作物雜種優(yōu)勢(shì)利用與生物育種技術(shù)的融合，可加快高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、綠色、高效作物新品種培育，提升我國(guó)種業(yè)核心競(jìng)爭(zhēng)力，助力打贏(yíng)種業(yè)翻身仗。7月1日至5日，第一屆全國(guó)作物雜種優(yōu)勢(shì)與生物育種學(xué)術(shù)大會(huì)在新疆伊寧舉行，聚焦“種業(yè)新質(zhì)生產(chǎn)力與國(guó)家糧食安全”主題，共話(huà)作物雜種優(yōu)勢(shì)與生物育種前沿。大會(huì)由農(nóng)業(yè)農(nóng)村部中國(guó)農(nóng)村技術(shù)開(kāi)發(fā)中心指導(dǎo)，中國(guó)生物工程學(xué)會(huì)、北京科技大學(xué)、黑龍江大學(xué)、國(guó)際種業(yè)科學(xué)家聯(lián)合體共同主辦。
科技創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)品種迭代升級(jí)
隨著我國(guó)種植業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整，我國(guó)90%以上的棉花產(chǎn)能集中在新疆，如何針對(duì)新疆的氣候和土壤環(huán)境培育棉花品種成為產(chǎn)業(yè)的關(guān)鍵需求。中國(guó)工程院院士張獻(xiàn)龍表示，20世紀(jì)70-90年代，內(nèi)地棉花育種家通過(guò)遠(yuǎn)緣雜交產(chǎn)生了多種類(lèi)型的種質(zhì)資源，在棉花育種中發(fā)揮了重要作用。今后，新疆的棉花育種工作者應(yīng)更加重視棉花種質(zhì)資源的創(chuàng)新、篩選和評(píng)價(jià)，為現(xiàn)代品種的選育注入新的遺傳背景，擴(kuò)大現(xiàn)代品種的遺傳多樣性和適應(yīng)性；同時(shí)，要?jiǎng)?chuàng)新育種技術(shù)，創(chuàng)造出傳統(tǒng)育種方法得不到的遺傳資源，提升育種效率，培育突破性品種。
同樣，水稻也面臨著可持續(xù)發(fā)展的綠色課題。中國(guó)科學(xué)院院士謝華安帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)著手研究培育高產(chǎn)、高效、高質(zhì)的超級(jí)稻品種�！艾F(xiàn)代種業(yè)的目標(biāo)是育成豐產(chǎn)性、優(yōu)質(zhì)性、抗性和廣適應(yīng)性綜合在較高水平上的品種，要取得這‘四性’的‘最大公約數(shù)’�！彼f(shuō)。
“‘四性’綜合育種培育的水稻新品種，品種抗性和適應(yīng)性強(qiáng)，可節(jié)約農(nóng)藥與化肥，使種植業(yè)更加綠色、環(huán)保、可持續(xù)。今天的育種要求更高，難度更大。面向未來(lái)，想要提高育種水平，就要綜合各個(gè)學(xué)科的優(yōu)勢(shì)進(jìn)行協(xié)作創(chuàng)新�！敝x華安建議，未來(lái)水稻育種要堅(jiān)持多學(xué)科協(xié)作聯(lián)合攻關(guān)，培育“四性”綜合品種，保障糧食生產(chǎn)綠色、安全、高效，實(shí)現(xiàn)藏糧于地、藏糧于技。
雜草危害是大豆生產(chǎn)的主要限制因素，制約大豆產(chǎn)量的提升。中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物研究所邱麗娟研究員介紹，針對(duì)大豆生產(chǎn)雜草管理難的突出產(chǎn)業(yè)問(wèn)題，突破大豆遺傳轉(zhuǎn)化與鑒定等關(guān)鍵技術(shù)，將自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)g2-epsps和gat基因雙價(jià)表達(dá)載體轉(zhuǎn)入大豆品種中黃10號(hào)，創(chuàng)制的新種質(zhì)中黃6106耐草甘膦特性突出，草甘膦處理后葉片不黃化、靶標(biāo)代謝途徑不受抑制，對(duì)除草劑的耐受能力更強(qiáng)。經(jīng)過(guò)系統(tǒng)的安全評(píng)價(jià)，中黃6106獲批生產(chǎn)應(yīng)用安全證書(shū)。同時(shí)研究團(tuán)隊(duì)創(chuàng)建目標(biāo)性狀精準(zhǔn)檢測(cè)和快速加代轉(zhuǎn)基因大豆育種技術(shù)體系，利用中黃6106培育出轉(zhuǎn)基因大豆品種中聯(lián)豆1505等9個(gè)，耐草甘膦特性突出、綜合農(nóng)藝性狀優(yōu)良，第一批通過(guò)國(guó)家農(nóng)作物品種審定并進(jìn)入我國(guó)生物育種產(chǎn)業(yè)化試點(diǎn)。
基礎(chǔ)研究提升作物育種效率
玉米是我國(guó)第一大糧飼兼用型作物，在保障國(guó)家糧食安全方面發(fā)揮著重要作用。但我國(guó)玉米供需缺口大，與發(fā)達(dá)國(guó)家相比，我國(guó)玉米單產(chǎn)和綜合生產(chǎn)效益較低，主要技術(shù)瓶頸在于“三缺一低”，即缺乏可用的母本不育系、優(yōu)異父本系和突破性雜交種，種子生產(chǎn)效率偏低。北京科技大學(xué)生物農(nóng)業(yè)研究院院長(zhǎng)說(shuō)：“我們提出了玉米綠色高效育種的概念，即通過(guò)生物育種技術(shù)，聚合優(yōu)良性狀和基因，確保新品種適應(yīng)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的新目標(biāo)：高產(chǎn)出、高效率、低投入、低排放。”基于此，萬(wàn)向元團(tuán)隊(duì)以玉米為研究對(duì)象，圍繞“生物技術(shù)-母本不育系-優(yōu)異父本系-雜交種培育及應(yīng)用”的主線(xiàn)，開(kāi)展了一系列研究工作，如玉米核雄性不育基因挖掘與分子遺傳基礎(chǔ)，玉米雄性不育技術(shù)體系建立與母本不育系創(chuàng)制等，提高玉米雜交育種和制種效率以及綜合生產(chǎn)效益。
