育種家羅利軍：從上海出發(fā)，種全國(guó)的田

本篇報(bào)道圍繞2020年度國(guó)家科學(xué)技術(shù)進(jìn)步獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)項(xiàng)目“水稻遺傳資源的創(chuàng)制保護(hù)和研究利用”展開(kāi)。該項(xiàng)目由上海市農(nóng)業(yè)生物基因中心研究員、首席科學(xué)家羅利軍領(lǐng)銜的研究團(tuán)隊(duì)完成。

羅利軍看起來(lái)像農(nóng)民。他戴著草帽，經(jīng)常下田，臉被曬得黑紅。作為一位扎根土地的農(nóng)業(yè)科學(xué)家和水稻育種專(zhuān)家，他的研究成果也在這片他深?lèi)?ài)的土地上孕育而生。他說(shuō)，育種是一門(mén)藝術(shù)，他離不開(kāi)土地?！捌贩N不好的話(huà)，老百姓會(huì)罵你的?！?/p>

水稻是我國(guó)最重要的糧食作物之一。近年來(lái)，水稻種植過(guò)程中耗水量大，化肥農(nóng)藥施用量增加。中國(guó)現(xiàn)有耕地中，有70%是中低產(chǎn)田。羅利軍瞄準(zhǔn)了這類(lèi)耕地。他帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)培育的節(jié)水抗旱稻，甚至種在旱地里畝產(chǎn)也能高達(dá)600公斤。目前年栽種面積已經(jīng)超過(guò)500萬(wàn)畝。

2021年11月3日，羅利軍領(lǐng)銜的團(tuán)隊(duì)獲得了2020年度國(guó)家科學(xué)技術(shù)進(jìn)步獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)。這是上海市農(nóng)業(yè)領(lǐng)域研究成果首次獲得這一獎(jiǎng)項(xiàng)。該獲獎(jiǎng)項(xiàng)目還針對(duì)亞非國(guó)家的生態(tài)條件選育了32個(gè)新品種，推廣生產(chǎn)，產(chǎn)生了顯著的國(guó)際影響，有助于“一帶一路”建設(shè)。

種水稻也要“節(jié)水+節(jié)能減排”？

10萬(wàn)年前，野生水稻就已經(jīng)分布在長(zhǎng)江下游地區(qū)，為先民利用、馴化水稻提供了條件；約1.1萬(wàn)年前，水稻實(shí)現(xiàn)馴化，從而開(kāi)啟了稻作農(nóng)業(yè)的起源。這是中國(guó)科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所等單位在國(guó)際學(xué)術(shù)期刊《科學(xué)》（Science）上在線(xiàn)發(fā)表的論文中報(bào)告的發(fā)現(xiàn)。

時(shí)至今日，人們?nèi)栽诓粩嗟嘏嘤拘缕贩N。

“一般而言，生產(chǎn)一公斤稻谷需要消耗一噸淡水?！绷_利軍說(shuō)。但這種方式不可持續(xù)。中國(guó)水資源有限，是全球嚴(yán)重缺水的國(guó)家之一。據(jù)羅利軍介紹，在我國(guó)4.5億畝的水稻田中，有1.8億畝缺水。北方部分稻區(qū)地下水超采，南方部分稻區(qū)旱災(zāi)頻發(fā)。此外，在4.5億畝水稻田以外，中國(guó)還有大量的鹽堿地、灘涂地可以利用。

羅利軍決定在1.8億畝缺水的水稻田中“做文章”，他的目標(biāo)是，至少讓5000萬(wàn)畝水稻田在缺水的條件下實(shí)現(xiàn)高產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)。羅利軍表示，我國(guó)的超級(jí)稻育種較好地解決了高產(chǎn)稻田的問(wèn)題，但是中低產(chǎn)田的問(wèn)題也要解決，還比較難，同時(shí)要考慮到節(jié)水。這是羅利軍算的“大賬”?！拔乙恢闭J(rèn)為水稻（育種）的發(fā)展方向應(yīng)該是：從國(guó)家層面上來(lái)講，是資源節(jié)約、環(huán)境友好；從農(nóng)民的角度上，是農(nóng)田增值、農(nóng)民增收?！绷_利軍說(shuō)。

他帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)培育的節(jié)水抗旱稻既可以像水稻一樣在水田里進(jìn)行節(jié)水栽培，又可以像小麥一樣在旱地種植。

創(chuàng)新的源頭：在上海研究農(nóng)業(yè)，有前途嗎？

民以食為天。農(nóng)業(yè)事關(guān)糧食安全。

“（但）農(nóng)業(yè)是不受待見(jiàn)的?！绷_利軍直言，“一杯星巴克要賣(mài)幾十塊錢(qián)，一斤稻子才賣(mài)兩塊錢(qián)?！薄澳囊惶?，大家不（爭(zhēng)著）讀清華、北大，（而爭(zhēng)著）讀農(nóng)學(xué)院了，農(nóng)業(yè)的地位就高了?！?/p>

身處上海大都市，羅利軍表示，他不僅要種上海的田，還要種全國(guó)的田?！吧虾２哦啻竺娣e？我們應(yīng)該是原始創(chuàng)新的一個(gè)源頭?！薄吧虾５霓r(nóng)業(yè)研究，要產(chǎn)科學(xué)技術(shù)，要產(chǎn)優(yōu)良品種，而不僅僅是產(chǎn)糧食?！?/p>

2003年，羅利軍團(tuán)隊(duì)培育出世界上第一個(gè)旱稻不育系“滬旱1A”，并選育出中國(guó)南方第一個(gè)節(jié)水抗旱稻品種，實(shí)現(xiàn)了節(jié)水抗旱雜交稻零的突破。羅利軍因此被稱(chēng)為“從稻種資源寶庫(kù)中不斷挖掘金礦的農(nóng)業(yè)基因?qū)＜摇薄?/p>

經(jīng)過(guò)10多年的努力，羅利軍團(tuán)隊(duì)已經(jīng)培育出秈型、粳型、雜交和常規(guī)四個(gè)系列的節(jié)水抗旱稻品種（組合），并在生產(chǎn)上大面積推廣應(yīng)用。如今，羅利軍團(tuán)隊(duì)選育的節(jié)水抗旱稻用一噸水可以產(chǎn)1.36公斤至1.4公斤稻谷，它的水資源利用效率提高了30%以上。

在不降低產(chǎn)量和米質(zhì)的前提下，節(jié)水抗旱稻可少灌水53.3%，少施化肥47.7%，而且大幅度地減少了農(nóng)業(yè)面源污染。其中，總氮和總磷的排放量分別降低69%和36.6%，農(nóng)藥使用量減少80%以上，碳排放量也大幅度減少，從而實(shí)現(xiàn)了“資源節(jié)約、環(huán)境友好、農(nóng)田增值、農(nóng)民增收”的綠色農(nóng)業(yè)生產(chǎn)目標(biāo)。

把論文寫(xiě)在大地上：育種是一門(mén)藝術(shù)

長(zhǎng)在山上的水稻，你見(jiàn)過(guò)嗎？早在1988年，羅利軍在廣西進(jìn)行稻種資源考察時(shí)，第一次見(jiàn)到了傳統(tǒng)的旱稻。

當(dāng)?shù)厣矫裢ㄟ^(guò)放火燒山，清理出山坡空地，然后直接撒播或點(diǎn)播種子。每年10月中下旬，他們就開(kāi)始上山收割。雖然產(chǎn)量較低，但望著滿(mǎn)山的旱稻，羅利軍被其頑強(qiáng)的生命力震撼。他意識(shí)到，如果能整合旱稻的優(yōu)勢(shì)，培育出新品種，就能為水稻種植開(kāi)辟新思路。

羅利軍和團(tuán)隊(duì)研究發(fā)現(xiàn)，旱稻產(chǎn)量之所以較差，原因可能是產(chǎn)量基因與抗旱基因連鎖，且作用相反。他培育出了第一個(gè)兼顧抗旱性狀和高產(chǎn)性狀的新型旱稻品種——節(jié)水抗旱稻。通過(guò)聚合旱稻品種的抗旱性與水稻品種的高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)特性，羅利軍團(tuán)隊(duì)先后育成包括雜交和常規(guī)等多個(gè)系列在內(nèi)的節(jié)水抗旱稻。

