糧食“十七連豐” 背后的育種科技

陳海波

56.5億公斤，這是2020年我國糧食生產(chǎn)比上一年增加的產(chǎn)量，實(shí)現(xiàn)“十七連豐”。這樣的成果并不容易，中國農(nóng)科院近日公布的一組數(shù)據(jù)顯示：我國小麥2020年播種面積比2011年減少2700萬畝（1畝≈666.7平方米），但產(chǎn)量增加1300萬噸;水稻2020年播種面積比2011年減少393.6萬畝，但產(chǎn)量增加897.7萬噸。

中國農(nóng)科院副院長(zhǎng)、中國工程院院士萬建民說：“一減一增的背后，是科技的力量。”從育種、栽培，到灌溉、病蟲害防控，糧食生產(chǎn)的各個(gè)環(huán)節(jié)都需要科技的助力。其中，良種培育是極為關(guān)鍵的一環(huán)。近年來，我國培育了一批糧食作物新品種，從種源上為提高糧食產(chǎn)量和品質(zhì)提供了保障。這里，我們不妨看看平時(shí)接觸最多的四大糧食作物——小麥、水稻、玉米、大豆，它們中有哪些新品種從實(shí)驗(yàn)室走向田間地頭，讓中國的糧倉更充實(shí)，餐桌更豐富。

小麥：生產(chǎn)品種全部為國產(chǎn)自育

我國是世界上最大的小麥生產(chǎn)國和消費(fèi)國。“小麥連續(xù)六年總產(chǎn)在1.3億噸以上，這對(duì)于1.27億噸的消費(fèi)量而言，剛剛好，沒有太多的富余。”中國農(nóng)科院作物科學(xué)研究所副所長(zhǎng)劉錄祥說。

不過，這只是當(dāng)前“剛剛好”。劉錄祥指出，未來我國人口還會(huì)增加，2030年小麥要實(shí)現(xiàn)1.7億噸的產(chǎn)量，那就要求我們每年產(chǎn)量增加2%。

每年增產(chǎn)2%，難度有多大？我們先看看最近一個(gè)十年的變化：2011年我國小麥單產(chǎn)（平均畝產(chǎn)）322.55公斤，2020年增至382.8公斤，增幅18.68%，年均增長(zhǎng)1.87%。這個(gè)增長(zhǎng)率與2%很接近，是如何實(shí)現(xiàn)的？

要想產(chǎn)量好，首先得種子好。萬建民介紹，“十三五”期間，中國農(nóng)科院圍繞小麥全產(chǎn)業(yè)鏈開展了“藏糧于技”重大科研任務(wù)，新育成一批具有國際領(lǐng)先水平的小麥新品種。而且，我國小麥生產(chǎn)品種全部為國產(chǎn)自育，也就是說不依賴國外的種子。

如“中麥175”是我國第一個(gè)同時(shí)通過國家水地和旱肥地兩個(gè)區(qū)域?qū)彾ǖ乃导嬗眯推贩N，實(shí)現(xiàn)了我國冬小麥育種的新突破，是北部冬麥區(qū)推廣面積最大的品種;“中麥578”在2020年河南焦作實(shí)打驗(yàn)收，畝產(chǎn)達(dá)到841.5公斤，創(chuàng)下黃淮麥區(qū)強(qiáng)筋小麥高產(chǎn)紀(jì)錄。

培育一個(gè)新品種，需要做許多基礎(chǔ)研究。近年來，我國小麥育種基礎(chǔ)研究取得許多突破。比如，中國農(nóng)科院作科所首次攻克利用冰草屬優(yōu)異基因改良小麥的國際難題，創(chuàng)制了一批多粒、廣譜抗病性強(qiáng)且產(chǎn)量高的育種新材料;克隆抗旱基因培育的抗旱小麥水分利用效率提高15%以上、產(chǎn)量提高10%以上。

在小麥基因組測(cè)序、基因克隆、高通量分子標(biāo)記檢測(cè)、基因編輯以及分子育種技術(shù)等方面，中國農(nóng)科院與歐美發(fā)達(dá)國家保持同步，部分領(lǐng)域處于領(lǐng)先水平。近年來，中國農(nóng)科院完成了小麥基因組660K芯片構(gòu)建、太谷核不育基因的克隆和基因編輯等工作。

對(duì)于未來小麥新品種設(shè)計(jì)，劉錄祥呼吁加大重大科學(xué)設(shè)施的支撐。他認(rèn)為，要從基礎(chǔ)資源的深度解析、優(yōu)異基因的深度挖掘和重大戰(zhàn)略品種的設(shè)計(jì)這三個(gè)目標(biāo)去謀劃小麥品種研究的科學(xué)設(shè)施。通過科學(xué)設(shè)施支撐，爭(zhēng)取每年有一些戰(zhàn)略性的基因資源和新品種的產(chǎn)出。

水稻：品種培育兼顧優(yōu)質(zhì)和高產(chǎn)

幾年前到某個(gè)小飯店吃飯，當(dāng)時(shí)你是否感覺米飯的味道太差，很難接受？而現(xiàn)在隨便進(jìn)哪一家路邊小店，你是否覺得米飯味道還不錯(cuò)？這背后的原因是，中國的水稻品種培育已由以往追求單產(chǎn)的提升向品質(zhì)改良的方向發(fā)展。

比如，中國水稻研究所胡培松院士團(tuán)隊(duì)選育的“華浙優(yōu)261”香型優(yōu)質(zhì)雜交稻，是優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)高效廣適性新品種，達(dá)到農(nóng)業(yè)行業(yè)《食用稻品種品質(zhì)》標(biāo)準(zhǔn)一級(jí)。“華浙優(yōu)261”產(chǎn)量高，最大的優(yōu)勢(shì)是米質(zhì)優(yōu)，整精米率達(dá)到70%以上，稻米細(xì)長(zhǎng)透亮，食味好。

