推進黑龍江水稻品種創(chuàng)新保障國家糧食安全

■ 潘國君 趙海新 陳書強

黑龍江是我國重要的商品糧基地，糧食總產(chǎn)量約占全國的十分之一。2018 年9 月，習(xí)近平總書記在黑龍江考察調(diào)研時強調(diào)，“中國糧食，中國飯碗”。把飯碗端在自己手里，種子是關(guān)鍵。近年來，黑龍江圍繞解決種源問題，從加大種子研發(fā)力度，到應(yīng)用先進育種技術(shù)，全方位發(fā)力。

一、從我國水稻三次綠色革命看品種創(chuàng)新的重要性

我國14 億多人口，大多數(shù)以稻米為主要食物，稻米在支撐我國糧食安全方面具有支柱作用。雖然我國水稻種植面積位居世界第二，與種植面積最大的印度相差2000 多萬公頃，僅是其60%左右，但是總產(chǎn)量卻是世界第一，這足以說明我國在水稻科技方面相對于印度及其他國家的領(lǐng)先程度。這一成就與新中國成立后，我國在水稻科技領(lǐng)域出現(xiàn)的三次綠色革命息息相關(guān)。這三次革命分別是：水稻矮化育種、雜交稻育種和超級稻育種。第一次綠色革命水稻矮化育種由廣東省農(nóng)科院黃耀祥院士提出并實踐，以1959 年水稻品種“廣場矮”的育成，標志著理論成為現(xiàn)實。矮化育種解決了水稻倒伏減產(chǎn)、收獲指數(shù)和產(chǎn)量不高的問題，開辟了水稻育種的新途徑，對后來水稻株型的發(fā)展產(chǎn)生了根本性的影響，是中國水稻育種史的第一個里程碑，引領(lǐng)了中國農(nóng)業(yè)第一次綠色革命，為解決中國人民的溫飽問題發(fā)揮了巨大作用。第二次綠色革命以1970 年袁隆平院士團隊成員李必湖發(fā)現(xiàn)的“野敗”為起始，通過一批科學(xué)家10 余年的努力，以1980 年“汕優(yōu)63”的成功育成推廣，標志著“三系雜交水稻”獲得成功，1985 年“光周期敏感核不育水稻”的育成標志著“兩系法雜交水稻技術(shù)”獲得成功。第二次綠色革命是第一次綠色革命的延續(xù)，許多水稻界科學(xué)家如顏龍安、謝華安、石明松等均作出了重大標志性貢獻。1996年由沈陽農(nóng)業(yè)大學(xué)楊守仁先生等建議實施的超級稻育種計劃項目“水稻超高產(chǎn)育種”獲得農(nóng)業(yè)部支持，列入了國家重大科研項目，由此拉開了水稻第三次綠色革命序幕，由此水稻產(chǎn)量逐年躍升，到今日已突破18000kg/hm2，袁隆平院士為此作出了重大貢獻。經(jīng)歷三次綠色革命過后，水稻產(chǎn)業(yè)的進一步發(fā)展與提升，需要新的理論與尖端技術(shù)解決，方能使我們繼續(xù)站在水稻產(chǎn)業(yè)的前沿。

二、從龍江水稻品種創(chuàng)新成就看保障國家口糧安全的可行性

黑龍江省水稻種植面積、總產(chǎn)、人均生產(chǎn)量和商品量全國第一，是我國糧食安全的“壓艙石”。2019 年黑龍江省水稻種植面積5718.9 萬畝，占全國粳稻種植面積50%左右，總產(chǎn)2663.5萬噸，人均生產(chǎn)稻谷量710.1 公斤，是全國平均水平（149.7公斤）的4.7倍，商品量2327.2萬噸。

“十三五”期間，全省水稻品種獲得省部級以上成果獎勵20 項，其中，國家科技進步二等獎1 項?！昂卦缇緝?yōu)質(zhì)高產(chǎn)多抗龍粳新品種選育及應(yīng)用”于2017 年獲得國家科技進步二等獎，并入選國家“十三五”十大農(nóng)業(yè)科技標志性成果，標志著我國寒地早粳稻育種取得了歷史性重大突破，在產(chǎn)量、抗性、適應(yīng)性、應(yīng)用面積等方面超過國內(nèi)外同類稻區(qū)的著名品種，達到世界領(lǐng)先水平。其中“龍粳31”最大年種植面積1692 萬畝（2013 年），占全國粳稻品種面積的15.1%，創(chuàng)全國粳稻年種植面積的歷史紀錄，累計種植面積超過1.0 億畝，最大種植面積近20年全國第一?！褒埦?1”等系列品種在寒地稻作區(qū)的覆蓋率從2003 年最低谷的4.6%上升到2013 年最高的50.8%，日本品種“空育131”從2004年最高的53.8%下降到現(xiàn)在的零種植。

