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　　長江中下游稻區(qū)是我國水稻主產(chǎn)區(qū)之一，歷史上一直是水稻育種水平和生產(chǎn)水平非常高的地區(qū)。但近20年以來，該地區(qū)水稻產(chǎn)量進(jìn)入一個(gè)緩慢增長期，存在著品質(zhì)較差、抗病性弱、主栽種品種退化嚴(yán)重等問題，由此也帶來了抗生素和農(nóng)藥濫用等一系列問題。

　　在這種情況下，科學(xué)家們一直在思索：能否找到水稻質(zhì)與量的“完美協(xié)調(diào)”，讓其綜合能力達(dá)到最佳？

　　經(jīng)過多年的努力，以中國科學(xué)院院士李家洋領(lǐng)銜的研究團(tuán)隊(duì)終于找到了這個(gè)“完美協(xié)調(diào)點(diǎn)”。他們運(yùn)用分子設(shè)計(jì)育種的理念和技術(shù)，經(jīng)過精心的雜交“設(shè)計(jì)”，育成了具有理想株型及超高產(chǎn)、早熟和抗稻瘟病等優(yōu)秀基因的水稻新品種。

　　日前，這一突破性成果也因其具有引領(lǐng)作用，對指導(dǎo)未來作物遺傳改良、保障國家糧食安全具有重大戰(zhàn)略意義，而摘得2017年國家科技獎(jiǎng)自然科學(xué)一等獎(jiǎng)桂冠。

　　在過去半個(gè)世紀(jì)里，中國的水稻育種實(shí)現(xiàn)了兩次重要突破，成為世界范圍內(nèi)第一次“綠色革命”的重要組成部分。

　　第一次是上世紀(jì)60年代矮化育種的成功，把水稻產(chǎn)量提高了20%～30%；第二次是上世紀(jì)70年代中期雜交水稻的研究成功，水稻產(chǎn)量在矮稈良種的基礎(chǔ)上又增長20%左右。

　　兩次突破很好地解決了中國等發(fā)展中國家的溫飽問題。那么，如何在吃飽的同時(shí)又能吃好，讓水稻既高產(chǎn)又優(yōu)質(zhì)？

　　這個(gè)問題，李家洋在美國留學(xué)時(shí)就開始不斷思考。1994年，在美國完成博士后學(xué)業(yè)之后，他就立刻回到國內(nèi)，為實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)開始努力。

　　李家洋選擇了“分子設(shè)計(jì)”育種技術(shù)為研究方向?！啊肿釉O(shè)計(jì)’育種技術(shù)是世界作物遺傳改良領(lǐng)域最先進(jìn)的技術(shù)，它可以實(shí)現(xiàn)基因的直接選擇和有效聚合，也就是說可以精確改良缺點(diǎn)，聚合多個(gè)優(yōu)點(diǎn)，不但有望實(shí)現(xiàn)水稻既高產(chǎn)又優(yōu)質(zhì)，同時(shí)還能大幅度提高育種效率，縮短育種年限，并且實(shí)現(xiàn)‘精確育種’?！?/p>

　　多數(shù)農(nóng)作物的經(jīng)濟(jì)性狀，比如高產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、高效等，都受到多個(gè)基因的調(diào)控，并具有“模塊化”特性。

　　“水稻也一樣。所以，在這個(gè)過程中我們需要首先了解清楚水稻不同基因?qū)?yīng)的不同性狀，以及不同基因耦合可能產(chǎn)生的性狀，解析它們表達(dá)調(diào)控機(jī)制、彼此作用的模式，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，讓雜交、選種過程變得有目標(biāo)、可預(yù)見。”李家洋說，“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?！?/p>

　　然而，這個(gè)搭積木的過程并不容易。

　　李家洋坦陳，最艱難的時(shí)期就是研究的起步階段。當(dāng)時(shí)正值上世紀(jì)90年代末，要克隆一個(gè)水稻基因是一個(gè)極其巨大的挑戰(zhàn)。

　　“在世界范圍，這也是一個(gè)巨大挑戰(zhàn)，沒有先例可循。怎么辦？我們只能自己摸索研究，建立一套圖位克隆水稻基因的體系?！崩罴已笳f。

　　最終，經(jīng)過8年的努力攻關(guān)，李家洋團(tuán)隊(duì)成功建立了一套圖位克隆水稻基因體系?！坝辛诉@個(gè)體系，我們就可以克隆水稻的所有基因，這為我們之后的所有研究奠定了基礎(chǔ)?！?/p>

　　“最讓我高興的是，之后的研究中我們成功找到了最關(guān)鍵基因?！崩罴已笳f，這種名為理想株型的基因可以讓株型更優(yōu)。“莖稈更粗壯，穗子大、谷粒大，這是高產(chǎn)最重要的性狀?！?/p>

　　除了讓水稻能既高產(chǎn)又優(yōu)質(zhì)外，“分子設(shè)計(jì)”育種技術(shù)還能讓育種時(shí)間大大縮短。常規(guī)育種需要7至8年才能選出育種材料，“分子設(shè)計(jì)”育種技術(shù)能將其縮短到4至6年甚至更短，育種周期縮短為原來的1/2至1/3，實(shí)現(xiàn)了快速、定向、高效培育系統(tǒng)改良的作物新品種。

　　李家洋說：“在常規(guī)育種中，雜交后的新稻株要等到在田里生長后，科學(xué)家才能用肉眼‘海選’出想要的性狀植株。但在分子模塊設(shè)計(jì)育種中，哪怕還是小苗，只要做一次基因檢測，就能“鎖定”想要的那一棵。”

　　李家洋說，“分子設(shè)計(jì)”育種技術(shù)與轉(zhuǎn)基因無關(guān)。因?yàn)椋鼪]有引入外來基因等，只是在水稻天然基因里篩選“優(yōu)質(zhì)”基因，然后利用“分子設(shè)計(jì)”育種技術(shù)，提高育種精準(zhǔn)度和效率。

　　李家洋表示，接下來課題組還將進(jìn)一步朝“量身定制”方向努力。“比如，針對糖尿病人等特殊人群，可以設(shè)計(jì)研制低糖的水稻?！?/p>

　　創(chuàng)新感言：

　　李家洋：第一，一定要有挑戰(zhàn)科學(xué)難題的勇氣和精神。不要因?yàn)閯e人解決不了，就覺得自己肯定也解決不了，要敢于挑戰(zhàn)，要有信心；第二，要有一個(gè)非常好的團(tuán)隊(duì)，這非常關(guān)鍵。這個(gè)團(tuán)隊(duì)既包括自己的課題組成員，也包括很好的合作伙伴。大家要有共同興趣，互相信任，有默契，能夠齊心協(xié)力去做事情。第三，必須要有鍥而不舍的精神，要全身心投入，在困難的時(shí)刻不動(dòng)搖，能夠一直堅(jiān)持下去；第四，要具備科學(xué)的敏銳性。如果沒有敏銳性，你根本不知道一項(xiàng)科學(xué)研究最重要的關(guān)鍵點(diǎn)在哪里？要知道哪些方向需要堅(jiān)持，哪些不需要堅(jiān)持，否則就會(huì)走到死路上去。