零的突破!我国双季早粳稻诞生了

零的突破!我国双季早粳稻诞生了

  经济日报-中国经济网北京7月20日讯 (记者 沈慧)7月19日,双季早粳水稻新品种“中科发早粳1号”现场会在江西省上高县举行。200亩示范片里金色稻浪翻滚,新品种在机插秧、人工插秧、直播和抛秧等4种栽培模式下均表现优异,尤其在苗期抗冷、抗旱、成熟期抗穗发芽等农艺性状中表现突出,且外观品质优、味道好,丰收在即。

  这一新品种实现了我国双季早粳稻“零的突破”。它意味着,今后提前一个季度就能吃上好吃的新粳米了。“中国有14亿人口,要吃饱、吃好饭,是个大事。”利用分子精准设计育种技术,中国科学院遗传与发育生物学研究所李家洋院士朝着理想又前进了一步。

  持续数十年的梦想

  我国是世界上水稻产量第一大国。然而,一直以来,双季早粳品种在我国水稻生产中是一个空白。

  我国双季早稻生产共有13个省,全部分布在南方低纬度地区,其中湖南、广西、江西、广东等4省区播种面积占全国的75%以上。根据2020年国家统计局公布的全国早稻生产数据,全国早稻播种面积4751千公顷(7126万亩),全国早稻总产量2729万吨(546亿斤),全国早稻单产5745.0公斤/公顷(383.0公斤/亩)。

  然而,我国所有的双季早稻品种均为籼稻,目前国家设立的双季早稻品种审定组只有早籼组。早籼稻是在3月中下旬播种、7月中下旬收获(生长期100~120天)的南方籼稻品种。早籼稻品种尤其是长江中下游的品种由于其整体品质较差,大部分作为储备粮或工业用粮使用。

  同早籼稻相比,生长在高纬度地区的粳稻品种具有抗逆性强、株型优、米质优、食味佳等明显优点。

  加速培育优良双季早粳品种及其推广应用,可以极大的提高早稻米的品质和商业价值,不仅为农民增加经济效益,同时可将我国优质新米的上架期提前2-3个月。

  尽管育种家已经尝试了几十年,却一直未能培育出在实际生产中使用的双季早粳稻新品种。

  为主粮供应“端上第一碗饭”

  “中科发早粳1号”实现了我国双季早粳品种“零的突破”,大大提升了早稻米的品质。

  据悉,这一双季早粳新品种属于早稻中迟熟类型品种。2020年在江西高安县和浙江永康市的早稻品比(品种比较试验)及多点试验中,平均株高90厘米左右,平均每穗总粒数超110粒左右,结实率可达85%以上,千粒重26克左右,平均亩产在500公斤以上。

  不仅如此,新品种抗逆性强,尤其苗期耐寒、后期抗穗发芽方面尤为突出,米外观品质优良,长宽比达3.0。主要米质指标达到优质二级米标准,食味佳。

  “将双季早籼稻品种改为双季早粳稻品种,可以将优质新米提前两至三个月上市,为我国主粮供应端上第一碗饭。”李家洋说。

  “中科发早粳1号”新种质为我国优质稻改良示范出新的方向,具有重要科学意义和应用价值。新种质诞生的背后,蕴含着强大的技术支撑:分子精准设计育种。

  李家洋团队长期从事高等植物生长发育与代谢调控的机理研究,在我国率先建立了植物基因图位克隆技术方法体系,克隆了影响水稻株型、分蘖数目、株高、分蘖角度、穗大小、穗型、茎秆强度等株型特征的一系列重要基因,分离鉴定了水稻抗性淀粉合成等重要基因,为培育高产优质水稻新品种奠定了坚实的理论基础, 并率先提出了“分子设计育种”的理念,大幅提升了水稻品种培育效率。

  针对长江中下游地区早稻生产中所遇到的问题,此次研究团队以优异稻米品质基因为主线,结合高产及理想株型基因等,运用分子精准设计育种的理念和技术,选择最佳亲本通过杂交选择,最终育成具有优质、高产、抗寒和抗穗发芽的全新“中科发”双季早粳新品种。这是在中国科学院A类战略性先导科技专项“种子精准设计与创造”支持下产生的重要成果。

  “定制”一棵理想水稻

  用李家洋的话说,“分子精准设计”就像组装一台电脑。“想要什么样的水稻,把相关的水稻基因组合在一起,就可以培育出满足需要的种子。”

  与常规育种技术相比,“分子精准设计”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。目前李家洋团队先后订制了多个具备高产、优质、高效、高抗等诸多优良性状的“理想水稻”。

  他们创建的北方稻区的“中科发”系列水稻新品种和南方稻区的“嘉优中科”系列水稻新品种,均实现了高产优质多抗水稻的高效培育。截至目前,2018年通过国审的“中科发5号”等系列品种在黑龙江、吉林、辽宁等省区推广面积达200万亩以上;2017年成功实现万亩示范的优质高产水稻品种“嘉优中科”系列推广面积已逾100万亩。

  李家洋团队的“水稻高产优质性状形成的分子机理及品种设计”研究成果分别于2017年获国家自然科学奖一等奖和2018年未来科学大奖。这些从科学理论到生产实践的成功范例,将会极大推动作物传统育种向高效、精准、定向的分子设计育种转变。

  “精准设计”水稻不仅有助于保障国家的粮食安全,还有助满足“众口难调”的个性化需求。中国地域辽阔,生态环境和消费喜好差异大,所需水稻品种也各不相同。目前,李家洋和团队正在尝试“定制”针对特殊人群的稻米,如针对糖尿病人的低淀粉,以培育出满足个性化需求的水稻。

  “我觉得我国的水稻育种研究目前在国际上处于第一方阵。”李家洋自豪地说。但他同时表示,挑战犹存。尽管目前水稻育种材料聚集了大部分优良性状,但仍然需要升级与完善。同时,由于我国目前尚未对基因编辑育种建立相关标准,对农作物的精准设计仍然只是处于第一阶段而无法实现其在生产上的应用。

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