尋找破解 水稻育種難題的“鑰匙”

李竟涵

金秋稻浪滾滾，在位于安徽省合肥市的安徽省農(nóng)業(yè)科學(xué)院濱湖水稻試驗示范基地里，有這樣一片水稻展示田與眾不同。這里種植的水稻類型豐富，植株高矮不一，株型、穗型和谷粒形狀多樣，劍葉有長有短，籽粒有大有小，大穗、多粒和多蘗是共同特點。如此豐富的水稻資源類型，吸引了來自全國21個省（市、自治區(qū)）65家科研院校和企業(yè)的150多名水稻育種人。

這片稻田里展示的就是目前我國水稻育種急需的優(yōu)異性狀突出、具有重要利用價值的水稻優(yōu)異種質(zhì)資源。日前，由中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物科學(xué)研究所和中國水稻研究所聯(lián)合主辦、安徽省農(nóng)業(yè)科學(xué)院水稻研究所承辦的全國水稻優(yōu)異種質(zhì)資源現(xiàn)場展示會在安徽合肥舉行。力求將通過精準鑒定和種質(zhì)創(chuàng)制途徑獲得的水稻優(yōu)異種質(zhì)資源與行業(yè)分享，及時有效服務(wù)于水稻育種等相關(guān)領(lǐng)域的科學(xué)研究，促進育種和種業(yè)的快速發(fā)展。

保存——每次突破都有它的身影

中國是亞洲栽培稻的原產(chǎn)地之一，稻作歷史長達上萬年，擁有豐富的水稻種質(zhì)資源。截至2017年，我國國家種質(zhì)庫共保存水稻種質(zhì)資源84935份，其中地方稻種占比最高，有51501份。地方稻種中，又以來自廣西的最多，有8546份，其次是云南、貴州。

樣本量的數(shù)字還僅僅是表面，對于水稻新品種選育，乃至國家種業(yè)發(fā)展和糧食安全，穩(wěn)定的種質(zhì)資源更是不可或缺。

“水稻種質(zhì)資源是育種和新基因發(fā)掘的重要物質(zhì)基礎(chǔ)，是維護國家糧食安全和種業(yè)健康發(fā)展的重要戰(zhàn)略性資源。”中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物研究所所長劉春明表示，“盡管不同時期水稻育種目標各不同，但可以說，我國每一次水稻育種的重大突破，都與對優(yōu)異種質(zhì)資源的發(fā)掘和利用密切相關(guān)。”

以水稻矮化育種為例，20世紀50年代，水稻仍以高稈品種為主，易倒伏，阻礙產(chǎn)量的提高。而隨著矮腳南特、矮仔占、低腳烏尖、廣場矮13等矮稈資源的發(fā)掘利用，我國的水稻矮化育種取得了重大突破，育成了一批抗倒伏、葉面積和收獲指數(shù)高的品種，水稻增產(chǎn)30%～50%。

無獨有偶，20世紀70年代，也正是一株野敗不育系的發(fā)現(xiàn)，為雜交水稻育種打開了突破口。

“如今全球氣候異常多變，干旱、鹽害、冷害、熱害日益頻發(fā)，稻瘟病、紋枯病、稻曲病、黑條矮縮病、南方黑條矮縮病、褐飛虱等病蟲害的發(fā)生嚴重，對水稻育種提出了更高的要求?！敝袊r(nóng)業(yè)科學(xué)院作物科學(xué)研究所研究員韓龍植告訴筆者，“不再是單純追求產(chǎn)量增加，如今的水稻育種在產(chǎn)量、品質(zhì)、抗病蟲、抗逆性等方面都面臨嚴峻挑戰(zhàn)，篩選育種急需優(yōu)異種質(zhì)資源?！本唧w到種質(zhì)資源的利用方式，韓龍植介紹，目前主要將篩選的優(yōu)異種質(zhì)在育種中作親本利用，同時以優(yōu)異種質(zhì)作為基因源，發(fā)掘優(yōu)異基因并利用于育種。

篩選——“千里挑一”的“種質(zhì)軍團”

歷時兩年，從29個精準鑒定點5680份資源中篩選優(yōu)異種質(zhì)320份，這是我國水稻種質(zhì)資源工作取得的成果，然而曾幾何時，作為水稻種質(zhì)資源大國，我們的利用率卻并不高。

為了喚醒“沉睡”在種質(zhì)庫里的優(yōu)異資源，近年來，由中國農(nóng)科院作物科學(xué)研究所和中國水稻研究所牽頭，陸續(xù)在吉林、遼寧、湖北、浙江、江西等地舉辦了多場水稻優(yōu)異種質(zhì)資源現(xiàn)場展示與觀摩會。

“要舉辦這樣一場觀摩會并不容易，本次現(xiàn)場共展示的320余份水稻優(yōu)異種質(zhì)資源，都是精挑細選，可謂‘千里挑一?！卑不帐∞r(nóng)業(yè)科學(xué)院副院長李澤福介紹。

“為了保證能夠篩選出優(yōu)異的水稻種質(zhì)資源，我們首先選擇覆蓋全國所有6個稻作生態(tài)區(qū)、包括29個?。ㄊ小^(qū)）的5680份水稻種質(zhì)資源，其中北方粳稻2660份、南方粳稻615份、秈稻2405份。”韓龍植告訴筆者。