云南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院首席專(zhuān)家番興明研究員介紹，熱帶亞熱帶種質(zhì)中蘊(yùn)藏著極其豐富的遺傳變異和優(yōu)良特性，團(tuán)隊(duì)利用熱帶玉米種質(zhì)進(jìn)行改良創(chuàng)新、開(kāi)展雜種優(yōu)勢(shì)利用研究，并提出了新的雜種優(yōu)勢(shì)利用模式，與傳統(tǒng)的模式相比，可提高育種效率21%，育成了一批優(yōu)質(zhì)抗病玉米雜交種。
國(guó)家棉花產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系首席科學(xué)家、中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院棉花研究所所長(zhǎng)李付廣研究員表示，長(zhǎng)期的基礎(chǔ)研究為大量創(chuàng)制轉(zhuǎn)基因棉花新種質(zhì)提供了有力的技術(shù)支撐。他帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)創(chuàng)制了“基于種胚頂尖干細(xì)胞”的轉(zhuǎn)基因新方法，打破了基因型限制，可對(duì)任何棉花品種進(jìn)行轉(zhuǎn)基因操作，大大提升了品種改良效率。
前沿科技與作物育種緊密融合
“雖然我國(guó)農(nóng)業(yè)科技整體水平處于世界第一方陣，但目前我國(guó)原創(chuàng)性、前瞻性、引領(lǐng)性科技創(chuàng)新依舊缺乏�！敝袊�(guó)工程院院士胡培松認(rèn)為，面向2030年，農(nóng)業(yè)科學(xué)的突破機(jī)遇將聚焦在傳感技術(shù)、數(shù)據(jù)科學(xué)與農(nóng)業(yè)食品信息學(xué)、基因組學(xué)和精準(zhǔn)育種、微生物組以及跨學(xué)科研究和系統(tǒng)方法等方面。而人工智能將在未來(lái)農(nóng)業(yè)科技創(chuàng)新中發(fā)揮重要作用。
在海量的基因組數(shù)據(jù)面前，怎樣的基因組合才能產(chǎn)出最優(yōu)的作物品種？如何不用大規(guī)模田間試驗(yàn)，就能預(yù)測(cè)和推演這些基因聚合后作物的生產(chǎn)表現(xiàn)？依托生物技術(shù)、人工智能、大數(shù)據(jù)的智能設(shè)計(jì)育種應(yīng)運(yùn)而生�！白魑镏悄茉O(shè)計(jì)育種首先需要破解作物的重要性狀是如何形成的？它取決于哪些遺傳因素和分子機(jī)制？與傳統(tǒng)的高投入、大規(guī)模的田間試驗(yàn)相比，智能設(shè)計(jì)育種可在計(jì)算機(jī)中對(duì)基因組序列進(jìn)行虛擬誘變，并利用模型預(yù)測(cè)變異的后果，挑選符合我們預(yù)期目標(biāo)的變異序列進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，實(shí)現(xiàn)低成本、高效率的定向設(shè)計(jì)育種�！焙嗨杀硎尽�
近年來(lái)，全球高效生物轉(zhuǎn)化與合成相關(guān)行業(yè)整體爆發(fā)式增長(zhǎng)，其中農(nóng)業(yè)和食品領(lǐng)域被預(yù)測(cè)是未來(lái)市場(chǎng)需求最大和應(yīng)用前景最廣領(lǐng)域。河南大學(xué)農(nóng)學(xué)院教授林敏介紹說(shuō)，合成生物技術(shù)有望突破傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)瓶頸和資源剛性約束，為光合作用（固碳高產(chǎn)）、生物固氮（節(jié)肥增效）、生物抗逆（節(jié)水耐旱、植物保護(hù)）和未來(lái)合成食品（人造肉奶）等世界性農(nóng)業(yè)生產(chǎn)難題提供革命性解決方案。
比如，玉米和水稻采用兩種不同的光合作用模式：玉米用的是效率較高的“C4模式”，光能轉(zhuǎn)化效率的理論最大值可達(dá)6%,而水稻用的“C3模式”只有4.6%，效率較低，如果將C4光合途徑導(dǎo)入C3水稻，將大幅提高產(chǎn)量、水利用率和氮利用率。目前，我國(guó)科學(xué)家為在C3水稻中組裝有效的C4葉片特殊解剖學(xué)結(jié)構(gòu)提供優(yōu)異的基因資源，向著C4高光效水稻的創(chuàng)制邁出了重要的一步。
此外，利用生物合成技術(shù)，人工設(shè)計(jì)出“光呼吸”替代路徑，大大縮短了植物光呼吸原本迂回復(fù)雜的反應(yīng)路徑。研究發(fā)現(xiàn)，人工設(shè)計(jì)光呼吸替代路徑的高光效煙草生長(zhǎng)更快、更高、莖部更粗大。未來(lái)將嘗試以此改造水稻、大豆、馬鈴薯、西紅柿等農(nóng)作物。
林敏表示，合成生物技術(shù)作為改變世界的顛覆性技術(shù)之一，將開(kāi)創(chuàng)人工設(shè)計(jì)育種和創(chuàng)新農(nóng)業(yè)生物新品種的新紀(jì)元。
