“国家队”的育种革命

与常规育种技术相比,“分子模块设计”育种不仅克服了育种周期长、偶然性大和育种效率低下等缺点,还可以对当前品种的缺点进行精确改良,实现多个优良性状的聚合。李家洋希望,随着项目的进一步推进,未来有望针对特殊人群,比如糖尿病人等,培育出满足个性化需求的水稻。

嘉优中科系列新品种是遗传发育所李家洋研究组与浙江省嘉兴市农业科学院李金军研究组合作运用“分子模块设计”这一突破性技术育成的具有引领作用的模块新品种,“分子模块设计”育种与常规育种技术相比,不仅克服了育种周期长,偶然性大和育种效率低下等缺点,而且还可以对当前应用的品种缺点进行精确改良和容易实现多个优良基因的聚合。利用该技术育成的品种,具有理想株型的超级稻株叶形态及高产、多抗、早熟、矮秆抗倒的优点,适宜在长江中下游稻区种植,在长江以北可作一季中稻,在长江以南可作单季晚稻或连作晚稻。

种出一棵“完美”水稻

目前,嘉优中科1号的大面积推广工作正在进行。随着该品种的大面积推广种植,每亩增产200公斤所带来的经济和社会效益将日趋凸显,真正实现了“用得上,有影响”要求,对引领我国品种升级换代具有里程碑式的意义,是在中国科学院A类战略性先导科技专项“分子模块设计育种创新体系”项目支持下产生的重要成果。另悉,1万4千多亩的嘉优中科1号将于11月10日左右组织专家进行测产。

专项实施4年来,已初步建立了从“分子模块”到“设计型品种”的现代生物技术育种创新体系,是颠覆传统育种技术的大胆实践和成功探索。未来除水稻外,还将针对小麦、鲤鱼等农副产品,实现高产、稳产、优质、高效多模块的有效组装,创建新一代超级品种培育的系统解决方案和育种新技术,为保障我国粮食安全提供核心战略支撑。

这些品种既实现了水稻超高产和抗性提升的完美结合,又实现了种植区域北移,在长江中下游地区有着广阔的推广前景。

今年,李家洋团队与江苏当地企业合作,在青伊湖农场布置了“嘉优中科”1号1.4万多亩示范片及“嘉优中科”系列品种的小面积示范,并向周围辐射了近8万亩的种植面积。

2016年,嘉优中科1号在江苏沭阳进行了万亩连片示范片,获得巨大成功。2016年11月3日,江苏省农委组织专家实测900亩,平均亩产843.4kg,比当地主栽品种增产200kg/亩以上。按每公斤稻谷2.8元计,在不增加任何成本的条件下,每亩可以增收560元以上。

(原载于《中国科学报》 2017-11-01 第1版 要闻)

10月31日,中国科学院遗传与发育生物学研究所在江苏省沭阳县青伊湖农场组织专家组对手工栽插田块和直播田块的嘉优中科1号水稻进行实收测产,平均亩产分别达913kg/亩和909.5kg/亩,并对1万4千多亩嘉优中科1号田块进行了考种,平均亩产达911.3kg/亩。

常规育种的尴尬

中科院院士李家洋介绍,嘉优中科1号具有理想株型的超级稻株叶形态:苗期起发快、株高适中、植株紧凑、生长清秀、分蘖力中等、成穗率较高、剑叶挺拔直立、穗大粒多、结实率较高、谷粒金黄色、成熟一致、熟期转色好、抗倒性强。田间调查表现病害轻。

在先导专项的支持下,李家洋团队与浙江省嘉兴市农业科学院合作,针对长江中下游稻区水稻品种单产长期徘徊不前、品质较差、抗病性弱、主栽品种退化严重等问题,运用“分子模块设计”育种的理念和技术,经过精心设计,育成了具有超高产、早熟和抗稻瘟病的“嘉优中科”1号、2号、3号三个杂交粳稻新品种,分别通过2016年上海市、江西省和浙江省审定,同时“嘉优中科”系列后续新组合也正在参加国家及不同省份的区试。

产量上去了,米的品质不一定好;好吃的米,不一定抗病虫害……到底世界上有没有完美无缺的水稻呢?

2013年8月,中科院战略性先导科技专项“分子模块设计育种创新体系”启动。通过4个项目、12个课题、64子课题和144个任务专题,2100多名科学家试图利用最新的科技手段,掀起一场育种革命。

幸而,基因组学、计算生物学、系统生物学、合成生物学等新兴学科在近年来的快速发展,为解析生物复杂性状的遗传调控网络带来了机遇,也为育种技术的创新带来了新的希望。

我国是一个农业大国,水稻、小麦等主要作物的持续稳定生产,对保障我国粮食安全和农业可持续发展具有重大的现实和战略意义。