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用一粒种子改变世界

来源:光明日报 发布时间:2018-01-15 17:01:06

——记2017年度国家自然科学奖一等奖获得者李家洋团队

  稻米养育人类万年以上,水稻种植凝聚了人类的智慧和恒心。

  在2017年度国家科学技术奖励大会上,由中国科学院遗传与发育生物学研究所李家洋领衔的团队完成的“水稻高产优质性状形成的分子机理及品种设计”,获得国家自然科学奖一等奖。中国科学院院士、2006年度国家最高科学技术奖获得者李振声评价:“我认为,这是一次新的绿色革命的开端。”

  李振声介绍,第一次绿色革命发生在20世纪50年代初,其主要特征是把水稻的高秆变矮秆,另外以农药和农业机械为辅助,从而解决了19个发展中国家粮食自给问题。而袁隆平院士推动的中国杂交水稻是第二次绿色革命时期的杰出代表,杂交水稻实现了水稻高产的目标,让同样的土地能够产出更多的粮食,养活更多的人。

  逐梦的脚步还在继续。农业科学家希望粮食不仅能够高产,而且能够质优,培育出“高产优质”型超级水稻新品种,让消费者在吃饱的同时能够吃好,吃得安全、绿色。

  但传统的杂交育种方式周期长,育成一个新品种往往需要10年以上,而且面临着品种间遗传多样性狭窄、效率低等问题。“一粒种子可以改变世界”,然而如何才能“多快好省”地培育出一粒好种子?

  科学家们一直在思索:能不能找到水稻基因和性状的对应关系,按照需求的不同,设计出不同的水稻新品种?

  李家洋领衔的团队经过十多年的努力,给出了答案——“分子设计育种”。“我们不是用转基因技术,而是发挥自然界本身存在的基因优势。”李家洋解释,简而言之,科学家们首先了解水稻不同基因对应的不同性状,以及不同基因耦合可能产生的性状。然后将这些基因根据需要进行相对精确的重新组合,得到我们需要的品种。

  “我们把取得的基础研究成果应用于水稻高产优质分子育种,率先提出并建立了高效精准的设计育种体系,示范了高产优质为基础的设计育种,为解决水稻产量与品质互相制约的难题提供了有效策略。”该项目团队里的中科院院士韩斌说。

  李家洋团队精心设计,以超高产但综合品质差的品种“特青”作为受体,以蒸煮品质优良的品种“日本晴”和外观品质优异的“93-11”为供体,对涉及水稻产量、稻米外观品质、蒸煮食味品质和生态适应性的28个目标基因进行优化组合。经过八年多的努力,利用杂交、回交与分子标记定向选择等技术,成功将优质目标基因聚合到受体材料,并充分保留了“特青”的高产特性。成功实现了“籼稻的产量,粳稻的品质”的理想目标。

  “育种家未来的目标是培育出具有丰产性、抗病性、优质性、广适性的品种。四种特性综合水平较高的品种就是‘超级品种’。”中国科学院院士谢华安说。

  未来可期,这样的“超级品种”将频频面世,科学家们通过科学手段能像设计工业品一样设计水稻品种。“分子育种利用现代信息和生物技术,通过杂交、分子标记选择和对遗传机理的了解,能实现从传统‘经验育种’到定向、高效‘精准育种’的飞跃。”李家洋说。(记者 叶乐峰 杨舒)


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