媒体报道

今天,这个上海农科团队主持的项目获得国家科学技术进步一等奖!

作者:施勰赟   文章来源: 上海三农   发布日期: 2021-11-05 13:51:32   浏览次数:0

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11月3日上午,2020年度国家科学技术奖励大会在人民大会堂举行,2020年度国家科学技术奖共评选出264个项目、10名科技专家和1个国际组织。其中,国家科学技术进步一等奖中,有这样一个项目来自农业领域,“水稻遗传资源的创制保护和研究利用”。该项目由上海市农业生物基因中心主持,联合中国水稻研究所,中国农业科学院作物科学研究所,黑龙江省农业科学院绥化分院,吉林省农业科学院,云南省农业科学院粮食作物研究所,安徽省农业科学院水稻研究所,浙江勿忘农种业股份有限公司,上海天谷生物科技股份有限公司和云南金瑞种业有限公司等单位共同完成。

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这个项目突破了哪些科学技术?产生了怎样的社会效益?今天,就让我们一起走进上海市农业生物基因中心,对话项目第一完成人,上海市农业生物基因中心研究员、首席科学家罗利军,听他讲述这个历时20余年的项目在中国水稻发展进程上取得的重大成就。

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初衷

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丰富我国水稻育种

和基础理论研究中遗传资源

说起项目建设,不得不提20多年前,罗利军离开中国水稻研究所初来上海的那段经历。

 

2000年,上海市设立重大专项启动了“上海农业基因库”建设,向做水稻遗传研究的罗利军抛出了“橄榄枝”。尽管当年有不少研究部门想“挖走”他,但他还是选择了农业比重并不高的上海。“当时有篇报道说上海农业部门‘八顾茅庐’,我被上海的诚意打动了。”

 

罗利军接手上海农业基因库,第一件事就是为基因库更名。“我觉得收集种质资源,保护不是最终目的,收集的目的是更好地开发利用资源。”他为这个基因库取名“上海市农业生物基因中心”。考虑到过去水稻种质资源利用率低、品种遗传基础狭窄,品种存在高产与优质、高产与抗病、高产优质与抗逆性等优良性状难以兼顾等矛盾,他决心先从水稻遗传资源的开发利用入手。

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建设之初,基因中心专家不过4人,加上科研辅助人员,整个团队也仅有11人。好在罗利军长期主持国家科技攻关重大课题,与国内相关科研人员有着密切的合作,他牵头成立了中国栽培稻分子育种协作组,在国家“863”“948”等重大、重点项目的资助下,历时20余年,一步一步,从细微做起,系统地进行水稻遗传资源的收集保存、研究评价和创新利用,逐渐在种质资源保护和利用平台的构建、重要种质的创制与共享利用、重要性状的基因发掘与遗传剖析以及适应不同生态条件的水稻新品种的培育上取得重要进展。

 

成效

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汇集世界水稻优势资源

让科研与育种更高效

“种子是农业的‘芯片’。如果说项目最重要最核心的部分,那应该是构建了水稻种质资源保护与利用平台。”罗利军介绍,平台建立了包括“种质资源实物库和数据管理系统、库位管理系统和用户管理系统(一库三系统)”的种质资源保护和利用体系,实现了种质资源从收集鉴定、种子处理、入库贮存、安全监测到分发利用的高效管理和安全保存,共收集水稻遗传资源20余万份,使我国水稻遗传资源保存量增加130%以上解决了我国水稻育种和基础理论研究中遗传资源缺乏问题

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不仅如此,不同于国家资源库更多地从种质资源收集的角度,广泛收集了我国的水稻种质,罗利军团队从应用的角度出发,通过技术手段,汇集世界各地水稻的优势资源,将这些富集更多优势基因的种质资源“浓缩”保存,让科研与育种更高效。“比如原来一个水稻品种可能只有一到两个优势基因,我们通过杂交等手段得到了拥有多个优势基因的品种并保存入库,那科研人员做育种时会更倾向于用这个优势多的品种。”罗利军团队通过广泛收集水稻种质资源,同时系统地对这些来自世界各地的种质资源开展鉴定、评价与创新,不仅构建了源于26个国家的水稻分子育种骨干亲本群体,还鉴定或创制出Lemont、IRAT109、南洋占、SG-1、中413、H94等重要资源,同时创制了我国主要稻作区主栽品种遗传背景的多亲本导入系4万余份和用于高产优质多抗基因挖掘的遗传作图群体60个。这些优异资源广泛应用于我国水稻品种选育和基础理论研究之中,资源共享利用超过8万份次,育成327个新品种。其中,项目针对亚非国家生态条件选育了32个新品种,在生产上推广,产生了重要的国际影响,有助于国家“一带一路”倡议的实施。

 

此外,项目创建了基于群体测、回交与多亲本导入系的有利基因挖掘技术,定位和克隆一批重要性状基因,丰富了水稻遗传育种的理论和方法。“定位控制水稻产量、抗旱、耐盐、抗病等重要目标性状的主效QTL1926个,克隆GNP1、OsAHL1等与水稻产量和抗旱性相关的重要基因,并揭示其功能。”罗利军说,基于该系列研究,项目组共发表重要论文269篇,其中SCI论文85篇,共被引用5041次。

 

据统计,项目在全国范围内分发利用优异资源,育成的新品种在国内累计推广达11.9 亿亩,获经济效益1680.6亿元。在国外累计推广4423.4万亩。项目共获包括发明专利或植物新品种权或软件著作权等自主知识产权75项,培养研究生196名。

 