近年來，黑龍江省水稻品種創(chuàng)新能力顯著增強。一是新品種數(shù)量大幅增加。據(jù)統(tǒng)計，1982～2020 年全省審定品種538 個，其中2016～2020年審定266個，占49.4%。二是品種的食味品質(zhì)國內(nèi)領(lǐng)先?！拔鍍?yōu)稻4 號”連續(xù)三屆獲得黑龍江中國國際大米節(jié)金獎和全國第一屆、第三屆優(yōu)質(zhì)米評選金獎，“龍稻18”“松粳28”“松粳22”“益農(nóng)稻12號”“松粳29”獲得第一屆和第三屆全國優(yōu)質(zhì)米評選金獎。三是新品種權(quán)保護數(shù)量大幅增加。據(jù)統(tǒng)計，全省申請植物新品種權(quán)787 個，其中，2016～2020 年申請植物新品種權(quán)527 個，占總數(shù)的67.0%；全省獲得植物新品種權(quán)320 個，其中，2016～2020 年獲得植物新品種權(quán)262 個，占總數(shù)的81.9%。四是水稻種業(yè)綜合實力明顯提升。近年來全省水稻種業(yè)綜合實力在全國排名持續(xù)上升，墾豐種業(yè)、富爾農(nóng)藝、龍粳種業(yè)等常規(guī)稻經(jīng)營量進入全國前五強?！笆濉逼陂g，由企業(yè)審定品種127 個，占審定數(shù)量的47.7%，2020年企業(yè)審定品種70個，占審定數(shù)量的56.5%。

三、從寒地水稻育種存在的問題定位未來發(fā)展目標

一是種質(zhì)資源遺傳基礎(chǔ)狹窄，選育突破性大品種難度增大。寒地稻作區(qū)特殊的生態(tài)環(huán)境決定了品種的特殊性，由于水稻生育期短、活動積溫少，國內(nèi)外許多品種很難正常成熟，因而造成種質(zhì)資源與我國其他地區(qū)相比要少。據(jù)統(tǒng)計，我省在1956 年、1962 年和1982 年進行了3次品種資源征集工作，共征集了1406 份材料，經(jīng)過整理歸并和篩選，保存了838 份材料，其中304 份（地方品種125 份、審定品種108 份、國外品種71 份）貯藏在國家資源庫中，2005 年再次入庫86 個審定品種。黑龍江目前共保存的水稻種質(zhì)資源材料2060份（審定品種302份，農(nóng)家品種177 份，品系1510 份，國外品種71 份），保存在哈爾濱種質(zhì)資源庫中，占全國的4.1%，其中貯藏在國家資源庫中的寒地水稻種質(zhì)資源材料390 份，約占全國的0.78%。目前，我省對現(xiàn)有種質(zhì)資源有利基因挖掘得少，只是停留在保存狀態(tài)，且在育種過程中創(chuàng)制的許多中間材料隨著新品種的育成而完成，沒有很好地保存，有許多品種在審定1～2 年后連原品種種子都找不到。而且，品種同質(zhì)化相對較高，可用于育種的關(guān)鍵新種質(zhì)材料缺乏，選擇親本難度大。由此可以看出，寒地水稻種質(zhì)資源的匱乏程度，種質(zhì)資源創(chuàng)新與新品種選育的難度。

二是現(xiàn)代分子生物技術(shù)與傳統(tǒng)育種技術(shù)結(jié)合不緊密，缺少頂層設(shè)計和統(tǒng)籌。目前分子生物學(xué)在非主要農(nóng)藝性狀上的研究較多，在主要農(nóng)藝性狀上研究較少，而傳統(tǒng)育種則最關(guān)注的就是主要農(nóng)藝性狀關(guān)鍵基因挖掘和利用。非主要農(nóng)藝性狀研究相對容易，主要農(nóng)藝性狀研究相對較難并且耗時較長。如寒地水稻生產(chǎn)一直存在稻瘟病和低溫冷害頻發(fā)問題，嚴重影響穩(wěn)產(chǎn)，而在早粳稻育種中缺少抗病和抗冷的基因，目前已鑒定出大約100 個抗稻瘟病基因和500個抗病基因相關(guān)的數(shù)量性狀位點，在水稻基因組中被鑒定和定位的基因中，已有37 個抗稻瘟病基因被成功克隆，但真正在寒地水稻育種中能夠應(yīng)用的卻很少，耐冷基因大多數(shù)是苗期的，而寒地水稻育種中存在的問題主要是生育中期的障礙型冷害和生育后期的灌漿期冷害。因此，要針對生產(chǎn)中存在的主要問題，做好頂層設(shè)計，統(tǒng)籌兼顧各方，改變評價體系，面向生產(chǎn)需求，聯(lián)合攻關(guān)。

