“分子育種技術(shù)，相當(dāng)于一個(gè)導(dǎo)航系統(tǒng)，擺脫了以往“瞎子摸象”的科研方式。”“原來沒有這個(gè)導(dǎo)航系統(tǒng)的時(shí)候，就是走一條路，現(xiàn)在路多了，也知道哪一條是最佳的了”

      “把滿足這些需求的基因放到一起，最短的時(shí)間就得到一個(gè)‘優(yōu)異性狀混合體’”“獲得的材料不穩(wěn)定，再次種植生產(chǎn)現(xiàn)狀可能會發(fā)生變化，這是嚴(yán)重的地域限制”

      育種技術(shù)的不斷更新，承載著無數(shù)科學(xué)家的智慧，端上餐桌的稻米中隱藏著哪些新科技？今天中國科學(xué)院院士李家洋、種康，帶我們一齊透視新科技！

      “定制育種”成果頻出

      水稻是人類重要的主糧，幾十年來，我國科研人員攻堅(jiān)克難，采用不同的育種方式，不僅極大的提高了水稻的畝產(chǎn)量，也培育出許多新品種水稻。

      如今，隨著生活水平的提高，糖尿病已成為危害人類健康的三大殺手之一。而富含淀粉的大米卻是糖尿病患者餐飲中的大忌，為了讓這些特殊人群吃上可口的米飯，近年來，李家洋院士和他的團(tuán)隊(duì)采用基因設(shè)計(jì)育種，培育出了適合糖尿病患者吃的水稻新品種。

      這項(xiàng)科研成果的誕生，是水稻“定制育種”的成功范例。

      李家洋介紹，人類現(xiàn)在所吃的食物，包括動物類、植物類的，實(shí)際上都是從野生的培育選擇而來。現(xiàn)在我們種植或者飼養(yǎng)的這個(gè)過程就是馴化和育種，馴化實(shí)際上是人類早期的發(fā)展過程中，對野生的動植物進(jìn)行選擇、培育。

      最早的水稻是什么樣的？李家洋表示，野生稻在馴化過程當(dāng)中，跟今天看到的水稻差別非常大。味道不像現(xiàn)在的稻米這么好吃，產(chǎn)量也沒有這么高，比如說，它落粒性強(qiáng)，不符合現(xiàn)在的高產(chǎn)種植的條件，更不能適應(yīng)機(jī)械化。但是它的產(chǎn)量，在當(dāng)時(shí)比較高，淀粉含量和經(jīng)濟(jì)價(jià)值也比較高，而且相對穩(wěn)定，容易種植。

      水稻祖先都是栽培稻，一個(gè)是亞洲栽培稻，一個(gè)是非洲栽培稻。目前，全世界栽培水稻絕大部分都是亞洲栽培。稻米經(jīng)過馴化之后，給人類帶來的改變是什么？

      “首先，在這個(gè)過程當(dāng)中，它為人類的發(fā)展提供了一個(gè)穩(wěn)定的生物能源。這是很重要的能量來源。另外，我們的生活方式發(fā)生了變化。早期的原始人靠狩獵為主，獲得食物不是那么穩(wěn)定，但是作物馴化出來以后，這個(gè)生產(chǎn)方式就發(fā)生了變化，人們可以定期種植、定時(shí)收割，還能儲備起來。”李家洋說。

      人類種植水稻是一個(gè)自然發(fā)育的過程，它的局限性體現(xiàn)在哪些方面？李家洋指出，獲得的材料不穩(wěn)定，再次種植生產(chǎn)現(xiàn)狀可能會發(fā)生變化，這是嚴(yán)重的地域限制。

      隨著科學(xué)技術(shù)發(fā)展起來，科學(xué)家們慢慢打破了這個(gè)過程。

      人工育種局限明顯

      大約6000年前，水稻結(jié)束了野生馴化時(shí)代，逐步進(jìn)入人工育種時(shí)代。

      人工育種，主要分為兩個(gè)階段。第一個(gè)階段，就是靠自然辨認(rèn)、人工選擇為主，水稻穗子大、長得好、長得壯，就把它留下來種植，這個(gè)選擇的基礎(chǔ)是自然變異，偶爾產(chǎn)生的一點(diǎn)點(diǎn)變化就是突變，但是基因突變過程非常漫長。第二個(gè)階段，主要靠人為增加遺傳變異進(jìn)行組合、篩選，遺傳學(xué)進(jìn)入之后，就能產(chǎn)生更多的變異和選擇。

