潜能无限的“巨型稻”

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  “这是个好材料,很有前景。这么宝贵的材料,一定要好好研究、改进提高。” 在中国科学院亚热带农业生态研究所长沙农业环境研究站的试验田里,“中国杂交水稻之父”、中国工程院院士袁隆平给出了这样的评价。

  袁隆平所指的“好材料”,正是由亚热带生态所研究员夏新界领衔的水稻育种团队,历经十余年培育出的超高产优质新种质“巨型稻”。

  稻米是人类最主要的粮食作物,当前全球仍有一半以上的人口以稻米为主食。随着全球人口的持续增长与耕地面积的不断减少,提高稻米产量依然是摆在水稻育种工作者眼前的一道不变的课题和首要目标。

  上世纪60年代初,“第一次绿色革命”通过矮秆基因和多项高产基因的聚合,实现了收获指数与作物单产的提升;而被称为“第二次绿色革命”的杂交育种,则利用杂种优势,在保持较高收获指数的基础上,大幅度提高了生物量,继而实现了作物单产的又一次跨越式提升。

  时至今日,经过几十年的不断挖掘,水稻产量已接近植物生理学家认为的作物收获指数上限即收获的谷粒重量与整个水稻连根拔起重量的比例为0.6。因此,寻找生物量更大的水稻品种就成为稻米生产发展的突破口。

  “要想继续在产量上取得较大的突破,就要想办法培育出超大生物量的大个子水稻。”亚热带生态所所长吴金水此前在接受《中国科学报》采访时表示。水稻个子越大,光合作用面积就越大,那么在保持收获比例不变的情况下,水稻产量就能相应提高。

  于是,在现有优质种源的基础上,亚热带生态所的科研团队另辟蹊径,通过突变体筛选、籼粳及野生稻远缘杂交、聚合定向选育等手段,获得了拥有完全自主知识产权的水稻新种质材料“巨型稻”。

  紧接着,科研人员以“巨型稻”为亲本,通过两系、三系杂交,配制系列杂交组合,并运用分子标记辅助育种、定性改良等技术手段,筛选培育出了一系列高产、优质、广适的“巨型稻”杂交新品系。

  “巨型稻”具有突出的高产、强抗等优势。比如,“巨型稻”巨丰5号高2.0米以上,株形高大,叶挺色深,光合效率高,单位面积生物量比现有水稻品种高出50%,平均有效分蘖40个,单穗最高实粒数达800粒,茎秆粗壮,抗倒伏、抗病虫害、耐淹涝,理论单季产量有望超过每公顷18吨。“其中有一蔸达到2米多高,有84个稻穗,是名副其实的稻王。”夏新界十分自豪。

  之后,经农业部DNA指纹检测,以及水稻基因芯片指纹图谱检测,“巨型稻”被确认是一种水稻新种质材料。目前,研究团队已初步构建了两个株系的指纹图谱,向国家农业部提交了“巨型稻”品种权申请,并已成功获得10多项拥有自主知识产权的国家专利和国际专利。

  同时,经农业部食品质量检验测试中心(武汉)检测,“巨型稻”杂交品种米质达到优质稻三级标准,从而突破了杂交稻育种中“高产不优质,优质不高产”的瓶颈。

  对于农民而言,在高产优质之外,“巨型稻”还有其他优点:秆、叶能够营造优质栖息环境,利于鱼类等生长,有助于发展水产养殖业;同时,“巨型稻”营造的独特田园风光还适宜发展城市近郊观光农业,增加农业附加值。

  2017年,科研团队在长沙站建设了30亩“巨型稻”生态综合种养模式试验与示范区,与常用的稻田综合种养模式相比,稻谷产量至少提高1倍以上;青蛙、泥鳅、稻花鱼等养殖动物的成活率亦提高1倍以上,产量提高1.5倍以上。全部产品实现绿色、优质化,亩均纯收入过万元。

  经中国科学院院士和中国工程院院士投票评选,由夏新界领衔的水稻育种团队创制的“巨型稻”新种质,荣膺“2017中国十大科技进展新闻”,成为继2014年袁隆平团队超级稻首破千公斤之后,又一项入选的农业类科技进展。

  从2007年放弃高薪职业投身祖国怀抱至今,十年弹指一挥间。十年来,夏新界深耕不辍,带领着一支平均年龄不超过40岁的科研团队,在实验室里培育出“湘巨1号”“湘巨2号”等巨型水稻,并于2013年在常德西洞庭种下“巨型稻”试验田,并首次试种成功,亩产突破1000公斤。而如今,“巨型稻”已经成为夏新界课题组拥有独立知识产权的超大生物量水稻新品种,位居全球水稻高产第一方阵。

  展望“巨型稻”的未来,夏新界虽然谨慎,但却乐观。“巨型稻的成功培育和实现高产、稳产,只是一小步,离商业化和市场化还有很长的路要走。但是,我相信,以巨型稻的优良品质和优美外形,实现市场化目标指日可待。尤其是通过一带一路,将巨型稻还有中国式的种养模式输送给全球人民,是我们最大的期盼。”■