文/陳海波
56.5億公斤,這是2020年我國糧食生產(chǎn)比上一年增加的產(chǎn)量,實現(xiàn)“十七連豐”。這樣的成果并不容易,中國農(nóng)科院近日公布的一組數(shù)據(jù)顯示:我國小麥2020年播種面積比2011年減少2700萬畝(1畝≈666.7平方米),但產(chǎn)量增加1300萬噸;水稻2020年播種面積比2011年減少393.6萬畝,但產(chǎn)量增加897.7萬噸。
中國農(nóng)科院副院長、中國工程院院士萬建民說:“一減一增的背后,是科技的力量。”從育種、栽培,到灌溉、病蟲害防控,糧食生產(chǎn)的各個環(huán)節(jié)都需要科技的助力。其中,良種培育是極為關(guān)鍵的一環(huán)。近年來,我國培育了一批糧食作物新品種,從種源上為提高糧食產(chǎn)量和品質(zhì)提供了保障。這里,我們不妨看看平時接觸最多的四大糧食作物——小麥、水稻、玉米、大豆,它們中有哪些新品種從實驗室走向田間地頭,讓中國的糧倉更充實,餐桌更豐富。
我國是世界上最大的小麥生產(chǎn)國和消費國。“小麥連續(xù)六年總產(chǎn)在1.3億噸以上,這對于1.27億噸的消費量而言,剛剛好,沒有太多的富余。”中國農(nóng)科院作物科學研究所副所長劉錄祥說。
不過,這只是當前“剛剛好”。劉錄祥指出,未來我國人口還會增加,2030年小麥要實現(xiàn)1.7億噸的產(chǎn)量,那就要求我們每年產(chǎn)量增加2%。
每年增產(chǎn)2%,難度有多大?我們先看看最近一個十年的變化:2011年我國小麥單產(chǎn)(平均畝產(chǎn))322.55公斤,2020年增至382.8公斤,增幅18.68%,年均增長1.87%。這個增長率與2%很接近,是如何實現(xiàn)的?
要想產(chǎn)量好,首先得種子好。萬建民介紹,“十三五”期間,中國農(nóng)科院圍繞小麥全產(chǎn)業(yè)鏈開展了“藏糧于技”重大科研任務,新育成一批具有國際領(lǐng)先水平的小麥新品種。而且,我國小麥生產(chǎn)品種全部為國產(chǎn)自育,也就是說不依賴國外的種子。
如“中麥175”是我國第一個同時通過國家水地和旱肥地兩個區(qū)域?qū)彾ǖ乃导嬗眯推贩N,實現(xiàn)了我國冬小麥育種的新突破,是北部冬麥區(qū)推廣面積最大的品種;“中麥578”在2020年河南焦作實打驗收,畝產(chǎn)達到841.5公斤,創(chuàng)下黃淮麥區(qū)強筋小麥高產(chǎn)紀錄。
培育一個新品種,需要做許多基礎(chǔ)研究。近年來,我國小麥育種基礎(chǔ)研究取得許多突破。比如,中國農(nóng)科院作科所首次攻克利用冰草屬優(yōu)異基因改良小麥的國際難題,創(chuàng)制了一批多粒、廣譜抗病性強且產(chǎn)量高的育種新材料;克隆抗旱基因培育的抗旱小麥水分利用效率提高15%以上、產(chǎn)量提高10%以上。
在小麥基因組測序、基因克隆、高通量分子標記檢測、基因編輯以及分子育種技術(shù)等方面,中國農(nóng)科院與歐美發(fā)達國家保持同步,部分領(lǐng)域處于領(lǐng)先水平。近年來,中國農(nóng)科院完成了小麥基因組660K 芯片構(gòu)建、太谷核不育基因的克隆和基因編輯等工作。
對于未來小麥新品種設(shè)計,劉錄祥呼吁加大重大科學設(shè)施的支撐。他認為,要從基礎(chǔ)資源的深度解析、優(yōu)異基因的深度挖掘和重大戰(zhàn)略品種的設(shè)計這三個目標去謀劃小麥品種研究的科學設(shè)施。通過科學設(shè)施支撐,爭取每年有一些戰(zhàn)略性的基因資源和新品種的產(chǎn)出。
幾年前到某個小飯店吃飯,當時你是否感覺米飯的味道太差,很難接受?而現(xiàn)在隨便進哪一家路邊小店,你是否覺得米飯味道還不錯?這背后的原因是,中國的水稻品種培育已由以往追求單產(chǎn)的提升向品質(zhì)改良的方向發(fā)展。
比如,中國水稻研究所胡培松院士團隊選育的“華浙優(yōu)261”香型優(yōu)質(zhì)雜交稻,是優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)高效廣適性新品種,達到農(nóng)業(yè)行業(yè)《食用稻品種品質(zhì)》標準一級。“華浙優(yōu)261”產(chǎn)量高,最大的優(yōu)勢是米質(zhì)優(yōu),整精米率達到70%以上,稻米細長透亮,食味好。
