广西日报:现代神农十六年“尝”出一碗好米饭
  • 发布单位:院办公室
  • 2023-11-30 08:59:35
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“绿色超级稻丰田优553等系列品种选育与应用”项目斩获广西科技进步一等奖背后——

现代神农十六年“尝”出一碗好米饭

广西日报2023-11-29 ■ 本报记者 李新雄 通讯员 关妮纳 文/图

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“绿色超级稻丰田优553等系列品种选育与应用”获2022年度广西科技进步一等奖。

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科研人员在稻田里查看稻穗生长情况。

[深探] 感受新时代澎湃动力   ■尖锋攻关时刻①

开栏语:

习近平总书记指出,实现高水平科技自立自强,是中国式现代化建设的关键。作为后发展欠发达地区,广西并未妄自菲薄、裹足不前,而是牢固树立新发展理念,坚持创新驱动发展战略,全面实施科技“尖锋”行动,加强关键核心技术攻关,进一步提升自主创新能力,努力将科技创新“关键变量”转化为高质量发展的“最大增量”。本报将陆续推出“尖锋攻关时刻”系列报道,为您讲述广大科研工作者迎难而上、克难攻坚的故事。敬请关注。


初冬暖阳下,南宁横州市百合镇石山村村民李建范在晒场麻利地晾晒新收割的稻谷。稻谷泛着金光,散发出清新宜人的稻香。记者随手剥几粒稻米嚼一嚼,瞬时满嘴充溢生米特有的新鲜清甜滋味。

“今年种的丰田优系列品种又丰收了,少施肥少用药,抗倒伏还高产,每亩比其它品种产量高100多斤,村里人都愿意种。”作为丰田优系列品种的“忠实粉丝”李建范对水稻种植收益比较满意。

得益于广西农科院优质水稻科研成果——绿色超级稻丰田优553等系列品种的推广种植,八桂水稻主产区迎来了又一波丰收。

沉淀16年,倾心育良种。广西农科院优质杂交水稻育种团队通过杂交、回交等技术手段开展有利基因聚合,育成以“丰田优553”为代表的高产优质绿色杂交稻新品种7个,“绿色超级稻丰田优553等系列品种选育与应用”项目斩获2022年度广西科技进步一等奖。在培育水稻良种,保障国家粮食安全的试验田里,科研团队亦获得大丰收。 

A 水稻“红娘”的苦乐科研

十几年前,李建范的水稻种植乃至八桂水稻主产区的种植情况是另外一番景象。

“大家宁可种植口感稍差的水稻品种,也不愿意选择优质稻。因为米质好的品种,产量偏低,抗病虫性、抗倒伏性差,只能增加化肥、农药的使用量。”更让李建范等农户发愁的是,有些病虫害打了农药也不管用。

科研人员调查发现,这一情况在广西的水稻种植区普遍存在:一来使用农药要增加成本和劳动力投入,二来农户更愿意吃少用药的绿色健康稻米,为此,农户干脆放弃种植优质稻,导致优质水稻品种的推广受一定限制。如果农户选择种植抗病虫性强、产量高的品种,就只能忍受稻米品质口感差的情况,消费者想吃优质米的需求无法满足。

如何破题?

2007年开始,广西农科院优质杂交水稻育种团队有的放矢,锁定选育优质、高产、抗病、抗虫等性状集于一体的绿色水稻品种精准发力。

要选育出好吃、好产(量)、好种、好卖的“四好”水稻品种——优质杂交水稻育种团队的科研目标很明确。好吃是核心硬指标,口感好、香味佳;好种,指水稻品种抗病虫害及抗倒伏性能好,少施肥少用农药更绿色健康;好产(量),指亩产高;好卖,指市场需求和好口碑。

育种团队的科研路径也很清晰:第一步,从成千上万株水稻材料中挑选出好的目标基因;第二步,将选中的几个好的目标基因有机聚合到骨干材料上;第三步,把有机聚合的目标基因稳定地遗传到后代。

“水稻育种其实就是做‘选美’和‘红娘’的事。”育种团队核心成员、广西农科院阎勇研究员幽默地给自己的工作打了个比方。“稻穗是‘脸蛋’,茎秆是‘身材’,米质是‘心灵’,选育水稻品种要三者都好。”阎勇介绍,“选美”就是把稻田里产量高、颜值高和心灵美的水稻选出来,作为“红娘”的科研人员则要把精挑细选出来的“俊男美女”——即父本材料和母本材料撮合在一起,通过杂交把水稻的优良基因整合在一起,培育出满意的“后代”。

为了获得更多杂交材料,育种团队精心伺候水稻,不仅像农民一样春种秋收,还需要观察记录水稻成长,收割稻谷、品尝米饭……循环往复,忙忙碌碌。每年的6月1日和10月1日左右,是一年当中最忙的季节,水稻杂交育种对时间、气候的要求很严苛,下雨不能人工授粉,而且必须要在中午12时之前进行授粉。

盛夏时节顶着火辣辣的太阳,科研人员拿着特制的剪刀将只有几毫米长的稻壳剪开,然后用镊子小心翼翼地拨动花粉,让雄性花粉均匀地洒在母本材料上……这绣花般的精细活一干就是三四个小时,而这样琐碎枯燥的工作,团队成员每年要重复数百次。

为了精准捕捉优质大米的口感,育种团队采用“土”“笨”办法进行尝试。大家戏称这个办法为“神农氏尝百草”:每年到了收获季节,他们要品尝几百份米样,除了热米饭,还要尝冷饭,只为了对比不同品种的大米口感有何区别。

