把“農(nóng)業(yè)芯片”緊緊攥在我們手中

　　令水稻在氮肥減少三成的情況下依然穩(wěn)產(chǎn)；給小麥裝上抗白粉病和赤霉病的“免疫盾牌”；讓鯽魚更抗病、長(zhǎng)得更快，還可能徹底消除惱人的小刺……

　　這些突破，出自中國(guó)科學(xué)院A類先導(dǎo)專項(xiàng)“種子精準(zhǔn)設(shè)計(jì)與創(chuàng)造”(以下簡(jiǎn)稱“種子專項(xiàng)”)。

　　“我們實(shí)現(xiàn)了全鏈條的突破，可以概括為‘三新’——新理論、新技術(shù)、新產(chǎn)品?！敝袊?guó)科學(xué)院院士、種子專項(xiàng)首席科學(xué)家李家洋介紹，種子專項(xiàng)始于2019年11月，由中國(guó)科學(xué)院聯(lián)合院內(nèi)外30家優(yōu)勢(shì)單位協(xié)同攻關(guān)，聚焦水稻、小麥等主要農(nóng)作物和魚等動(dòng)物，目標(biāo)是解決我國(guó)糧食安全與農(nóng)業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵問(wèn)題——讓新品種增產(chǎn)10%至20%，減少化肥、農(nóng)藥等投入15%至20%，減少損失15%至20%(以下簡(jiǎn)稱“一增二減”)。

　　種子是“農(nóng)業(yè)芯片”。精準(zhǔn)設(shè)計(jì)育種這盤大棋，在科技工作者手中，正下得風(fēng)生水起。

　　減“肥”水稻 “免疫”小麥

　　種子，變“聰明”了

　　面對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中化肥過(guò)量、病蟲(chóng)害頻發(fā)等現(xiàn)實(shí)挑戰(zhàn)，種子專項(xiàng)科學(xué)家的首要任務(wù)是找到問(wèn)題根源，即從生命的最底層——基因中尋找答案。

　　“我們的目標(biāo)是讓水稻‘少吃多產(chǎn)’?！敝袊?guó)科學(xué)院院士、中國(guó)科學(xué)院植物研究所研究員種康向記者解釋。中國(guó)科學(xué)院遺傳與發(fā)育生物學(xué)研究所研究員儲(chǔ)成才團(tuán)隊(duì)克隆了一個(gè)名為OsTCP19的關(guān)鍵基因——用這把“基因鑰匙”，能顯著提高水稻對(duì)氮肥的利用效率。

　　實(shí)踐中，這意味著什么？

　　“‘減肥’不減產(chǎn)！”種康給出數(shù)據(jù)，“使用了該基因的水稻，在氮肥施用量減少20%至30%的情況下，產(chǎn)量能夠保持穩(wěn)定?！?/p>

　　“這項(xiàng)理論突破，為破解我國(guó)農(nóng)業(yè)長(zhǎng)期面臨的化肥過(guò)量使用難題提供了一條切實(shí)可行的生物學(xué)路徑?！敝袊?guó)科學(xué)院院士、福建省農(nóng)業(yè)科學(xué)院研究員謝華安評(píng)價(jià)道。

　　小麥的白粉病和赤霉病，被稱為“沉默的殺手”，常導(dǎo)致嚴(yán)重減產(chǎn)。尋找有效的抗病基因，一直是育種界的難題。如何破題？科技工作者把目光投向我國(guó)豐富的地方品種資源。

　　“我們從地方品種中挖掘出一個(gè)廣譜抗白粉病且兼具麥瘟病抗性的珍貴基因Pm24?！敝袊?guó)科學(xué)院遺傳與發(fā)育生物學(xué)研究所研究員劉志勇告訴記者，團(tuán)隊(duì)利用Pm24基因創(chuàng)制高產(chǎn)抗病新種質(zhì)，分發(fā)給相關(guān)育種單位，為小麥主產(chǎn)區(qū)構(gòu)建前瞻病害屏障。

