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　　江蘇省沭陽縣青伊湖農(nóng)場正在收割運用“分子模塊設(shè)計”技術(shù)育成的水稻新品種嘉優(yōu)中科1號。記者齊芳攝/光明圖片

　　天高云淡、風(fēng)吹稻浪，溫暖的秋陽中，江蘇省沭陽縣青伊湖農(nóng)場迎來了水稻豐收——由中國科學(xué)院遺傳發(fā)育所李家洋研究組與浙江省嘉興市農(nóng)業(yè)科學(xué)院李金軍研究組合作，運用“分子模塊設(shè)計”技術(shù)育成的水稻新品種“嘉優(yōu)中科系列新品種”獲得了豐收，種植嘉優(yōu)中科1號水稻品種的兩塊田實收測產(chǎn)表明，平均畝產(chǎn)分別為913公斤和909.5公斤，比當(dāng)?shù)刂髟云贩N畝產(chǎn)增產(chǎn)200公斤以上。

　　這也意味著我國科學(xué)家突破傳統(tǒng)育種技術(shù)，走出了分子育種的新路，為保障我國糧食安全提供核心戰(zhàn)略支撐。

　　嘉優(yōu)中科系列水稻：

　　找到水稻質(zhì)與量的“黃金分割點”

　　自然界總有它的法則，農(nóng)作物的質(zhì)與量的優(yōu)勢往往不可兼得。對水稻來說，高產(chǎn)的往往有品質(zhì)差、抗病蟲害能力低的問題，但這些性狀好的水稻卻常常不會太高產(chǎn)。長江中下游稻區(qū)就遇到了這個問題——近20年來，長江中下游地區(qū)水稻產(chǎn)量進(jìn)入一個緩慢增長期，主要表現(xiàn)為產(chǎn)量與早熟、品質(zhì)、抗病蟲和抗逆性等其他優(yōu)良性狀之間的矛盾、品種退化等問題。在目前高產(chǎn)栽培條件下，這種矛盾越來越突出。

　　在這種情況下，科學(xué)家們一直在思索：究竟能不能找到水稻質(zhì)與量的“黃金分割點”，讓綜合能力達(dá)到最佳？

　　項目主要完成人、中國科學(xué)院院士李家洋介紹，運用分子模塊設(shè)計育種的理念和技術(shù)，科學(xué)家們經(jīng)過精心的雜交“設(shè)計”，育成了具有超高產(chǎn)、早熟和抗稻瘟病的嘉優(yōu)中科系列水稻新品種，1號、2號、3號三個雜交粳稻新品種分別通過2016年上海市、江西省和浙江省審定，后續(xù)新組合也正在參加國家及不同省的區(qū)試。

　　在江蘇沭陽種植的就是嘉優(yōu)中科1號。在不增加任何成本的條件下，它比當(dāng)?shù)刂髟云贩N畝均增產(chǎn)200公斤以上，按每公斤稻谷2.8元計，農(nóng)民每畝可增收560元以上。李家洋說：“嘉優(yōu)中科系列品種具有理想株型的超級稻株葉形態(tài)及高產(chǎn)、多抗、早熟、矮稈抗倒的優(yōu)點，適宜在長江中下游稻區(qū)種植，在長江以北可作一季中稻，在長江以南可作單季晚稻或連作晚稻?！?/p>

　　或許這一點就是水稻質(zhì)與量的“黃金分割點”：這些品種既實現(xiàn)了水稻超高產(chǎn)和抗性提升的完美結(jié)合，又實現(xiàn)了水稻種植區(qū)域北移，在長江中下游地區(qū)有著廣闊的推廣前景。

　　分子模塊設(shè)計育種：

　　突破傳統(tǒng)育種技術(shù)的成功探索

　　中國幅員廣闊，水稻種植北至黑龍江、南至海南島，不同地區(qū)氣候、水資源、病蟲害等條件不同，需要培育不同的品種。例如，在黑龍江種植的水稻需要莖稈較粗彈性強的品種以增加抗倒伏能力，在長江中下游地區(qū)種植的水稻或許需要更強的抗病蟲害的能力。但傳統(tǒng)的雜交育種方式周期長，育成一個新品種往往需要10年以上，而且面臨著品種間遺傳多樣性狹窄、效率低等問題。

　　科學(xué)家們一直在思索：能不能找到水稻基因和性狀的對應(yīng)關(guān)系，按照需求的不同，設(shè)計出不同的水稻新品種？

　　這就是“分子模塊設(shè)計育種”。中科院遺傳發(fā)育所副研究員劉貴富說：“這不是轉(zhuǎn)基因技術(shù)。簡單地說，轉(zhuǎn)基因技術(shù)是通過基因轉(zhuǎn)化技術(shù)將外源基因轉(zhuǎn)到待改良或目標(biāo)材料中，但分子模塊設(shè)計育種中所需要的所有基因都是水稻基因，只是通過分子技術(shù)手段進(jìn)行檢測，來決定哪些基因是我們需要的、哪些基因是不需要的?！?/p>

　　李家洋解釋，簡而言之，科學(xué)家們首先了解水稻不同基因?qū)?yīng)的不同性狀，以及不同基因耦合可能產(chǎn)生的性狀。然后將這些基因根據(jù)需要進(jìn)行相對精確的重新組合，得到我們需要的品種——這就像搭積木，我們有針對性地選擇需要的積木，更快更好地搭建出需要的建筑。

　　分子育種不僅僅適用于水稻。2013年8月，中科院啟動戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項“分子模塊設(shè)計育種創(chuàng)新體系”，包括遺傳發(fā)育所、植物所、動物所、水生所等多個研究所的2100多名科研人員參與到這個大課題中，以水稻為主，小麥、鯉魚等為輔，解析復(fù)雜性狀分子調(diào)控網(wǎng)絡(luò)，闡明其相互效應(yīng)，預(yù)計將獲得16~20個具有育種價值的分子模塊和12~15個主效分子模塊系統(tǒng)，建立模塊耦合組裝的理論和應(yīng)用模型，實現(xiàn)高產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、高效多模塊的有效組裝，培育水稻、鯉魚等產(chǎn)量顯著提高的新品種10~15個，創(chuàng)建新一代超級品種培育的系統(tǒng)解決方案和育種新技術(shù)。

　　“與發(fā)達(dá)國家相比，我國農(nóng)業(yè)育種技術(shù)還有差距，需要我們創(chuàng)新育種理念，補上短板?！崩罴已蠼榻B，日前我國科學(xué)家在《細(xì)胞》《科學(xué)》《自然》等國際學(xué)術(shù)期刊上發(fā)表了大量水稻基礎(chǔ)研究論文，標(biāo)志著我國科學(xué)家在現(xiàn)代育種理論上已經(jīng)走在世界前列，未來將更多致力于育種實踐：“我們今天的成果還是階段性、初步性的成果，我們要把這種先進(jìn)育種理念變成更多產(chǎn)品，保障我國糧食安全?！?/p>

　　（原載于《光明日報》 2017-11-01 09版）