“最近太湖流域培育的軟米，也基本能夠接近日本的大米。中國水稻研究所和湖南農(nóng)科院、廣東農(nóng)科院選育的秈米，有些品種已經(jīng)達(dá)到泰國香米的味道。”萬建民說，與小麥一樣，我國生產(chǎn)上應(yīng)用的水稻品種全部為國產(chǎn)自育。

在水稻育種基礎(chǔ)研究方面，我國也取得了突破性進(jìn)展。比如，中國農(nóng)科院通過建立功能基因組學(xué)、蛋白組學(xué)、代謝組學(xué)等研究平臺(tái)，成功解析水稻產(chǎn)量、外觀、柱形和抗性等重要性狀形成的分子基礎(chǔ)，建立了從“分子模塊”到“設(shè)計(jì)型品種”的現(xiàn)代生物技術(shù)育種創(chuàng)新體系，整體處于國際領(lǐng)先水平。

玉米：自育品種面積提高到90%以上

玉米已成為我國第一大糧食作物。“十三五”期間，我國玉米產(chǎn)量占糧食作物39.3%，單產(chǎn)由2015年的393公斤提高到2020年的421公斤。

“玉米產(chǎn)業(yè)的蓬勃發(fā)展得益于新品種培育不斷突破，自育品種面積提高到90%以上，優(yōu)質(zhì)專用、綠色高效品種大幅度增加。”萬建民說。

由于我國并非玉米的起源地，玉米種質(zhì)資源的豐富程度與一些國家有差距。國家玉米產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系首席專家李新海透露：“5年前，跨國公司選育的玉米品種占我國玉米播種面積比例達(dá)到15%。”

但是，在玉米育種基礎(chǔ)與應(yīng)用基礎(chǔ)研究領(lǐng)域，我們不甘落后。中國農(nóng)科院開展了玉米種質(zhì)資源保護(hù)與創(chuàng)新研究，創(chuàng)新基因編輯、轉(zhuǎn)基因、全基因組選擇等遺傳改良技術(shù)，驅(qū)動(dòng)玉米種業(yè)新發(fā)展。

中國農(nóng)科院建立了我國玉米種質(zhì)資源安全保護(hù)體系，安全保存3萬余份種質(zhì)資源。通過研究，闡明了我國玉米種質(zhì)資源遺傳多樣性，揭示了現(xiàn)代玉米育種過程全基因組選擇與遺傳改良規(guī)律;成功克隆了多個(gè)與玉米株型建成、耐密性、耐鹽、抗粗縮病與抗倒伏性緊密相關(guān)的基因，并闡明了遺傳機(jī)制;開發(fā)從基因組DNA序列預(yù)測(cè)基因表達(dá)調(diào)控模式的人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，為實(shí)現(xiàn)人工智能輔助定向育種奠定基礎(chǔ)。

“十三五”期間，中國農(nóng)科院育成“中單123”“中單111”等高產(chǎn)抗逆宜機(jī)收新品種10個(gè)。比如，“中單111”表現(xiàn)出早熟、抗倒、落粒損失率低等優(yōu)勢(shì)，在新疆奇臺(tái)創(chuàng)畝產(chǎn)超過1570公斤的紀(jì)錄。

大豆：在生長(zhǎng)環(huán)境惡化下實(shí)現(xiàn)增產(chǎn)

由于耕地資源和水資源有限，為保障口糧絕對(duì)安全，我國在糧食作物的布局上優(yōu)先保障小麥、水稻和玉米，導(dǎo)致大豆種植“朝邊緣地方轉(zhuǎn)移”。“十二五”期間，我國適宜大豆種植的東北地區(qū)中南部和黃淮海地區(qū)中北部大豆面積嚴(yán)重萎縮，而光溫條件較差的東北北部高寒地區(qū)和旱澇嚴(yán)重、土壤板結(jié)的黃淮海南部成為新的大豆集中產(chǎn)區(qū)，大豆生產(chǎn)的立地條件明顯惡化。

產(chǎn)量的高低和立地條件的好壞有直接關(guān)系，大豆生長(zhǎng)環(huán)境變得惡劣，產(chǎn)量還能增長(zhǎng)嗎？

能！2020年，我國大豆平均畝產(chǎn)132.4公斤，比2016年提高11.0%。“在主產(chǎn)區(qū)立地條件欠佳的不利形勢(shì)下，大豆單產(chǎn)水平的提高，得益于科技進(jìn)步。”萬建民說。

萬建民介紹，“十三五”期間，“合農(nóng)95”“黑農(nóng)84”等大豆新品種成功選育并大面積推廣種植，同時(shí)大壟密植、淺埋滴管、免耕覆秸等技術(shù)模式不斷成熟，良種良法結(jié)合刷新小面積高產(chǎn)紀(jì)錄，創(chuàng)造大面積高產(chǎn)典型。比如，“中黃37”蛋白質(zhì)含量高、籽粒大，成為黃淮海地區(qū)主栽品種之一;“中黃30”抗旱耐蔭，成為西北地區(qū)主栽品種;“中黃901”早熟高產(chǎn)，抗大豆灰斑病，適宜東北北部種植;“中黃39”適宜種植區(qū)域從北緯20度到40度，是我國種植區(qū)域緯度跨度最大的大豆品種。（據(jù)《光明日?qǐng)?bào)》）