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育种家罗利军,水稻也要“节水+节能减排”?

2024-10-28

2003年,罗利军团队培育出世界上第一个旱稻不育系“沪旱1A”,并选育出中国南方第一个节水抗旱稻品种,逐步完成三系配套,实现了节水抗旱杂交稻零的突破。罗利军因此被称为“从稻种资源宝库中不断挖掘金矿的农业基因专家”。

经过10多年的努力,罗利军团队已经培育出包括籼型、粳型、杂交和常规四个系列的节水抗旱稻品种(组合),并在生产上大面积推广应用。

如今,罗利军团队选育的节水抗旱稻用一吨水可以产1.36公斤至1.4公斤稻谷,它的水资源利用效率提高了30%以上。

在不降低产量和米质的前提下,节水抗旱稻可少灌水53.3%,少施化肥47.7%,而且大幅度地减少农业面源污染。其中,总氮和总磷的排放量分别降低69.0%和36.6%,农药使用量减少80%以上,大幅度减少碳排放,从而实现了“资源节约、环境友好、农田增值、农民增收”的绿色农业生产目标。

把论文写在大地上:育种是一门艺术

长在山上的水稻,你见过吗?

早在1988年,罗利军在广西进行稻种资源考察,他第一次见到了传统的旱稻。

当地山民通过放火烧山,清理出山坡空地,然后直接撒播或点播种子。10月中下旬,他们就开始上山收割。

虽然产量较低,但望着满山的旱稻,罗利军被其顽强的生命力震撼。他意识到,如果能整合旱稻的优势,培育出新品种,就能为水稻种植开辟新思路。

罗利军和团队研究发现,旱稻之所以产量往往较差,原因可能是产量基因与抗旱基因连锁,且作用相反。

他培育出了第一个兼顾抗旱性状和高产性状的新型旱稻品种——节水抗旱稻。通过聚合旱稻品种的抗旱性与水稻品种的高产优质特性,罗利军团队先后育成包括杂交和常规多个系列的节水抗旱稻。

节水抗旱稻只是罗利军众多的科研成果之一。

他告诉澎湃科技,获得2020年度国家科学技术进步奖一等奖的项目包括三个方面:第一个是水稻种质资源保护与利用平台,第二个是“整个基因的挖掘,是理论的创新”,第三个是选育出一大批优良品种,并进行了大面积推广。

“育种是科学与艺术的结合。”他说,“目前,(在)我们没有完全把抗旱的机理搞清楚的情况下,常规的育种是最有效的。反过来讲,在这个基础上改变了抗病抗虫(的性状),那么现代生物技术是有效的。”

通俗地讲,育种是通过一定的方法,把好的品种培育并选择出来,然后加以推广。选品种就是在选基因组合。好的品种,根本上是基因层面上的“优异”,加上良好的田间管理,最终获得丰收。想办法把好的基因搭配在一起,组合在一起,再选出来,这是育种家的工作。而把基因搭配的方法,包括杂交或者基因编辑、修饰等操作,它们带来的都是基因层面的改变,最终表现在品种的性状上。

基因是什么?

动植物的遗传信息主要储存在长长的DNA(脱氧核糖核酸)链中。基因可以被看作是一段或几段DNA,它是决定着农作物优良性状的遗传物质的最小单位。而育种,就是筛选不同的基因,然后组合在一起。

从野生稻到驯化后的水稻,上万年的驯化过程中,累积出一个金矿一样的水稻基因宝库。

为了让这门“艺术”更加精湛,罗利军带领团队搭建了全球最大的水稻功能基因资源库。历时20年,他们在全球范围内收集保存和评价水稻种质资源,建立了国内领先、国际先进的“一库三系统”的种质资源保护和利用体系,实现种质资源库全程信息化可追溯管理。他们将全球93个科,360个种,总共23万余份种质资源收集至上海。在高秆和矮秆、糯性和非糯性、抗倒伏和易倒伏等各类性状中,筛选最适合中国土地上耕种的、能够提高产量的种质资源。

罗利军致力于挖掘不同的高产、优质、抗旱、抗病、抗虫等基因,在此基础上进行创新:研究抗旱机理,进一步提高相关品种的抗旱性;把产量要做得像超级稻那么高;改善在种植过程中的整套栽培技术,提高抗病虫害的能力;改良米质,以适应不同地区人民的爱好。

“最后一步必须要到田里去。”罗利军强调,“在实验室里,它看上去很好,但这跟田间实际环境完全是两码事。”“品种不好的话,老百姓会骂你的。”

罗利军和他的团队还设立了“1522”发展目标:要在国内实现新增水稻种植面积1亿亩,增产500亿公斤,减少200亿吨水稻生产用水,减少200亿公斤二氧化碳当量的碳排放。

他办公室的墙上挂着一幅书法作品:大稻自然。罗利军的声音温和、坚定。他带领着团队在金色的稻田里一往无前。

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