“綠色超級稻”：突破呼之欲出

“少打農(nóng)藥、少施化肥、節(jié)水抗旱、優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)。”9月22日，第13屆國際水稻功能基因組大會在華中農(nóng)業(yè)大學(xué)召開。中科院院士、華中農(nóng)業(yè)大學(xué)教授張啟發(fā)在接受記者采訪時，又一次提到綠色超級稻的“十六字方針”。

得益于國內(nèi)水稻科學(xué)家在基因功能研究方面20余年的積累，綠色超級稻在應(yīng)用推廣上優(yōu)勢明顯。“它所倡導(dǎo)的資源節(jié)約和環(huán)境友好，也逐漸成為國家兩型農(nóng)業(yè)的一個縮影。”張啟發(fā)總結(jié)說。

據(jù)華中農(nóng)業(yè)大學(xué)教授、綠色超級稻項目首席科學(xué)家余四斌介紹，近年來，一批具備綠色超級稻性狀的新品種已在湖北、安徽、四川、廣西等地累計推廣應(yīng)用近4000萬畝，取得了良好的經(jīng)濟(jì)和社會效益。

解碼水稻天書

水稻的重要性不僅僅在于它是世界上三分之一人口的主食，還在于它已成為植物生物學(xué)研究中很重要的模式植物。對農(nóng)業(yè)科學(xué)家而言，研究好了水稻，其他禾本科作物的秘密就迎刃而解了。

然而，水稻的全部基因排列宛如一部天書，功能基因的鑒定就是對其詞義的破譯和字典的編撰。解碼“水稻天書”也是當(dāng)前水稻學(xué)界最為艱深、競爭最為激烈的領(lǐng)域。

“每一個基因的解碼，都意味著人類對水稻天書認(rèn)識又前進(jìn)了一步，同時也為水稻遺傳改良增添了新的知識和基因資源。”張啟發(fā)說。

數(shù)據(jù)表明，以水稻為題檢索近10年間各個國家發(fā)表的SCI論文數(shù)，中國以6875篇居首位。而根據(jù)《自然》集團(tuán)發(fā)布的涵蓋68種高質(zhì)量學(xué)術(shù)期刊的自然指數(shù)，在這10年間，中國在這68種高質(zhì)量學(xué)術(shù)期刊中共發(fā)表水稻研究論文117篇，位居世界首位。

作為國內(nèi)水稻研究的重鎮(zhèn)，華中農(nóng)業(yè)大學(xué)的水稻團(tuán)隊共成功分離克隆了控制水稻產(chǎn)量、品質(zhì)、抗旱、抗病、雜種優(yōu)勢利用等性狀共100多個重要功能基因，是國際上克隆作物基因最多的單位之一，這些成果登上了包括《科學(xué)》在內(nèi)的一系列世界頂尖學(xué)術(shù)期刊上。

第三次育種突破

在過去半個世紀(jì)里，中國的水稻育種實現(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。

兩次突破很好解決了中國等發(fā)展中國家的溫飽問題，但隨之暴露出的問題也逐漸尖銳起來：化肥、農(nóng)藥的大量使用，土壤退化，環(huán)境問題突出。

張啟發(fā)認(rèn)為，“第二次綠色革命”的基本出發(fā)點就是要逆轉(zhuǎn)第一次綠色革命所帶來的負(fù)效應(yīng)。通過具有新的優(yōu)良性狀的品種培育和技術(shù)推廣，減少化肥、農(nóng)藥、水及勞動力的投入，做到資源節(jié)約、環(huán)境友好。

對此，中科院院士李振聲提出“要為第二次綠色革命準(zhǔn)備基因資源”，得到了水稻科學(xué)家們的一致認(rèn)同，水稻育種的第三次突破呼之欲出。

隨后，張啟發(fā)開始提出了綠色超級稻的設(shè)想，中國農(nóng)科院研究員黎志康、上海市農(nóng)業(yè)生物基因中心羅利軍等人也相繼發(fā)表文章，從不同層面論述“綠色超級稻”的元素和技術(shù)路線。

黎志康認(rèn)為，綠色超級稻的研發(fā)是一個復(fù)雜的系統(tǒng)工程?？梢圆捎脙刹阶叩牟呗耘嘤G色超級稻新品種：第一步，通過育種，將種質(zhì)資源中的大量綠色性狀有利基因?qū)雰?yōu)良的遺傳背景中；第二步，將這些導(dǎo)入系或近等基因系相互雜交，實現(xiàn)基因聚合，培育聚合大量優(yōu)良基因于一體的綠色超級稻。

綠色超級稻的實踐

據(jù)余四斌介紹，中國“綠色超級稻”計劃，從設(shè)想的一開始，就擬訂了針對中國糧食安全、水資源及生態(tài)環(huán)境保障的目標(biāo)。

2010年，國家“863”計劃重大項目綠色超級稻新品種選育啟動。在項目支持下，我國多個水稻科研機(jī)構(gòu)通力合作，利用水稻功能基因組的研究成果，開展新品種選育，成功培育出一批具備抗病蟲、節(jié)水抗旱、養(yǎng)分高效等“綠色”特性的新品種或品系。

    實踐表明，在湖北省團(tuán)風(fēng)縣和武穴市的推廣應(yīng)用中，由廣東省農(nóng)科院選育的新品種“黃華占”具有少打農(nóng)藥、少施化肥、節(jié)水抗旱等特點，經(jīng)測算，每畝可節(jié)本增效約444.5元。

目前，由中國科學(xué)家倡導(dǎo)并研發(fā)的綠色超級稻得到了比爾和梅琳達(dá)·蓋茨基金會的青睞，通過“為非洲和亞洲資源貧瘠地區(qū)培育綠色超級稻”項目，將綠色超級稻的技術(shù)和新品種輸出到有需要的亞非國家，解決世界糧食危機(jī)。

“綠色超級稻的性狀還須不斷優(yōu)化。”談到挑戰(zhàn)，張啟發(fā)認(rèn)為，綠色超級稻的最終目標(biāo)應(yīng)該是不打農(nóng)藥、不施化肥，但是現(xiàn)階段的技術(shù)還無法實現(xiàn)。

    要實現(xiàn)這一目標(biāo)，就意味著他和他的團(tuán)隊需要破譯更多的水稻基因。“我們想要編譯一本水稻基因的字典，現(xiàn)在可能還不到十分之一，這是一個停不下來的工作。”張啟發(fā)說。(魯偉)