作物雜種優(yōu)勢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，提升我國種業(yè)核心競爭力，助力打贏種業(yè)翻身仗。7月1日至5日，第一屆全國作物雜種優(yōu)勢與生物育種學術(shù)大會在新疆伊寧舉行，聚焦“種業(yè)新質(zhì)生產(chǎn)力與國家糧食安全”主題，共話作物雜種優(yōu)勢與生物育種前沿。大會由農(nóng)業(yè)農(nóng)村部中國農(nóng)村技術(shù)開發(fā)中心指導，中國生物工程學會、北京科技大學、黑龍江大學、國際種業(yè)科學家聯(lián)合體共同主辦。
科技創(chuàng)新驅(qū)動品種迭代升級
隨著我國種植業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整，我國90%以上的棉花產(chǎn)能集中在新疆，如何針對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。中國工程院院士張獻龍表示，20世紀70-90年代，內(nèi)地棉花育種家通過遠緣雜交產(chǎn)生了多種類型的種質(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、篩選和評價，為現(xiàn)代品種的選育注入新的遺傳背景，擴大現(xiàn)代品種的遺傳多樣性和適應(yīng)性；同時，要創(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。中國科學院院士謝華安帶領(lǐng)團隊著手研究培育高產(chǎn)、高效、高質(zhì)的超級稻品種�！艾F(xiàn)代種業(yè)的目標是育成豐產(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)’。”他說。
“‘四性’綜合育種培育的水稻新品種，品種抗性和適應(yīng)性強，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，想要提高育種水平，就要綜合各個學科的優(yōu)勢進行協(xié)作創(chuàng)新�！敝x華安建議，未來水稻育種要堅持多學科協(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。中國農(nóng)業(yè)科學院作物研究所邱麗娟研究員介紹，針對大豆生產(chǎn)雜草管理難的突出產(chǎn)業(yè)問題，突破大豆遺傳轉(zhuǎn)化與鑒定等關(guān)鍵技術(shù)，將自主知識產(chǎn)權(quán)g2-epsps和gat基因雙價表達載體轉(zhuǎn)入大豆品種中黃10號，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、靶標代謝途徑不受抑制，對除草劑的耐受能力更強。經(jīng)過系統(tǒng)的安全評價，中黃6106獲批生產(chǎn)應(yīng)用安全證書。同時研究團隊創(chuàng)建目標性狀精準檢測和快速加代轉(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，耐草甘膦特性突出、綜合農(nóng)藝性狀優(yōu)良，第一批通過國家農(nóng)作物品種審定并進入我國生物育種產(chǎn)業(yè)化試點。
基礎(chǔ)研究提升作物育種效率
玉米是我國第一大糧飼兼用型作物，在保障國家糧食安全方面發(fā)揮著重要作用。但我國玉米供需缺口大，與發(fā)達國家相比，我國玉米單產(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。北京科技大學生物農(nóng)業(yè)研究院院長說：“我們提出了玉米綠色高效育種的概念，即通過生物育種技術(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：高產(chǎn)出、高效率、低投入、低排放�！被诖�，萬向元團隊以玉米為研究對象，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，開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)科學院首席專家番興明研究員介紹，熱帶亞熱帶種質(zhì)中蘊藏著極其豐富的遺傳變異和優(yōu)良特性，團隊利用熱帶玉米種質(zhì)進行改良創(chuàng)新、開展雜種優(yōu)勢利用研究，并提出了新的雜種優(yōu)勢利用模式，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。
國家棉花產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系首席科學家、中國農(nóng)業(yè)科學院棉花研究所所長李付廣研究員表示，長期的基礎(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)團隊創(chuàng)制了“基于種胚頂尖干細胞”的轉(zhuǎn)基因新方法，打破了基因型限制，可對任何棉花品種進行轉(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
“雖然我國農(nóng)業(yè)科技整體水平處于世界第一方陣，但目前我國原創(chuàng)性、前瞻性、引領(lǐng)性科技創(chuàng)新依舊缺乏�！敝袊こ淘涸菏亢嗨烧J為，面向2030年，農(nóng)業(yè)科學的突破機遇將聚焦在傳感技術(shù)、數(shù)據(jù)科學與農(nóng)業(yè)食品信息學、基因組學和精準育種、微生物組以及跨學科研究和系統(tǒng)方法等方面。而人工智能將在未來農(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，就能預測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)計育種應(yīng)運而生�！白魑镏悄茉O(shè)計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制？與傳統(tǒng)的高投入、大規(guī)模的田間試驗相比，智能設(shè)計育種可在計算機中對基因組序列進行虛擬誘變，并利用模型預測變異的后果，挑選符合我們預期目標的變異序列進行實驗驗證，實現(xiàn)低成本、高效率的定向設(shè)計育種�！焙嗨杀硎�。
近年來，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，其中農(nóng)業(yè)和食品領(lǐng)域被預測是未來市場需求最大和應(yīng)用前景最廣領(lǐng)域。河南大學農(nóng)學院教授林敏介紹說，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）和未來合成食品（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，我國科學家為在C3水稻中組裝有效的C4葉片特殊解剖學結(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)計出“光呼吸”替代路徑，大大縮短了植物光呼吸原本迂回復雜的反應(yīng)路徑。研究發(fā)現(xiàn)，人工設(shè)計光呼吸替代路徑的高光效煙草生長更快、更高、莖部更粗大。未來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，將開創(chuàng)人工設(shè)計育種和創(chuàng)新農(nóng)業(yè)生物新品種的新紀元。
