科學育種讓我們吃得更好

文 李家洋

中國有句家喻戶曉的至理名言——“民以食為天”。無論是過去還是現(xiàn)在，糧食問題都是世界各國極為關注的要事。如何提高糧食畝產，保障供給，戰(zhàn)勝饑餓，確保吃飽，是關系治國安邦的頭等大事，而如何讓人們吃得更好，則是人類一直追求的夢想。食以種為源，農作物產量的節(jié)節(jié)攀升和種子息息相關。農業(yè)要實現(xiàn)增產、增收、增效，需要土、肥、水、種等多種因素綜合發(fā)揮作用，其中種子的優(yōu)劣起著至關重要的基礎作用。如何培育出高產又優(yōu)質的農業(yè)生物品種，是未來國家農業(yè)科技發(fā)展的重中之重。

小種子的大成就

隨著中國溫飽問題的成功解決，人們對生活水平的提高和消費的升級有了更高層次的新追求，在糧食消費上不再停留于“有的吃”“吃飽飯”，口感、營養(yǎng)、健康乃至外形觀感等，都成了重要的考量因素。長久以來，對糖尿病、高血壓、腎臟疾病等慢性病患者來說，正常吃飯或多或少成了心病和負擔。能不能通過科學育種滿足特殊群體營養(yǎng)攝入上的“定制化”？

當前，生物技術、信息技術、智能技術等高新技術迅猛發(fā)展，在新需求新條件新形勢下，如何推進作物育種與生物技術的融合發(fā)展，“多快好省”地培育出好種子？未來又怎么實現(xiàn)科學育種的新突破？

我們現(xiàn)在能夠解決吃得飽的問題，有幾個方面的重大進步奠定了這樣一個重大成就的基礎。

第一個方面是矮化育種和綠色革命。我國最早進行矮化育種的科學家，他們在水稻和其他一些作物上，特別是在水稻上進行了矮化育種，使主要作物，比如水稻產量有一個巨大的提升。

第二個方面是不育系的發(fā)現(xiàn)和雜交育種，以雜交稻為代表。雜交育種的發(fā)明和大規(guī)模的應用是我國對世界糧食安全的一個重大貢獻。正因為這樣，袁隆平先生獲得了一系列的殊榮，包括國家最高科學技術獎和世界糧食獎。除了雜交水稻之外，還有一種雜交方法叫遠源雜交。一般來說，物種的雜交必須在種內進行，在種間是不能進行雜交的，因為無法進行授粉產生后代。但是在一些特殊情況下，可以把不同的種進行授粉，然后會產生一些胚胎或者是產生一些種子，進一步培養(yǎng)這些種子，就可以產生后代，這樣的后代有更強大的優(yōu)勢。把長穗偃麥草和普通小麥進行雜交，李振聲院士培育出了小偃系列小麥，這種小麥具有抗逆性強、抗病性強的優(yōu)點，大大地推進了我國在小麥育種方面的進步，所以他也獲得了國家最高科學技術獎。

李家洋院士在沭陽萬畝示范基地

第三個方面是功能基因組的研究和理想株型新一代育種的長足進步。分子育種是對基因在分子層面的操作。通過分析，能夠知道不同的品種含有不同的基因，不同的基因對不同品種的優(yōu)點或者缺點，都起到什么作用，這樣就可以把不同的基因鑒定出來。而理想株型是育種專家們提出來的一個概念，要保證作物的分蘗不要太多，也不要太少，是適中的，而且莖稈要粗壯，能抗倒伏，穗子要大，粒子也要多，這樣產量就高，因為穗數(shù)、穗粒數(shù)和粒的大小是決定產量的3個最主要因素。同時理想株型有非常強大的根系，能夠有效地吸收水分、養(yǎng)分，來保證它的良好發(fā)育。

利用這些基因資源，再加上高產的知識，把那些關鍵的基因結合起來，就可以進行分子設計育種。通過分子設計育種，最后就可能得到高產優(yōu)質而且抗逆、高效的品種。具體如何進行設計？不同的作物，有不同的品種設計方法，甚至同一種作物在不同區(qū)域，都可以根據(jù)不同消費者的習慣，采取不同的設計方案。分子設計育種是未來的一個方向，它可以應用到所有的農作物上去，然后培育出新的超級農作物新品種。

小種子的大未來

我國現(xiàn)在農業(yè)面臨的問題，特別是我們種業(yè)所面臨的問題，主要有五個方面，可以總結為“三多一少一大”。

“三多”的第一個“多”是指資源消耗多。為了要高產和穩(wěn)產，我們利用了很多的資源，比如說化肥、農藥，還有水土資源，消耗比較多。第二個“多”是普通的品種多。第三個“多”是損失浪費多。損失浪費存在于所有的環(huán)節(jié)，包括收獲、運輸、儲存和消費整個過程，這也是影響我國糧食安全的一個重要方面。