“最近太湖流域培育的軟米,也基本能夠接近日本的大米。中國水稻研究所和湖南農(nóng)科院、廣東農(nóng)科院選育的秈米,有些品種已經(jīng)達到泰國香米的味道?!比f建民說,與小麥一樣,我國生產(chǎn)上應用的水稻品種全部為國產(chǎn)自育。
在水稻育種基礎(chǔ)研究方面,我國也取得了突破性進展。比如,中國農(nóng)科院通過建立功能基因組學、蛋白組學、代謝組學等研究平臺,成功解析水稻產(chǎn)量、外觀、柱形和抗性等重要性狀形成的分子基礎(chǔ),建立了從“分子模塊”到“設(shè)計型品種”的現(xiàn)代生物技術(shù)育種創(chuàng)新體系,整體處于國際領(lǐng)先水平。
玉米已成為我國第一大糧食作物。“十三五”期間,我國玉米產(chǎn)量占糧食作物39.3%,單產(chǎn)由2015年的393公斤提高到2020年的421公斤。
“玉米產(chǎn)業(yè)的蓬勃發(fā)展得益于新品種培育不斷突破,自育品種面積提高到90%以上,優(yōu)質(zhì)專用、綠色高效品種大幅度增加?!比f建民說。
由于我國并非玉米的起源地,玉米種質(zhì)資源的豐富程度與一些國家有差距。國家玉米產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系首席專家李新海透露:“5年前,跨國公司選育的玉米品種占我國玉米播種面積比例達到15%?!?/p>
但是,在玉米育種基礎(chǔ)與應用基礎(chǔ)研究領(lǐng)域,我們不甘落后。中國農(nóng)科院開展了玉米種質(zhì)資源保護與創(chuàng)新研究,創(chuàng)新基因編輯、轉(zhuǎn)基因、全基因組選擇等遺傳改良技術(shù),驅(qū)動玉米種業(yè)新發(fā)展。
中國農(nóng)科院建立了我國玉米種質(zhì)資源安全保護體系,安全保存3萬余份種質(zhì)資源。通過研究,闡明了我國玉米種質(zhì)資源遺傳多樣性,揭示了現(xiàn)代玉米育種過程全基因組選擇與遺傳改良規(guī)律;成功克隆了多個與玉米株型建成、耐密性、耐鹽、抗粗縮病與抗倒伏性緊密相關(guān)的基因,并闡明了遺傳機制;開發(fā)從基因組DNA 序列預測基因表達調(diào)控模式的人工神經(jīng)網(wǎng)絡模型,為實現(xiàn)人工智能輔助定向育種奠定基礎(chǔ)。
“十三五”期間,中國農(nóng)科院育成“中單123”“中單111”等高產(chǎn)抗逆宜機收新品種10個。比如,“中單111”表現(xiàn)出早熟、抗倒、落粒損失率低等優(yōu)勢,在新疆奇臺創(chuàng)畝產(chǎn)超過1570公斤的紀錄。
由于耕地資源和水資源有限,為保障口糧絕對安全,我國在糧食作物的布局上優(yōu)先保障小麥、水稻和玉米,導致大豆種植“朝邊緣地方轉(zhuǎn)移”?!笆濉逼陂g,我國適宜大豆種植的東北地區(qū)中南部和黃淮海地區(qū)中北部大豆面積嚴重萎縮,而光溫條件較差的東北北部高寒地區(qū)和旱澇嚴重、土壤板結(jié)的黃淮海南部成為新的大豆集中產(chǎn)區(qū),大豆生產(chǎn)的立地條件明顯惡化。
產(chǎn)量的高低和立地條件的好壞有直接關(guān)系,大豆生長環(huán)境變得惡劣,產(chǎn)量還能增長嗎?
能!2020年,我國大豆平均畝產(chǎn)132.4公斤,比2016年提高11.0%?!霸谥鳟a(chǎn)區(qū)立地條件欠佳的不利形勢下,大豆單產(chǎn)水平的提高,得益于科技進步?!比f建民說。
萬建民介紹,“十三五”期間,“合農(nóng)95”“黑農(nóng)84”等大豆新品種成功選育并大面積推廣種植,同時大壟密植、淺埋滴管、免耕覆秸等技術(shù)模式不斷成熟,良種良法結(jié)合刷新小面積高產(chǎn)紀錄,創(chuàng)造大面積高產(chǎn)典型。比如,“中黃37”蛋白質(zhì)含量高、籽粒大,成為黃淮海地區(qū)主栽品種之一;“中黃30”抗旱耐蔭,成為西北地區(qū)主栽品種;“中黃901”早熟高產(chǎn),抗大豆灰斑病,適宜東北北部種植;“中黃39”適宜種植區(qū)域從北緯20度到40度,是我國種植區(qū)域緯度跨度最大的大豆品種。(據(jù)《光明日報》)■