      水稻方面，人工育種技術(shù)已經(jīng)慢慢走向成熟，然后在玉米、高粱、蔬菜等作物上應(yīng)用。

      然而，水稻屬于自花授粉、雌雄同體作物，水稻的每朵花里面都有雄蕊和雌蕊，很難實(shí)現(xiàn)異交授粉，要培育出具有雜交優(yōu)勢的水稻，就需要母本植株的雄性部分不育，不能給自己授粉。同時(shí)，還得找到一株性狀優(yōu)良的父本植株給母本授粉，才能產(chǎn)生雜種一代。即使這樣，雜種一代不一定有希望成為水稻繁育的種子，尋找雄性不育的母本和優(yōu)良植株的副本不斷的雜交，才有可能培育出優(yōu)良的雜交水稻。

      人工育種這項(xiàng)技術(shù)的局限性體現(xiàn)在哪些方面？了李家洋指出，首先，雜交是建立在雜種優(yōu)勢的基礎(chǔ)上，就是要找到合適的父母本。第二個(gè)問題是，還要知道父母本配對之后，雜種一代的性狀要特別好。這需要成千上萬不同的雜交組篩選到一對、兩對的雜交組合，產(chǎn)生很強(qiáng)大的生產(chǎn)效應(yīng)。第三，母本雄性不育的性狀，怎么保持下去？這個(gè)困難很大。

      “選不育系，選恢復(fù)系，要花很長時(shí)間。”種康表示，穩(wěn)定的F1代要有高產(chǎn)等優(yōu)質(zhì)性狀，才能夠去進(jìn)行品種審定，兩年區(qū)試，三年試驗(yàn)，才能夠進(jìn)入審定過程。因此，一個(gè)雜交品種能夠推廣，大概也需要十幾年時(shí)間。

      “導(dǎo)航系統(tǒng)”塑造“理想株型”

      分子育種技術(shù)，相當(dāng)于一個(gè)導(dǎo)航系統(tǒng)，擺脫了以往“瞎子摸象”的科研方式。

      “有了全基因組，我就可以知道這個(gè)基因有什么功能，以后會影響哪個(gè)基因。這就像育種上的一個(gè)導(dǎo)航系統(tǒng)，原來沒有這個(gè)導(dǎo)航系統(tǒng)的時(shí)候，就是走一條路，現(xiàn)在有導(dǎo)航系統(tǒng)了，路多了，也知道哪一條是最佳的了，會避免走很多的彎路。”種康說。

      李家洋表示，2008年的時(shí)候，團(tuán)隊(duì)了解到東北需要解決水水稻生長一個(gè)主要問題，比如粒型需要從圓粒的變成長粒的，還需要抗倒伏和稻瘟病。“從加工企業(yè)來看，他們希望出米率要高，當(dāng)?shù)氐闹鲗?dǎo)品種凈米率比較低，在50%左右。這時(shí)候，能提高一個(gè)8%-10%的話，加工企業(yè)的利潤就大大提高。”

      “我們了解這些情況以后，通過基因選擇，把滿足這些需求的基因放到一起來，最短的時(shí)間就得到一個(gè)‘優(yōu)異性狀混合體’”李家洋說。

      種康將水稻育種比喻成搭積木，科學(xué)家通過水稻關(guān)鍵基因所表達(dá)出的性狀和功能，采用搭積木的方式，對水稻的產(chǎn)量、品質(zhì)、抗逆性和特殊營養(yǎng)價(jià)值等各種性狀的基因重新組合，得到水稻新品種。

      育種技術(shù)不的推廣，對未來我們國家農(nóng)業(yè)的生產(chǎn)，以及百姓的生活會帶來了很多改變。2021年7月，我國科學(xué)家利用分子設(shè)計(jì)育種技術(shù)，培育出了我國首個(gè)雙季早粳品種，這意味著，今后我們可以提前一個(gè)季度吃上外觀品質(zhì)優(yōu)良、香氣四溢的新稻米。

      同時(shí)，對我們的身體健康、生長發(fā)育都有益。種康介紹，以前，糖尿病人吃米飯、吃饅頭要很謹(jǐn)慎，現(xiàn)在，李家洋院士培育的高抗性淀粉品種，讓糖尿病人也能吃。“以及小孩需要高鋅高鐵、高維生素含量的品種，高血壓病人可以吃的品種，都已經(jīng)在研究了，進(jìn)展喜人。”李家洋說。

      種康指出，近年來，李家洋院士和團(tuán)隊(duì)圍繞“理想株型”這個(gè)基因，深入研究，高效快速地改善了中科804、中科發(fā)5號等品種抗倒伏、抗稻瘟病等問題，這就是分子育種的魅力。

      記者丨農(nóng)財(cái)君根據(jù)《透視新科技》欄目整理

      編輯丨農(nóng)財(cái)君

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