　　中國(guó)科學(xué)院遺傳與發(fā)育生物學(xué)研究所研究員韓方普?qǐng)F(tuán)隊(duì)則利用新型的赤霉病抗病模塊，成功培育出抗赤霉病的高產(chǎn)小麥新品種“中科166”。該品種的推廣效果非常直觀：因?yàn)榭共⌒詮?qiáng)，田間農(nóng)藥用量得以大幅下降。截至目前，“中科166”的累計(jì)推廣面積已接近150萬(wàn)畝，為主糧安全織密了一道防護(hù)網(wǎng)。

　　基因編輯 “從頭馴化”

　　育種，有了“導(dǎo)航”

　　找到了優(yōu)良基因，如何精準(zhǔn)、高效地將它們組合在一起，創(chuàng)制出理想的新品種？這需要全新的育種技術(shù)。

　　在現(xiàn)實(shí)育種過(guò)程中，抗病和高產(chǎn)這兩個(gè)優(yōu)良性狀往往難以兼得，“抗病不高產(chǎn)”曾被稱作育種魔咒。為此，中國(guó)科學(xué)院遺傳與發(fā)育生物學(xué)研究所研究員高彩霞團(tuán)隊(duì)自主研發(fā)了多重基因組編輯技術(shù)。利用這套精密的“分子剪刀”，該團(tuán)隊(duì)快速創(chuàng)制出既高抗白粉病又高產(chǎn)的小麥新種質(zhì)。

　　“這項(xiàng)技術(shù)的意義在于，它讓我們能夠直接對(duì)基因進(jìn)行精準(zhǔn)修改，而不再僅僅依賴傳統(tǒng)的雜交和運(yùn)氣。”高彩霞表示。

　　2024年，基于該技術(shù)培育的產(chǎn)品獲得我國(guó)首個(gè)口糧作物基因編輯生產(chǎn)應(yīng)用安全證書，標(biāo)志著這一技術(shù)從研發(fā)向產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用邁出了關(guān)鍵一步。

　　如果說(shuō)基因編輯是對(duì)現(xiàn)有品種的改良，那么李家洋團(tuán)隊(duì)做的則是一件更富開(kāi)創(chuàng)性的事——“從頭馴化”。

　　該團(tuán)隊(duì)選擇了一種異源四倍體野生稻，它蘊(yùn)含大量抗逆、抗病的優(yōu)異基因，但由于種粒小、易脫落、花期短，無(wú)法適應(yīng)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)。

　　“野生稻是巨大的抗逆抗病基因?qū)殠?kù)，直接利用難如登天?！崩罴已蠼榻B，他們從零開(kāi)始設(shè)計(jì)馴化路線，攻克了遺傳轉(zhuǎn)化、基因組注釋等一系列技術(shù)難關(guān)，在短短數(shù)年內(nèi)走完大自然數(shù)千年的馴化之路，最終成功創(chuàng)制出新型四倍體水稻新材料。

　　國(guó)際同行贊譽(yù)這項(xiàng)技術(shù)“啟動(dòng)了人類農(nóng)業(yè)新文明”，為全球糧食安全提供了前瞻戰(zhàn)略性技術(shù)儲(chǔ)備。

　　“未來(lái)，這場(chǎng)搶占種業(yè)科技制高點(diǎn)的勝利標(biāo)志，不僅在于我們是否擁有備份的種源，更在于我們是否構(gòu)建起自主的、引領(lǐng)性的種業(yè)科學(xué)體系與創(chuàng)新生態(tài)?！敝袊?guó)科學(xué)院可持續(xù)發(fā)展科技研究局局長(zhǎng)薛強(qiáng)道出種子專項(xiàng)成果的戰(zhàn)略意義。

　　糧倉(cāng)豐盈 餐桌多元

　　新品種，走向餐桌

　　一項(xiàng)項(xiàng)技術(shù)突破，最終要落到田間地頭。

　　在湖南的稻田里，種植大戶對(duì)“中科發(fā)早粳”系列水稻贊不絕口：“不僅產(chǎn)量高，米質(zhì)還好，賣得上價(jià)?！?/p>

　　在湖北的水產(chǎn)養(yǎng)殖基地，負(fù)責(zé)人看著池塘里快速成長(zhǎng)的“中科6號(hào)”鯽魚苗算起了賬：“長(zhǎng)得快、病害少、省飼料，收益還增加了?！?/p>