突破

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让优质与高产、高产优质与节水抗旱等优良性状不再是矛盾体

早在上世纪90年代初,罗利军就已带领团队育成亩产过700公斤的“协优413”,提前完成了“中国超级稻育种及栽培体系”一期亩产达700公斤的目标,但一次图书馆查阅资料的经历却让他更换了研究方向。

 

罗利军准确记得,那是1998年的一天,他无意翻阅到了一份国外经济学家的研究资料,里面的数据让他震惊。“报告里面写到:农业生产占用全世界70%以上的淡水消耗量,而水稻又占去了其中70%以上。两个70%,那就是将近50%了。”他开始反思,自己在富水、足肥的试验环境下培育出的高产水稻,似乎与我国普遍缺水、优劣不一的实际种植环境不匹配。做水稻遗传资源研究的他,联想到了自己十年前在广西壮族自治区百色市田林县收集资源时见到的“刀耕火种”式的播种场景,但这样生产下的稻田产量普遍很低,并不能满足供应需求。

 

 “水稻耗水大,旱稻产量低,稻水矛盾要如何破解?”带着这样的疑问,罗利军来到上海,重新出发,向着破解水稻优质高产与节水抗旱的矛盾迈进。

 

又过去了十年,这个盘桓在罗利军心里的疑问终于在该项目建立了基于扩大遗传基础的种质创新和品种选育技术的基础上,找到了答案。在广泛研究比较各品种的耐旱性、避旱性及水分利用效率等指标后,他带领团队通过“水旱稻杂交育种”的方式,逐步在水稻科技进步的基础上,引进旱稻的节水抗旱特性。通过聚合旱稻品种的抗旱性与水稻品种的高产优质特性,先后育成常规节水抗旱稻WDR48、沪旱61和首个BT型节水抗旱不育系沪旱2A及其杂交组合旱优8号。2009年,兼具水稻高产优质和旱稻节水抗旱特性的节水抗旱稻登上了世界的舞台。

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与此同时,水稻种质资源保护与利用平台还基于利用核心亲本、扩大遗传多样性、高强度定向与多性状交叉选择相结合,同步改良多个复杂性状的育种新技术,针对不同生态地区的实际需求,育成71个水稻新品种在生产上大面积推广。其中,黑龙江团队选育的绥粳18号为我国水稻年种植面积最大的品种,年推广面积超过1000万亩。

 

节水抗旱稻

的意义

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绿色环保、可持续的

稻米新品种

节水抗旱稻既可以像水稻一样在水田节水栽培,又可以像小麦一样在旱地种植。在不降低产量和米质的前提下,其生产过程可少灌水53.3%,少施化肥47.7%,而且大幅度地减少农业面源污染,其中,总氮和总磷的排放分别减少69.0%和36.6%,农药减少80%以上。此外,生育期最短的“八月香”仅需要105天就可以收获,比常规粳稻提前50天收割,能留出茬口种植其他作物提高经济效益。

 

对于农户而言,种植节水抗旱稻不仅能够减少农资投入种植方式也更轻简、省力。旱种模式下,不需要精耕细作,能省却育秧和翻耕的环节;配合特定农业机械的使用,通过覆膜除草的方式,可以做到播种、耕地、施肥、除草一次完成,若配合可降解薄膜还能减去人工揭膜的劳力。

 

对于环境保护而言,旱种省却的“水淹”不仅能够减少面源污染,还可以减少碳排放,“稻田减排是热点问题,有外国科学家专门研究了水稻生产季节淹水期与排水期的碳排放量,数据还是很惊人的。”据罗利军透露,上海市农科院生态研究团队在安徽省7个县专门对节水抗旱稻与普通水稻生产过程中的稻田碳排放做了两年的对比研究,发现节水抗旱稻能减少碳排放90%左右。

 

与此同时,节水抗旱稻的抗逆性也在如今极端天气增多的大背景下受到瞩目。“抗旱特性只是其抗逆性的表现之一,与其说节水抗旱稻抗旱,不如说它适应性广泛,自我调节力更好。”在罗利军眼里,节水抗旱稻拥有十分“聪明”的基因。“其叶片有自我调节功能,气孔会随着环境变化闭合,在逆境中求生存。”去年10月,在安徽省阜阳市阜南县王家坝地区,在洪水中淹水15天、没顶10天后重生的籼型杂交节水抗旱稻“旱优73”不仅在腐烂的稻秆处重新分蘖长出新的稻杆,抽出稻穗,且经过测产,亩产量仍有373公斤,被当地百姓激动地称为“稻坚强”“神奇稻”。目前,“旱优73”在安徽省年推广面积近200万亩,成为长三角地区推广面积最大的“三系”杂交水稻。

 

当然,作为我国主粮的稻米,口味也不容忽视。都说高产与口感不能兼容,“旱优73”米质不仅达到国家二级优质米标准,在2019年第二届全国优质稻品种食味品质鉴评(籼稻)中获得金奖;针对上海市场选育的“八月香”则达到了国家一级优质米标准,受到消费者欢迎,实现了卖稻谷到卖大米的转变。

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最终,在罗利军团队的努力下,节水抗旱稻系列稻米实现了“资源节约、环境友好、农田增值、农民增收”的绿色农业生产目标。

 

目前,罗利军团队正在基于节水抗旱稻的抗逆性,通过提高耐盐碱性来选育耐盐碱的节水抗旱稻品种,为提高我国土地利用率,提升粮食种植面积做出进一步的努力。

转自mp.weixin.qq.com/s/leJwFafE4u2CZ4yzSCJUzg