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        提升水稻品種潛力 保障口糧安全

        2021-02-27 14:36:24王敬國
        奮斗 2021年7期
        關鍵詞:粳稻種業(yè)種質(zhì)

        ■ 王敬國

        科技是第一生產(chǎn)力,農(nóng)業(yè)科技自然就是農(nóng)業(yè)的第一生產(chǎn)力。種子作為農(nóng)業(yè)科技中重要的一環(huán),隨著時代的進步和科技的發(fā)展,它的地位也從“農(nóng)業(yè)八字憲法”的第四位提升到了農(nóng)業(yè)“芯片”的高度,成為了保障國家糧食安全的重要籌碼。

        農(nóng)業(yè)農(nóng)村部的數(shù)據(jù)顯示,我國農(nóng)作物自主選育品種面積占比超過95%,水稻、小麥兩大口糧作物品種能實現(xiàn)100%自給,玉米、大豆等種源立足國內(nèi)有保障,我國種子供應總體上有保障,而且風險可控。幾十年來,雖然我國現(xiàn)代種業(yè)發(fā)展成果顯著,但是種業(yè)自主創(chuàng)新能力相對較弱,一些領域和環(huán)節(jié)受制于人的現(xiàn)象有逐漸加重的趨勢。因此,必須盡早突破關鍵技術,在農(nóng)業(yè)“芯片”領域全面清除“卡脖子”現(xiàn)象。

        近期國家層面召開的多次會議,都反復提及種子和耕地的問題。今年的全國“兩會”,種子問題廣受關注。農(nóng)業(yè)農(nóng)村部也表示,正在會同有關部門研究制定打好種業(yè)翻身仗行動方案,力求用10年左右的時間,實現(xiàn)重大突破。

        確保谷物基本自給,保證口糧絕對安全,關乎國家和民族的生存與發(fā)展。隨著人民生活水平的不斷提高,我國稻米市場對粳米的需求還將持續(xù)增長。黑龍江省是全國粳稻第一大省,產(chǎn)量潛力大、米質(zhì)優(yōu)、商品率高,內(nèi)銷外貿(mào)前景廣闊,在保障我國糧食尤其是“口糧”安全方面,具有舉足輕重的地位。然而新形勢下,水稻種植面積很難再擴大,而單產(chǎn)又長期沒有突破性提高,未來可能面臨優(yōu)質(zhì)粳米難以滿足人口增長實際需求的窘境,更可能無法滿足主糧消費提檔升級的發(fā)展趨勢。千方百計地發(fā)展粳稻生產(chǎn),特別是黑龍江省的優(yōu)質(zhì)粳稻生產(chǎn),增加優(yōu)質(zhì)粳米總產(chǎn)量,對于確保我國口糧安全和社會穩(wěn)定,都將具有重要戰(zhàn)略意義。

        一、關于水稻種質(zhì)資源和黑龍江省水稻品種

        (一)中國水稻種質(zhì)資源的收集、評價和利用情況

        國家種質(zhì)資源庫長期庫中保存有7.2萬份左右的水稻種質(zhì)資源,大約占世界保存量的17%。主要包括地方品種、選育品種、國外引進種質(zhì)、三系資源、野生稻、遺傳材料等幾大部分。其中,地方品種占比最大,達到71%左右,國外引進資源占12.5%左右,育成品種占8%左右;秈稻大約占63%,粳稻大約占37%。

        這7.2萬份的種質(zhì)資源全部完成了形態(tài)性狀和生物學特性的鑒定,38%左右的資源完成了抗鹽、抗冷、抗旱等抗逆性鑒定,85%左右的資源完成了稻瘟病、白葉枯病、稻飛虱等抗病蟲鑒定,45%左右的資源完成了主要品質(zhì)性狀的測定,也開展了針對以上性狀的數(shù)量性狀位點和基因研究。

        雖然開展了比較廣泛的資源評價和遺傳研究,但是這些保存的種質(zhì)資源幾乎95%以上從未在育種中被利用。很多種質(zhì)資源常常存在不利基因的連鎖,采用常規(guī)方法很難打破這種連鎖,這就增加了種質(zhì)資源利用的難度。要利用種質(zhì)資源中的有利基因,現(xiàn)在更提倡借助分子標記實現(xiàn)其重組和向優(yōu)良品種背景的轉(zhuǎn)育。

