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“中科發早粳1號”系列早粳稻新品種選育成功

  2021719日,早粳水稻新品種“中科發早粳1號”現場會在江西省上高縣舉行。200畝示範片裏金色稻浪翻滾,新品種在機插秧、人工插秧、直播和抛秧等4種栽培模式下均表現優異,尤其在苗期抗冷、抗旱、成熟期抗穗發芽等農藝性狀中表現突出,且外觀品質優、味道好,豐收在即。測産顯示,人工抛秧種植,實收水稻稻谷畝産爲530.31公斤;機插秧種植,實收水稻稻谷畝産爲613.73公斤,兩者平均畝産爲567.64公斤。 

 

  這一新品種實現了我國早粳稻“零的突破”。它意味著,今後提前一個季度就能吃上好吃的新粳米了! 

 

  “中國有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,中國科學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。

 

  持續數十年的夢想 

  我國是世界上水稻産量第一大國。然而,一直以來,早粳品種在我國水稻生産中是一個空白。 

 

  我國早稻生産共有13個省,全部分布在南方低緯度地區,其中湖南、廣西、江西、廣東等4省區播種面積占全國的75%以上。根據2020年國家統計局公布的全國早稻生産數據,全國早稻播種面積4751千公頃(7126萬畝),全國早稻總産量2729萬噸(546億斤),全國早稻單産5745.0公斤/公頃(383.0公斤/畝)。 

 

  然而,我國所有的早稻品種均爲籼稻,目前國家設立的早稻品種審定組只有早籼組。早籼稻是在3月中下旬播種、7月中下旬收獲(生長期100~120天)的南方籼稻品種。早籼稻品種尤其是長江中下遊的品種由于其整體品質較差,大部分作爲儲備糧或工業用糧使用。 

 

  同早籼稻相比,生長在高緯度地區的粳稻品種具有抗逆性強、株型優、米質優、食味佳等明顯優點。 

 

  加速培育優良早粳品種及其推廣應用,可以極大的提高早稻米的品質和商業價值,不僅爲農民增加經濟效益,同時可將我國優質新米的上架期提前2-3個月。

 

  盡管育種家已經嘗試了幾十年,卻一直未能培育出在實際生産中使用的早粳稻新品種。 

 

  爲主糧供應“端上第一碗飯” 

  “中科發早粳1號”實現了我國早粳品種“零的突破”,大大提升了早稻米的品質。 

 

  據悉,這一早粳新品種屬于早稻中遲熟類型品種。2020年在江西高安縣和浙江永康市的早稻品比及多點試驗中,平均株高90厘米左右,平均每穗總粒數超110粒左右,結實率可達85%以上,千粒重26克左右,平均畝産在500公斤以上。 

 

  不止如此,新品種抗逆性強,尤其苗期耐寒、後期抗穗發芽方面尤爲突出,米外觀品質優良,長寬比達3.0。主要米質指標達到優質二級米標准,食味佳。 

 

  “將早籼稻品種改爲早粳稻品種,可以將優質新米提前兩至三個月上市,爲我國主糧供應端上第一碗飯。”李家洋說。 

 

  “中科發早粳1號”新種質爲我國優質稻改良示範出新的方向,具有重要科學意義和應用價值。新種質誕生的背後,蘊含著強大的技術支撐:分子精准設計育種。 

 

  中國科學院遗传与发育生物学研究所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,並率先提出了“分子設計育種”的理念,大幅提升了水稻品種培育效率。 

 

  針對長江中下遊地區早稻生産中所遇到的問題,此次研究團隊以優異稻米品質基因爲主線,結合高産及理想株型基因等,運用分子精准設計育種的理念和技術,選擇最佳親本通過雜交選擇,最終育成具有優質、高産、抗寒和抗穗發芽的全新“中科發”早粳新品種。这是在中國科學院A類戰略性先導科技專項“種子精准設計與創造”支持下産生的重要成果。 

 

  “定制”一棵理想水稻 

  用李家洋的話說,“分子精准設計”就像組裝一台電腦。“想要什麽樣的水稻,把相關的水稻基因組合在一起,就可以培育出滿足需要的種子。” 

 

  與常規育種技術相比,“分子精准設計”育種不僅克服了育種周期長、偶然性大和育種效率低下等缺點,還可以對當前品種的缺點進行精確改良,實現多個優良性狀的聚合。目前李家洋團隊先後訂制了多個具備高産、優質、高效、高抗等諸多優良性狀的“理想水稻”。 

 

  他們創建的北方稻區的“中科發”系列水稻新品種和南方稻區的“嘉優中科”系列水稻新品種,均實現了高産優質多抗水稻的高效培育。截至目前,2018年通過國審的“中科發5號”等系列品種在黑龍江、吉林、遼甯等省區推廣面積達200萬畝以上;2017年成功實現萬畝示範的優質高産水稻品種“嘉優中科”系列推廣面積已逾100萬畝。 

 

  李家洋團隊的“水稻高産優質性狀形成的分子機理及品種設計”研究成果分別于2017年獲國家自然科學獎一等獎和2018年未來科學大獎。這些從科學理論到生産實踐的成功範例,將會極大推動作物傳統育種向高效、精准、定向的分子設計育種轉變。 

 

  “精准設計”水稻不僅有助于保障國家的糧食安全,還有助滿足“衆口難調”的個性化需求。中國地域遼闊,生態環境和消費喜好差異大,所需水稻品種也各不相同。目前,李家洋和團隊正在嘗試“定制”針對特殊人群的稻米,如針對糖尿病人的低澱粉,以培育出滿足個性化需求的水稻。 

 

  “我覺得我國的水稻育種研究目前在國際上處于第一方陣。”李家洋自豪地說。但他同時表示,挑戰猶存。盡管目前水稻育種材料聚集了大部分優良性狀,但仍然需要升級與完善。同時,由于我國目前尚未對基因編輯育種建立相關標准,對農作物的精准設計仍然只是處于第一階段而無法實現其在生産上的應用。 

    

  李家洋院士(左)在上高縣示範片查看水稻生長情況。新華社記者周密攝 

    

  五位院士试吃“中科發早粳1號”。新華社記者周密攝 

 

  “中科發1號早粳稻”在江西省上高縣測産現場。新華社記者周密攝