“有时候每天要煮七八次米饭,通过煮饭和品尝,才能更全面了解水稻的品质、香味,才知道松软度怎么样、淀粉量是多少。有几次我因为品尝了太多白米饭而口舌发麻。”广西农科院水稻研究所韦宇副研究员说。

大多时候,辛苦付出换来的可能是失败。科研人员坦言,常常是做了100个杂交试验,却只有五六个品种表现尚可。“那一时间段,几乎每个人都有过崩溃的感觉,甚至曾一度想放弃。可转念一想,水稻是我国最主要的粮食作物,能以水稻为研究对象,也是一件很有意义的事。”就这样,科研人员抛掉沮丧情绪,又继续迎难而上。

B 基因芯片锁定好稻源

传统的育种方法,谁舍得花时间在田间地头侍弄水稻,谁拥有的材料多、品系多,谁就更接近成功。但是,这一方法的最大缺点是耗时太长、效率较低,成功选育一个品种最少需要6—8年时间。

有没有更省时省力的育种新方法?如何提高育种效率?

创新,是科研的生命。育种团队善破勇立。大胆创新,引入现代分子生物技术跟踪目标基因,提高育种效率和准确率,多项研究取得新突破。

“以提高水稻抗病虫害性状为例,我们在金秀大瑶山脚下种了6亩水稻,这些水稻(株系)都具有抗稻飞虱病的基因。最初设定的目标是从2000株水稻中找到20株携带最强抗稻飞虱病基因的株系,然后拿这20株材料去跟稻米品质好的优势材料杂交,让后代米质更好、抗病性更强。”阎勇如是解释。

为了挑选出这20株最优材料,科研人员可以选择多条路径。传统的做法是,凭经验对2000株水稻进行人工筛选,这一做法不但费时费力且效果有偏差。因此,育种团队进行了创新,运用现代分子生物技术即基因芯片检测技术,只需将2000株水稻叶片磨碎,并通过一定化学方法提取DNA,用机器识别即可锁定需要的20株最强基因的株系。在这一过程中,因为同一个DNA一次可以检测2万个碱基,“人工海选”秒变基因芯片的“精准识别”,效率和精准率大大提高。光是这一环节,团队育种时间便可以缩短1年左右。

“水稻基因大概有3.7万个,我们通过基因芯片筛选亲本,筛选了50多个基因,最终能有效利用的重要基因为15—20个。”广西农科院水稻研究所杨行海研究员说,凭借现代分子生物技术,育种团队首次找到了广西抗病虫害最强基因的材料。

当然,筛选最强基因还只是“开了个头”。检测到了优质基因之后,研究人员还需要将选中的几个目标优质基因有机结合,“生”出结合优质基因的后代。

“打个比方,我们需要在口感好的材料里导入抗病性强和亩产高的基因,并让3个基因‘美美与共’。”阎勇说,这又是一块难啃的硬骨头。“有好多次,我们千辛万苦在口感好、产量高的骨干材料里导入抗病性强的基因,在试验田种植后却发现水稻产量不理想,强强联合没有达到预期的结果。”

经过反复摸索,又是现代生物技术化解了难题。以前,只能由团队成员凭经验判断这株材料是否聚合了优质目标基因,判断结果经常有偏差。一旦使用没有稳定聚合优质基因的材料去杂交,后代达到目标的几率便降低。这个过程不仅耗材费力,还占用了团队的宝贵时间。

如今,科研人员通过基因芯片检测目标基因的遗传背景,就能快速判断出哪些株系比较稳定地聚合了目标优质基因,再经过靶向选择,精选出基因稳定聚合的材料,这时候去杂交,能达到事半功倍的效果。“通俗地说,以前聚合5个基因,可能需要5年时间,现在使用分子生物技术后,聚合5个基因最少可缩短2年。”阎勇表示。

一步领先,带来步步优先。

在提高水稻单产方面,基因芯片检测再创佳绩。一直以来,广西优质稻稻穗长且着粒稀疏,导致单穗产量低。团队靶向导入北方粳稻稻穗着粒密的优质基因后,广西优质稻得以改良,稻穗枝梗丛生,颗粒数增多,单株产量随之提高。

C 引领华南优质稻发展新方向

起早贪黑,加班加点,记不清试验田里种了多少水稻,实验室里奋战了多少个日夜……16年磨一剑,优质米香万家。

利用基因芯片,育种团队的科研道路越走越开阔,先后育成了7个高产优质绿色杂交稻新品种。其中,“丰田1A”攻克了华南稻区杂交稻软米优质和高抗病虫难以兼顾的难题,利用不育系“丰田1A”和恢复系“桂恢553”配组育成杂交品种“丰田优553”,这是广西第一个获认定绿色超级稻品种,2015年入选农业主推品种,2016年通过超级稻认定,2019年被认定为绿色超级稻;比过去生产上主推品种平均增产7.5%、常规栽培节氮30%,曾以1500万元转让经营权,创造了国内单品种单区域转让价格新高。

近3年,“丰田优”系列品种累计推广1173.3万亩,新增优质稻谷5.7亿公斤,节约成本4.61亿元,新增产值46亿元。2022年,“绿色超级稻丰田优553等系列品种选育与应用”项目获广西科技进步一等奖。

此外,该成果以广西、广东为中心辐射海南、福建以及越南、老挝、柬埔寨等国,在应用中实现每亩减施尿素6.5公斤、减药1—2次,产出稻谷每公斤以高出市场的售价被争相收购。

中国工程院万建民院士表示,育种团队的成果在产量提升、多基因聚合和育成品种特征特性等方面创新显著,攻克了优质、高产、抗病虫融合选育的技术难题,极大提升了杂交稻优质化育种水平。而且,其育成亲本和集成技术被33家研究机构引进应用,引领了华南优质杂交稻产业发展新方向。

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