        (二)黑龍江省水稻種質(zhì)資源情況

        黑龍江省因為極端的氣候條件,而被學術界定義為寒地稻作區(qū)。生長季節(jié)短,熱量條件差,從南到北相差10 個緯度,大于10℃的活動積溫從2900℃左右迅速降低至1900℃左右,只能種植早熟粳稻。此外,由于黑龍江省遠離亞洲栽培稻的起源中心,而且現(xiàn)代稻作歷史僅有100 余年,因此可供育種利用的種質(zhì)資源來源范圍非常有限,主要是:第一,日本和朝鮮半島;第二,吉林和遼寧;第三,極少數(shù)量的地方品種;第四,其他粳稻種植省份或國家。

        黑龍江省育成的品種和創(chuàng)制的種質(zhì)資源數(shù)量相對于國內(nèi)其他省份來說非常少。例如,在國家種質(zhì)資源庫長期庫中保存的7.2 萬份資源中,來自于黑龍江省的種質(zhì)資源僅有幾百份。

        (三)黑龍江省水稻品種選育與應用情況

        截至2020年,黑龍江省共審定568個水稻品種(含認定)。其中20 世紀60 年代育成9 個,70年代育成6個,80年代育成23個,90年代育成49個,21世紀前10年育成110個,21世紀第二個10年育成371個。其中,兩個品種在中國推廣面積最大的常規(guī)稻中,排名第二位和第四位;9 個品種被農(nóng)業(yè)農(nóng)村部認定為超級稻品種。

        2020年,全省水稻種植面積為5951萬畝,應用了443 個水稻品種。其中11 個品種推廣面積在100 萬畝以上,15 個品種推廣面積在50 萬畝以上,70個品種推廣面積在10萬畝以上。

        二、黑龍江省水稻育種的瓶頸

        廣袤的黑土地、雨熱同季的光溫水資源、高水平的農(nóng)業(yè)機械化、強勁的科技支撐、快速進步的生產(chǎn)技術,這些優(yōu)勢成就了黑龍江省優(yōu)質(zhì)粳稻生產(chǎn)第一大省的地位。但是,在水稻育種研發(fā)層面還存在著亟須解決的瓶頸問題,主要表現(xiàn)在以下幾個方面:

        (一)遺傳基礎狹窄

        黑龍江省因為特殊的地理位置和品種特性,可供育種利用的親本和優(yōu)異種質(zhì)數(shù)量少,地理來源和親緣關系相近,難于創(chuàng)造和利用強雜種優(yōu)勢,因此造成后代性狀變異幅度小、品種遺傳基礎狹窄,制約了品種生產(chǎn)潛力的大幅度提升和突破性大品種的選育,并對黑龍江省水稻的安全生產(chǎn)帶來潛在的威脅。例如,在品種抗性遺傳基礎上導致稻瘟病和冷害的大面積發(fā)生。

        (二)種質(zhì)資源評價和創(chuàng)新進展緩慢,方法單一

        很長時間以來,黑龍江省水稻種質(zhì)資源的評價和利用主要依靠各家育種單位完成,研究力量不集中,重復工作嚴重。資源引進、創(chuàng)制的受重視程度高,但實際效果與預期仍有差距。資源研究和評價主要利用人工方式完成,多局限于形態(tài)特征及農(nóng)藝性狀的鑒定與描述,對育種指導作用有限。

        黑龍江省水稻品種選育和種質(zhì)創(chuàng)新的方法單一。在截至2020 年審定(認定)的568 個水稻品種中,僅有2個品種采用外源總DNA轉(zhuǎn)導技術育成。其余566 個品種中,541 個由雜交育種育成,25個由選擇育種育成。評價和創(chuàng)新的不足,限制了資源利用水平和效率的進一步提高。

        (三)種業(yè)領域與現(xiàn)代農(nóng)業(yè)要求不完全適應

        創(chuàng)新能力方面,育種材料深度評價不足,育種力量分散,復合型人才缺乏,技術、人才和資源主要集中在大專院校和科研院所,向企業(yè)流動不暢。種業(yè)企業(yè)方面,商業(yè)化育種體系尚未完全建立,種企數(shù)量多,但大多數(shù)規(guī)模小、研發(fā)能力弱、競爭能力不強。種子生產(chǎn)能力方面,良種繁育基地建設滯后,繁育基礎設施薄弱,抗自然災害風險能力不高。