　　可喜的是，種子專項(xiàng)實(shí)施6年來(lái)，已創(chuàng)制出37個(gè)符合“一增二減”目標(biāo)的先導(dǎo)型品種。

　　李家洋團(tuán)隊(duì)培育的“中科發(fā)”系列水稻，正是精準(zhǔn)設(shè)計(jì)育種實(shí)踐的典型代表。

　　在東北稻區(qū)，“中科發(fā)5號(hào)”的表現(xiàn)令人矚目：相比當(dāng)?shù)刂髟缘膬?yōu)質(zhì)品種，它可實(shí)現(xiàn)增產(chǎn)超過(guò)20%；在條件較差的鹽堿地上，畝產(chǎn)突破600公斤；此外，它不僅產(chǎn)量高，米質(zhì)也好，曾獲得全國(guó)優(yōu)質(zhì)稻食味品質(zhì)鑒評(píng)金獎(jiǎng)。

　　市場(chǎng)給出了真實(shí)反饋：2024年，“中科發(fā)5號(hào)”已躋身全國(guó)常規(guī)水稻推廣面積的前五位。

　　在南方雙季稻區(qū)，“中科發(fā)早粳1號(hào)”則解決了另一個(gè)痛點(diǎn)——實(shí)現(xiàn)我國(guó)雙季早粳稻品種零的突破，將優(yōu)質(zhì)新米的上市時(shí)間提前2到3個(gè)月，讓消費(fèi)者能更早吃上當(dāng)年的新粳米。

　　當(dāng)然，種子專項(xiàng)的成果并不局限于主糧。

　　針對(duì)我國(guó)大豆進(jìn)口依存度高的產(chǎn)業(yè)痛點(diǎn)，中國(guó)科學(xué)院遺傳與發(fā)育生物學(xué)研究所研究員田志喜團(tuán)隊(duì)繪制了全球領(lǐng)先的大豆圖形結(jié)構(gòu)泛基因組圖譜，并開(kāi)發(fā)多維組學(xué)數(shù)據(jù)庫(kù)SoyOmics。借助這些工具輔助精準(zhǔn)設(shè)計(jì)，種子專項(xiàng)團(tuán)隊(duì)成功培育出“科豆”“東生”等10個(gè)高產(chǎn)高營(yíng)養(yǎng)大豆新品種。

　　在水產(chǎn)領(lǐng)域，精準(zhǔn)設(shè)計(jì)育種也展現(xiàn)出巨大潛力。中國(guó)科學(xué)院院士、中國(guó)科學(xué)院水生生物研究所研究員桂建芳團(tuán)隊(duì)首次在魚類中提出“雙三倍體”概念，并建立設(shè)計(jì)育種技術(shù)體系。該團(tuán)隊(duì)培育的異育銀鯽“中科6號(hào)”候選新品種，與廣泛養(yǎng)殖的“中科3號(hào)”相比，生長(zhǎng)速度平均提升25.0%，養(yǎng)殖存活率平均提升66.5%，飼料效率平均提升20.1%。

　　“經(jīng)過(guò)多年攻關(guān)，我們實(shí)現(xiàn)了從‘跟跑’‘并跑’到部分‘領(lǐng)跑’的跨越。但這只是一個(gè)開(kāi)始，未來(lái)的種子將更高產(chǎn)、更營(yíng)養(yǎng)、更節(jié)水、更抗災(zāi)?！崩罴已笳f(shuō)。

　　如此創(chuàng)新，將帶領(lǐng)中國(guó)種業(yè)走向怎樣的未來(lái)？答案，就在下一粒更加智慧的“農(nóng)業(yè)芯片”中。

　　作者：本報(bào)記者 崔興毅

　　《光明日?qǐng)?bào)》( 2025年12月23日 08版)