然而，節(jié)水抗旱稻只是羅利軍眾多的科研成果之一。他和團(tuán)隊(duì)獲得2020年度國(guó)家科學(xué)技術(shù)進(jìn)步獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)的項(xiàng)目包括三個(gè)方面的成果：第一個(gè)是打造水稻種質(zhì)資源保護(hù)與利用平臺(tái)，第二個(gè)是“整個(gè)基因的挖掘，是理論的創(chuàng)新”，第三個(gè)是選育出一大批優(yōu)良品種，并進(jìn)行了大面積推廣。

“育種是科學(xué)與藝術(shù)的結(jié)合?！彼f(shuō)，“目前，在我們沒(méi)有完全把抗旱的機(jī)理搞清楚的情況下，常規(guī)的育種是最有效的。反過(guò)來(lái)講，在這個(gè)基礎(chǔ)上改變了抗病抗蟲(chóng)（的性狀），那么現(xiàn)代生物技術(shù)是有效的?！?/p>

通俗地講，育種是通過(guò)一定的方法，把好的品種培育并選擇出來(lái)，然后加以推廣。選品種就是在選基因組合。好的品種根本上是基因?qū)用嫔系摹皟?yōu)異”，加上良好的田間管理，最終獲得豐收。想辦法把好的基因搭配在一起，組合在一起，再選出來(lái)，這是育種家的工作。而把基因搭配起來(lái)的方法，包括雜交或者基因編輯、修飾等操作，它們帶來(lái)的都是基因?qū)用娴母淖?，最終表現(xiàn)在品種的性狀上。

基因是什么？

動(dòng)植物的遺傳信息主要儲(chǔ)存在長(zhǎng)長(zhǎng)的DNA（脫氧核糖核酸）鏈中?；蚩梢员豢醋魇且欢位驇锥蜠NA，它是決定著農(nóng)作物優(yōu)良性狀的遺傳物質(zhì)的最小單位。而育種，就是篩選不同的基因，然后組合在一起。

從野生稻到馴化后的水稻，在上萬(wàn)年的馴化過(guò)程中，人們累積出一個(gè)金礦一樣的水稻基因?qū)殠?kù)。

為了讓育種這門(mén)“藝術(shù)”更加精湛，羅利軍帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)搭建了全球最大的水稻功能基因資源庫(kù)。歷時(shí)20年，他們?cè)谌蚍秶鷥?nèi)收集、保存和評(píng)價(jià)水稻種質(zhì)資源，建立了國(guó)內(nèi)領(lǐng)先、國(guó)際先進(jìn)的“一庫(kù)三系統(tǒng)”種質(zhì)資源保護(hù)和利用體系，實(shí)現(xiàn)了種質(zhì)資源庫(kù)全程信息化可追溯管理。他們將全球93個(gè)科，360個(gè)種，總共23萬(wàn)余份種質(zhì)資源收集至上海。在高稈和矮稈、糯性和非糯性、抗倒伏和易倒伏等各類(lèi)性狀中，篩選出最適合在中國(guó)土地上耕種的、能夠提高產(chǎn)量的種質(zhì)資源。

羅利軍致力于挖掘不同的高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、抗旱、抗病、抗蟲(chóng)等基因，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行創(chuàng)新：研究抗旱機(jī)理，進(jìn)一步提高相關(guān)品種的抗旱性；把產(chǎn)量做得像超級(jí)稻那么高；改善種植過(guò)程中的整套栽培技術(shù)，提高抗病蟲(chóng)害的能力；改良米質(zhì)，以適應(yīng)不同地區(qū)人民的愛(ài)好。

“最后一步必須到田里去?！绷_利軍強(qiáng)調(diào)，“在實(shí)驗(yàn)室里，它看上去很好，但這跟田間實(shí)際環(huán)境完全是兩碼事?！?/p>

羅利軍和他的團(tuán)隊(duì)還設(shè)立了“1522”發(fā)展目標(biāo)：要在國(guó)內(nèi)實(shí)現(xiàn)新增水稻種植面積1億畝，增產(chǎn)500億公斤，減少200億噸水稻生產(chǎn)用水，減少200億公斤二氧化碳當(dāng)量的碳排放。

羅利軍辦公室的墻上掛著一幅書(shū)法作品：大稻自然。他帶領(lǐng)著團(tuán)隊(duì)在金色的稻田里一往無(wú)前。