de)(de)(de)重(zhong)要性狀是如何形成(cheng)的(de)(de)(de)(de)？它取決于哪些遺傳因素和分子機(ji)制？與傳統的(de)(de)(de)(de)高投入、大規模的(de)(de)(de)(de)田間試(shi)驗相比，智(zhi)能(neng)設(she)計(ji)育種可在(zai)計(ji)算(suan)機(ji)中對基(ji)因組序(xu)列(lie)進行(xing)虛擬誘變，并利(li)用模型預測變異(yi)的(de)(de)(de)(de)后果，挑選(xuan)符合(he)我(wo)們預期目標(biao)的(de)(de)(de)(de)變異(yi)序(xu)列(lie)進行(xing)實驗驗證，實現低成(cheng)本、高效率的(de)(de)(de)(de)定(ding)向設(she)計(ji)育種。”胡培松(song)表示。

      近年來，全球(qiu)高(gao)效生(sheng)物轉(zhuan)化(hua)與合(he)成(cheng)相關行業(ye)(ye)整體爆發式(shi)增長，其中農業(ye)(ye)和(he)(he)(he)食品(pin)領域被預(yu)測是未來市場需(xu)求最大(da)和(he)(he)(he)應用前景最廣領域。河南大(da)學農學院教授(shou)林(lin)敏介(jie)紹說，合(he)成(cheng)生(sheng)物技術有望(wang)突破傳(chuan)統農業(ye)(ye)瓶頸和(he)(he)(he)資源剛性(xing)約束，為光合(he)作用（固碳(tan)高(gao)產）、生(sheng)物固氮（節肥增效）、生(sheng)物抗(kang)逆(ni)（節水(shui)耐(nai)旱(han)、植物保護）和(he)(he)(he)未來合(he)成(cheng)食品(pin)（人造肉奶）等世(shi)界(jie)性(xing)農業(ye)(ye)生(sheng)產難題提供革命性(xing)解決(jue)方案(an)。

      比如(ru)，玉米(mi)(mi)和(he)水(shui)(shui)稻(dao)采(cai)用(yong)兩種(zhong)不同的(de)(de)(de)光(guang)合(he)作用(yong)模式(shi)：玉米(mi)(mi)用(yong)的(de)(de)(de)是(shi)效(xiao)率(lv)較(jiao)高的(de)(de)(de)“C4模式(shi)”，光(guang)能轉化效(xiao)率(lv)的(de)(de)(de)理論最(zui)大(da)值可達6%,而(er)水(shui)(shui)稻(dao)用(yong)的(de)(de)(de)“C3模式(shi)”只有4.6%，效(xiao)率(lv)較(jiao)低，如(ru)果將C4光(guang)合(he)途徑導入C3水(shui)(shui)稻(dao)，將大(da)幅(fu)提高產量、水(shui)(shui)利(li)用(yong)率(lv)和(he)氮利(li)用(yong)率(lv)。目前，我國科學家為(wei)在C3水(shui)(shui)稻(dao)中組裝(zhuang)有效(xiao)的(de)(de)(de)C4葉(xie)片特殊解剖學結構提供優異的(de)(de)(de)基因資源，向著C4高光(guang)效(xiao)水(shui)(shui)稻(dao)的(de)(de)(de)創制邁(mai)出(chu)了重要的(de)(de)(de)一步。

      此外，利用生(sheng)物合成技術(shu)，人工設計(ji)出“光呼吸”替代路(lu)徑，大(da)大(da)縮(suo)短(duan)了植物光呼吸原本迂回復雜的反(fan)應路(lu)徑。研究發現，人工設計(ji)光呼吸替代路(lu)徑的高光效煙草生(sheng)長更快、更高、莖部更粗大(da)。未來將(jiang)嘗試(shi)以此改造水稻(dao)、大(da)豆、馬(ma)鈴薯、西紅(hong)柿等(deng)農作物。

      林敏表示，合成生(sheng)物技術(shu)作為改變世界的顛覆性技術(shu)之一，將開創人工設計育種和(he)創新農業生(sheng)物新品種的新紀元。

      作者：農民(min)日報·中(zhong)國(guo)農網(wang)記者 李麗穎