“一少”主要是功能性的品種少。隨著人們生活水平的提高，吃飯已不僅僅是為了要吃得飽或者口感好，更重要的是要營養(yǎng)健康、要安全。這就對我們提出了一個要求，需要著力去培養(yǎng)那些具有功能性的品種，這些品種能夠幫助解決人們的健康問題。功能性的品種可能是未來一個發(fā)展方向。舉例來說，我國有10%左右的人患有糖尿病，也就是說有一億多的人口是有糖尿病的癥狀的，還有將近10%的人口有可能發(fā)展為糖尿病病人。面對這么大的一個人群，我們卻缺少讓糖尿病病人可以直接食用的合適的大米。這種適用于糖尿病病人的大米，抗性淀粉的含量非常高。高抗性淀粉的食物吃下去以后，消化過程非常緩慢，血液中糖的濃度升得比較平緩，所以對健康有利。我國未來需要培育抗性淀粉（加工煮熟之后）的含量能夠達到10%甚至達到20%的高品質大米產品。還有患有特殊的腎臟疾病的一些人，他們要吃低谷蛋白大米，現(xiàn)在國內也有科學家正在進行研究。這些功能性的品種，將在未來對人們的健康發(fā)揮重要作用，使人們真正能做到吃得飽吃得好，而且能夠吃得更健康。不僅功能性的品種少，專用品種也少。中國現(xiàn)在大部分用的是通用小麥，這種小麥既做面包又做面條，還做饅頭。在國外，這種問題一般采取專用品種去解決，我們國家未來肯定也要大力發(fā)展專用品種。

“一大”是現(xiàn)在我國農業(yè)面臨的國際競爭壓力大。目前中國農產品的價格非常高，有一些進口食品，比國內市場價格還要便宜，為什么？這是勞動生產率的問題。我們的農業(yè)經營方式，包括機械化、集約化，以及一些高新技術的應用，都落在后面，這樣就導致勞動的生產率大大降低。中國東北也有類似的地方，我去參觀過的農場，只有二三十個人，可以耕種兩萬多畝地，而且都是水稻地，這里的勞動生產率跟國外先進水平是一樣的。但這在我們國內僅僅是很少的一部分。未來，中國要想適應國際競爭，一定要在提高勞動生產率上下功夫。

此外，從野生資源里面去發(fā)現(xiàn)、挖掘、利用新的基因資源，發(fā)揮它們的優(yōu)勢，也是未來我們培育農作物的一個重要方面。

最后，我們國家還面臨著國際種業(yè)的激烈競爭，尤其是最近一二十年，國際上的種業(yè)大公司紛紛進入中國，對國內種業(yè)發(fā)展形成了巨大的競爭壓力。只有提高勞動生產率、提高育種水平，培育出好的品種，才能讓種植者愿意去種，這樣才能夠在競爭中取得優(yōu)勢。

悠悠萬事，吃飯為大，保障國家糧食安全是一個永恒課題。任何時候這根弦都不能松。種子和種業(yè)，事關國家糧食安全，事關人民生活和營養(yǎng)健康。怎么樣才能培育未來的作物？我想還是要從基礎科學研究著手。我們要通過資源發(fā)掘利用，從基因組到功能基因的功能解析，再到創(chuàng)制新的育種理論和新的育種技術進行未來作物的品種設計和培育，從而真正實現(xiàn)從經驗育種到設計育種的巨大跨越。

專家簡介

李家洋，1956年7月出生于安徽省肥西縣，著名植物分子遺傳專家。中國科學院院士、美國國家科學院外籍院士、德國科學院院士、英國皇家學會外籍會員、發(fā)展中國家科學院院士、國際歐亞科學院院士、歐洲分子生物學組織外籍成員、美國植物生物學家協(xié)會終身會員。他長期專注于闡明高等植物株型形成的分子機理，并致力于水稻的分子品種設計，培育高產、優(yōu)質、多抗、高效的水稻新品種。2017年，李家洋因“水稻高產優(yōu)質性狀形成的分子機理及品種設計”研究，獲得國家自然科學獎一等獎。他所領銜的團隊找到了水稻基因和性狀的對應關系，并可以按照需求的不同，設計培育出不同的水稻新品種。國際知名作物遺傳學家、中國科學院院士李振聲評價這一重大成果是農業(yè)“綠色革命”的新起點。2018年他與水稻育種專家袁隆平和張啟發(fā)共同獲得了未來科學大獎的生命科學獎。