三是品種與水稻產(chǎn)業(yè)發(fā)展需求有差距，食味品質(zhì)還存在差距。首先，“五優(yōu)稻4 號”（稻花香類）雖然食味很好，在國內(nèi)處于領(lǐng)先地位，但與日本“越光”品種還有差距，還需要進一步提高其口感和冷飯的食味品質(zhì)。在我省，“五優(yōu)稻4 號”類優(yōu)良食味專用高端米品種需求大、呼聲高，但生產(chǎn)上可應(yīng)用品種數(shù)極少，主要因其綜合性狀差、整精米率低、抗倒能力差。其次，近年來品種審定數(shù)量越來越多，但生產(chǎn)上應(yīng)用的高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)多抗突破性大品種極少，造成品種同質(zhì)化現(xiàn)象比較嚴重。再次，區(qū)域分布不均衡，突出問題也不一致，黑龍江省第一積溫區(qū)水稻品種食味優(yōu)良，但抗倒性差、產(chǎn)量和整精米率低；第二積溫區(qū)水稻品種品質(zhì)優(yōu)良，但抗稻瘟病性差、產(chǎn)量較低；第三積溫區(qū)水稻品種綜合性狀優(yōu)良，抗性好、產(chǎn)量高，外觀品質(zhì)和加工品質(zhì)優(yōu)良，但食味品質(zhì)與“五優(yōu)稻4號”相比還有差距。

四是缺少領(lǐng)軍人才和穩(wěn)定性支持的研發(fā)團隊。水稻育種是一項長期連續(xù)的工作，育成一個水稻品種最快也需要10 年以上，因此需要有一個穩(wěn)定的研發(fā)團隊長期堅守，久久為功。還要有領(lǐng)軍人才統(tǒng)領(lǐng)創(chuàng)新團隊，特別是國家級的領(lǐng)軍人才。同時，育種等相關(guān)儀器設(shè)備不足，也影響品種選擇效率?，F(xiàn)代分子生物技術(shù)和傳統(tǒng)育種都離不開先進的儀器設(shè)備，目前各育種部門用于水稻育種的品質(zhì)分析檢測、分子生物學(xué)研究相關(guān)儀器、稻瘟病抗性鑒定、冷害鑒定、耐肥抗倒篩選等儀器設(shè)備不足，田間試驗設(shè)施和農(nóng)機設(shè)備不完善。

要解決以上問題，應(yīng)科學(xué)制定到2025 年目標：育成新品種30 個，并獲得植物新品種權(quán)，創(chuàng)制優(yōu)異育種新材料60 份，新品種推廣3000 萬畝。其中，突破性、綜合性狀好的大品種3 個，優(yōu)良食味專用高端品種3 個，第一、二、三積溫區(qū)分別各1 個，普通品種品質(zhì)達國標二級米以上標準，第一積溫區(qū)推廣200 萬畝，第二積溫區(qū)推廣1000 萬畝，第三積溫區(qū)推廣1800 萬畝。第一積溫區(qū)育成新品種10 個，4 個品種食味達國標一級米，產(chǎn)量指標500 公斤/畝；5 個品種達國標二級米，產(chǎn)量指標550 公斤/畝；1 個優(yōu)良食味專用高端品種，食味達到“五優(yōu)稻4 號”水平，產(chǎn)量增產(chǎn)5%，抗病、抗倒、整精米率等重要性狀優(yōu)于“五優(yōu)稻4 號”。第二積溫區(qū)育成新品種10個，其中，3個品種食味達國標一級米，產(chǎn)量指標520 公斤/畝；6 個品種達國標二級米，產(chǎn)量指標570 公斤/畝；1 個優(yōu)良食味專用高端品種，食味達到“五優(yōu)稻4 號”水平，產(chǎn)量增產(chǎn)5%，抗病、抗倒、整精米率等重要性狀優(yōu)于“五優(yōu)稻4 號”。第三積溫區(qū)育成新品種10 個，其中，1 個品種食味達國標一級米，產(chǎn)量指標520 公斤/畝；8 個品種達國標二級米，產(chǎn)量指標600 公斤/畝；1 個優(yōu)良食味專用高端品種，食味接近“五優(yōu)稻4 號”水平，產(chǎn)量增產(chǎn)5%，抗病、抗倒、整精米率等重要性狀優(yōu)于“五優(yōu)稻4號”。