但這還只是第一步，接下來，育種家們還要再根據(jù)水稻對光溫反應(yīng)較敏感的特點以及各稻作區(qū)對育種材料的需求特點，確定北至東北、南抵廣西的7個生態(tài)鑒定點。北方生態(tài)點鑒定以粳稻為主，南方生態(tài)點鑒定以秈稻和南方粳稻為主，每個點鑒定3000份種質(zhì)資源，從中初篩出190份溫光反應(yīng)相對遲鈍的優(yōu)異種質(zhì)。

在此基礎(chǔ)上，還要確定22個鑒定點，進一步對水稻種質(zhì)資源的抗病蟲性、抗逆性、耐直播、耐低磷、低鎘積累、高光效等進行精準鑒定。其中僅抗稻瘟病一項，就要在4個鑒定點對5250份材料進行鑒定。

“有時為了觀察抗逆性，就要正確選擇適宜鑒定的一些環(huán)境條件。比如水稻耐冷性鑒定，就是在云南嵩明海拔1920米的試驗地進行的?！表n龍植說，“最終從2403份粳稻種質(zhì)資源中，篩選出空殼率小于10%的耐冷性極強的種質(zhì)298份?！?/p>

此次現(xiàn)場展示的320份種質(zhì)資源，就是用了兩年多時間，從5680份材料中篩選出來的優(yōu)異種質(zhì)，具有溫光反應(yīng)遲鈍、優(yōu)質(zhì)（直鏈淀粉含量低、口味佳等）、抗病蟲（稻瘟病、黑條矮縮病、南方黑條矮縮病、紋枯病、稻曲病、褐飛虱等）、抗逆（冷、旱、鹽、熱）、耐直播、耐低氮、高光效、低鎘積累等優(yōu)異特性，對破解水稻育種難題、推動種業(yè)發(fā)展具有重要價值。

利用——“共享育種”應(yīng)用超2.5億畝

優(yōu)質(zhì)的資源有了，如何有效利用，讓這些資源真正變成各個地區(qū)急需的品種，也有學(xué)問。

正午時分，觀摩會現(xiàn)場艷陽高照，寧夏農(nóng)科院研究員安永平卻顧不上擦一把臉上的汗，一手拿著列有水稻種質(zhì)名稱的表格，一手掂起稻穗看穗數(shù)、觀察株型，還不時在表格上寫寫畫畫。

“我這次來主要是想尋找有抗稻瘟病基因的種質(zhì)資源?！卑灿榔礁嬖V筆者，稻瘟病是寧夏水稻生產(chǎn)的主要病害，但目前水稻育種中缺乏可利用的抗稻瘟病資源，他這次來，就是想找到兼顧豐產(chǎn)又抗稻瘟病的優(yōu)異種質(zhì)。

中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物科學(xué)研究所博士馬小定告訴筆者：“我們給每位與會代表都發(fā)放了表格，大家可以根據(jù)各自的育種目標，遞交所需要的水稻種質(zhì)名單，我們將在12月份統(tǒng)一將這些材料郵寄給各用種單位?！?/p>

資源不僅僅向科研院校開放，企業(yè)也可以“淘到寶”。現(xiàn)場就有不少種子企業(yè)帶著發(fā)展中遇到的難題“有備而來”。

一排排水稻種質(zhì)資源看下來，豐樂種業(yè)科研主管吳曉亮很滿意，他找到了好幾個高抗稻瘟病、耐高溫的水稻種質(zhì)?！拔覀兘赇N往廣東、廣西的水稻品種，稻瘟病抗性有所降低，例如中抗變成中感，所以我這次來就想找找高抗稻瘟病的。此外，近年來各地持續(xù)高溫多發(fā)，尤其是去年和今年，水稻抽穗時都趕上高溫，空殼率比較高，影響了水稻產(chǎn)量，急需耐高溫品種?！庇^摩結(jié)束時，他已經(jīng)將自己需要的種質(zhì)名單遞交給主辦單位。

而華智水稻種質(zhì)創(chuàng)新總監(jiān)彭俊華更關(guān)注的則是抗病性好的優(yōu)異基因：“我們引進優(yōu)異種質(zhì)資源后會將優(yōu)異基因挖掘出來，為其他育種單位提供平臺服務(wù)?！贝送?，他還希望找到抗南方黑條矮縮病的優(yōu)異基因?！叭ツ昴戏胶跅l矮縮病在一些稻田大面積發(fā)生，導(dǎo)致水稻減產(chǎn)嚴重，要攻克這一難題，離不開優(yōu)異的種質(zhì)資源?！?/p>

隨著資源與育種和種業(yè)的合作交流日益緊密，大大推動了我國水稻育種的持續(xù)發(fā)展，為保障糧食安全也做出了積極貢獻。據(jù)統(tǒng)計，2000年以來，以地方稻種、骨干親本為供體，與推廣品種雜交，創(chuàng)制表現(xiàn)高產(chǎn)、抗病、抗逆等水稻優(yōu)異種質(zhì)360個。還創(chuàng)建了水稻種質(zhì)創(chuàng)制技術(shù)體系和資源共享服務(wù)利用平臺，共享培育具有高產(chǎn)、抗病、抗逆等特性的水稻新品種145個，累計應(yīng)用面積超過2.5億畝。