“国家队”的育种革命

当产量增加时，大米的质量不一定好。美味的大米不一定能抵抗病虫害...世界上有完美的米饭吗？

这是中国科学院院士、中国科学院遗传与发育生物学研究所研究员李嘉阳一直在思考的问题。多年来，李佳阳团队一直试图通过科技手段找到种植“完美”水稻的方法。

10月30日至31日，由中国科学院遗传发展研究所在江苏省沭阳县青一湖农场组织的专家组对“嘉优中科1号”水稻进行了人工种植和直接种植的实生产量测定。平均亩产量分别达到913公斤/亩和909.5公斤/亩，试种“嘉优中科1号”水稻1.4万多亩，平均理论产量为900公斤/亩。

站在丰收的试验田里，李嘉阳感到他们奋斗多年的梦想正在现实中得到反映。

传统育种的尴尬

中国是一个农业大国。水稻、小麦等主要农作物的持续稳定生产，对于保障我国粮食安全和农业可持续发展具有重要的现实和战略意义。

自古以来，长江中下游就是中国的主要水稻产区之一，历史上一直是水稻育种和生产水平很高的地区。

"但是在过去的20年里，这个地区的水稻生产进入了一个缓慢增长的时期."中国科学院遗传发展研究所所长杨说:“主要表现为产量与早熟、品质、抗病虫和抗逆性等其他优良性状之间的矛盾。特别是在当前高产栽培条件下，个体与群体的矛盾，产量与生育期的矛盾更加突出。”

同时，常规育种也遇到了发展瓶颈。在育种周期长(通常需要10年左右)、品种间遗传多样性窄、效率低、盲目性和经验性的限制下，农业科技工作者越来越难以培育出突破性的优良品种。

幸运的是，近年来基因组学、计算生物学、系统生物学、合成生物学和其他新兴学科的快速发展为复杂生物性状的遗传调控网络分析带来了机遇，也为育种技术的创新带来了新的希望。

种植“完美”的水稻

2013年8月，中国科学院科技战略试点项目(甲级)“分子模块设计育种创新系统”启动。通过4个项目、12个项目、64个子项目和144个任务项目，2100多名科学家将尝试用最新的科技手段引发一场育种革命。

"种业是好农业的关键."李嘉阳说:“种子看起来很小，但做好它并不容易。它的科技含量很高。我们认为，中国科学院作为国家农业科技的重要战略力量，有责任在传统育种技术的创新过程中发挥作用。”

在试点项目的支持下，李家洋团队与浙江省嘉兴市农业科学院合作，应用“分子模块设计”育种的理念和技术，开发了超高产、早熟、抗稻瘟病的杂交粳稻新品种“嘉优中科1号”、“嘉优中科2号”和“嘉优中科3号”，解决了长江中下游稻区主要品种长期产量停滞、品质差、抗病性弱、退化严重的问题。与此同时，三个杂交粳稻新品种“嘉优中科”1号、2号和3号“嘉优中科”系列也在全国和各省参加。

今年，李嘉阳团队与江苏当地企业合作，在青衣湖农场搭建了14000多亩“嘉友中科一号”示范薄膜和嘉友中科系列品种小规模示范，向周边辐射近8万亩种植面积。

“嘉友中科”系列是一个具有主导功能的新型品种，在普通农民眼中，可以说是大米中的“特殊之物”。这些新品种不仅具有理想株型的超级稻株型，而且具有高产、多抗、早熟、抗倒伏等优点。它们不仅实现了水稻超高产与抗性改良的完美结合，而且实现了种植区域的北移，在长江中下游地区具有广阔的推广前景。

通过工业设计种植谷物

用李嘉阳的话说，“分子模块设计”就像组装一台电脑。一般来说，育种专家可以结合相关的水稻基因模块来生产种子，以满足“如同工厂生产工业产品一样方便”的需求。

与常规育种技术相比，“分子模块设计”育种不仅克服了育种周期长、偶然性大、育种效率低的缺点，而且能准确改善现有品种的缺点，实现多个优良性状的聚合。李嘉阳希望随着项目的进一步发展，水稻种植能够满足特殊人群的个性化需求，如糖尿病。

在专项实施的四年中，从“分子模块”到“设计品种”的现代生物技术育种创新体系初步建立，这是颠覆传统育种技术的大胆实践和成功探索。未来，除水稻外，专项还将针对小麦、鲤鱼等农副产品，实现高产、稳产、优质、高效多模块高效组装，为培育新一代超级品种创造系统解决方案和新的育种技术，为保障中国粮食安全提供核心战略支撑。

正如中国科学院植物研究所党委书记钟康所说:“我们的目标不仅是培育几个新品种，而且要在理论上有所突破，推动传统育种技术体系升级，引领分子育种，确保国家粮食安全。”