四、多方舉措實現(xiàn)水稻種質(zhì)資源創(chuàng)新確保國家糧食安全

按區(qū)域建設(shè)種子低溫貯藏庫，加快保存入庫各育種單位的中間材料。目前全省水稻育種單位超過100 家，每家都有幾千甚至上萬份中間材料，這其中有很多有利的基因，但都是隨著新品種的育成，因為沒有保存的地方，中間材料全部丟棄，這是極大的資源浪費。要加快應(yīng)用生物技術(shù)手段發(fā)掘和創(chuàng)造種質(zhì)資源新材料，應(yīng)用分子標記等生物技術(shù)手段對原有的地方品種、審定品種和一些中間材料進行鑒定、發(fā)掘、定位重要目標基因，進一步歸并整理保存入庫，同時與常規(guī)、生物技術(shù)等手段有機結(jié)合，對重要目標基因?qū)嵤┒ㄏ蜻x擇和累加，有目標地創(chuàng)制育種新材料。

做好頂層設(shè)計，組建分子和表型育種專家團隊，對重要的農(nóng)藝性狀開展分子與表型深層次全方位系統(tǒng)研究，構(gòu)建培育大品種技術(shù)體系。加快轉(zhuǎn)變分子生物技術(shù)研究的“脫實向虛”，要面向寒地早粳稻生產(chǎn)主要問題，如稻瘟病、冷害、倒伏、食味品質(zhì)、產(chǎn)量以及廣適性等主要農(nóng)藝性狀開展分子生物學(xué)研究，并與傳統(tǒng)表型育種相結(jié)合，創(chuàng)建分子與表型育種技術(shù)體系，開創(chuàng)“頂天立地”研究新模式。對進入到創(chuàng)新團隊人員，按中長期目標進行考核，建立穩(wěn)定的長期獎勵和評價機制，重新構(gòu)建分子生物學(xué)評價新體系。政府要從政策、資金、管理等方面向創(chuàng)新團隊傾斜，加大對研發(fā)人員科研經(jīng)費、福利待遇、獎勵績效、職稱晉升等支持保障力度。

面向市場需求和問題導(dǎo)向，建立長期穩(wěn)定的品種資源發(fā)掘、鑒定和品種創(chuàng)新研發(fā)團隊，保證按需培育新品種，保障國家糧食安全。根據(jù)寒地水稻生態(tài)特點組建不同區(qū)域的品種創(chuàng)新攻關(guān)團隊，按區(qū)域的主要問題開展新品種攻關(guān)，寒地早粳稻第一積溫區(qū)在保證現(xiàn)有食味品質(zhì)的前提下重點提高產(chǎn)量、抗倒、抗病和整精米率。寒地早粳稻第二積溫區(qū)全方位提高產(chǎn)量、抗病、抗倒和食味品質(zhì)，寒地早粳稻第三積溫區(qū)在現(xiàn)有產(chǎn)量和抗性的前提下提高食味品質(zhì)和抗倒能力。

加大政策扶持力度，強化科技和人才支撐。加大財政扶持力度，將寒地早粳稻育種經(jīng)費列入到各級財政預(yù)算，建立連續(xù)穩(wěn)定的投入機制；創(chuàng)設(shè)重大優(yōu)質(zhì)水稻新品種選育推廣后補助獎勵機制，對年推廣面積超過100 萬畝以上的重大品種按貢獻多少分類獎勵，其中50%可以作為科研人員獎勵資金。建立完善水稻品種資源、技術(shù)成果有條件共享、入股分紅和權(quán)益按比例分配的開發(fā)利用機制，加強科企合作，支持和鼓勵科研人員到企業(yè)兼職兼薪，掛職以及離崗創(chuàng)業(yè)等政策進一步細化落地，推動水稻科研育種人才、資源向企業(yè)流動，調(diào)動科研人員和種業(yè)創(chuàng)新積極性。