        (四)知識產(chǎn)權保護仍需加強

        知識產(chǎn)權是種業(yè)發(fā)展的生命線。種業(yè)知識產(chǎn)權中最常見的是植物新品種權。2019 年,農(nóng)業(yè)農(nóng)村部受理農(nóng)業(yè)植物新品種權申請首次突破5000件,相當于最初十年的申請總和,年度申請量連續(xù)3 年位居世界第一。但是無法確定的是到底有多少品種被侵權。水稻作為自交作物,很容易發(fā)生資源材料的丟失和侵權現(xiàn)象。我國現(xiàn)行法律側(cè)重品種保護,但是對種質(zhì)資源保護不夠,也對原始育種創(chuàng)新保護不足。

        三、黑龍江省水稻種業(yè)發(fā)展亟待解決的問題

        由于邊疆省份的實際情況,黑龍江省從事水稻科研的各家單位對高素質(zhì)人才的吸引力偏低,與國內(nèi)領先學術機構之間業(yè)務交流和聯(lián)系仍然不夠密切,在平臺建設、人才培養(yǎng)、資源利用與分子育種領域存在巨大的合作和提升空間。

        (一)建設高水平創(chuàng)新團隊

        重視農(nóng)業(yè)高校在種業(yè)人才培養(yǎng)上的基礎作用,發(fā)揮科研單位和農(nóng)企在種業(yè)人才培養(yǎng)上的提升作用。創(chuàng)新人才、智力和技術在高校、科研單位和企業(yè)間的共享與流動機制。以我省在寒地粳稻研究領域的優(yōu)秀科研平臺為基礎,積極申報各級重點實驗室,尤其是國家級重點實驗室。以重點實驗室建設為依托,以穩(wěn)定的經(jīng)費支持為保障,以高端人才聚集與培養(yǎng)為目標,形成銜接有序、配置合理的創(chuàng)新團隊,為水稻產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展提供智力儲備和人才支撐,全面促進黑龍江省水稻科研創(chuàng)新能力建設。

        (二)建設種質(zhì)資源創(chuàng)新合作平臺

        全面掌握現(xiàn)有資源信息是資源創(chuàng)新和品種選育的基礎,因此亟待建設省級種質(zhì)資源創(chuàng)新合作平臺,為資源合理利用、我省獨特資源的知識產(chǎn)權保護、重要基因挖掘提供研發(fā)平臺,并闡明其育種價值。平臺開展的主要工作包括:有針對性地引進種質(zhì)資源;利用表型組學技術開展資源性狀評價;利用多組學技術探明性狀遺傳基礎,發(fā)掘優(yōu)異基因源;通過輪回選擇、群體改良、輔助選擇、基因編輯等技術加強資源的創(chuàng)新與利用,以便更有效地服務育種實踐。

        平臺的建設,應涵蓋高校、科研單位和種子企業(yè)等不同單位,以充分發(fā)揮各單位的定位、職能和優(yōu)勢。建議確保平臺的公益屬性,突出人才培養(yǎng)和社會服務的雙重功能,兼顧基礎研究和應用研究兩個重點,使平臺的社會效益和經(jīng)濟效益最大化。

        (三)提升分子育種技術應用的廣度和深度

        建立分子育種公共技術平臺,面向社會提供全面的技術服務。針對重要性狀,挖掘定位相關基因位點及有利等位基因,開發(fā)功能標記,實現(xiàn)高通量輔助選擇;對有重大應用前景的優(yōu)異基因進行精細定位、克隆及轉(zhuǎn)基因研發(fā);加速基因編輯手段在寒地粳稻種質(zhì)創(chuàng)制和新品種選育中的應用;建立規(guī)模化高效單倍體育種技術體系。

        (四)提高單產(chǎn),改善品質(zhì),選育突破性品種

        加強育種理論與技術研究,提升育種能力,探索進一步提高水稻生產(chǎn)潛力和改善品質(zhì)的可行途徑。針對我省不同生態(tài)區(qū)的需求,加強育種材料的創(chuàng)新,培育產(chǎn)量潛力高、適應性廣的超級稻品種;加強品質(zhì)育種研究,培育適于高端消費市場需求的優(yōu)質(zhì)品種;適度培育適于輕簡栽培的品種;加快選育滿足生產(chǎn)需求的突破性品種,促進水稻產(chǎn)業(yè)的健康快速發(fā)展。

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