瞭望｜破解水稻种业密码，专访中科院院士钱前
◆ 我国水稻种植面积稳定在3000万公顷以上，2021年稻谷平均单产达到474公斤/亩，世界上水稻种植面积最大的10个国家中，中国单产水平最高
◆ 我国的水稻育种经历了矮化育种、杂种优势利用和超级稻培育三次飞跃，不但实现种源基本自给自足，良种覆盖率超过96%，还奠定了水稻育种科研水平国际领先地位
◆ 水稻育种面临新的任务和挑战，一是加强我国种质资源关键核心技术原创性，二是加强生物技术和信息技术等系统融合与集成应用，加快新型产品和多性状叠加产品研发
文 |《瞭望》新闻周刊记者 扈永顺
水稻是我国第一大口粮作物。我国常年种植水稻面积占全世界水稻面积的20%，2011年以来，我国稻谷产量连续十年稳定在2亿吨以上，为确保口粮绝对安全作出了战略贡献。
水稻稳产增产，离不开良种支撑。我国的水稻育种经历了矮化育种、杂种优势利用和超级稻培育三次飞跃，不但实现种源基本自给自足，良种覆盖率超过96%，还奠定了水稻育种科研水平国际领先地位。
当前，随着我国农村社会结构转型、劳动力大量转移，农业机械化、数字化、智能化的迅速发展，水稻育种面临新的任务和挑战，一是加强我国种质资源关键核心技术原创性，二是加强生物技术和信息技术等系统融合与集成应用，加快新型产品和多性状叠加产品研发。
应对挑战，我国水稻育种的重点是什么？中国科学院院士、中国农业科学院作物科学研究所所长钱前接受《瞭望》新闻周刊专访时表示，要在种质资源规模化发掘、智慧育种、合成生物学等基础理论和前沿技术方面实现新突破，推进种质资源创制和育种向精准化、高效化、智能化发展，研发出新型优质绿色高效新品种，提高资源要素投入产出比。
中国水稻育种五大方面国际领先
《瞭望》：我国的水稻育种研究在国际上处于领先位置，具体体现在哪些方面？
钱前：我国的水稻育种经历了矮化育种、杂种优势利用和超级稻培育三次飞跃，经历了育种目标从产量到高抗、优质和高产并重，育种理念从高产优质逐步提升为少投入、多产出、环境友好的转变。其间伴随引领“第一次绿色革命”的矮化育种以及三系杂交稻培育、二系杂交稻培育、亚种间杂种优势利用、理想株型育种和绿色超级稻培育等6个重要历程。整体看，我国的水稻育种研究在国际上处于领先位置，体现在五大方面。
种质资源方面，在水稻起源与演化、全基因组遗传变异和资源挖掘等方面科研实力强劲，建立了水稻种质资源保存、精准鉴定和基因组分析等技术体系；
育种基础研究方面，在国际上率先构建了水稻全基因组序列框架图，解析了产量、株型、品质、抗性等多种重要性状形成的分子基础，克隆了一批具有重大育种价值的新基因，并逐步应用于品种改良；
育种技术方面，现代生命科学的飞速发展驱动作物育种新理论和新方法不断突破，我们在国际上首次创建了可固定杂种优势的水稻无融合生殖育种技术，建立了“分子模块”到“设计型品种”的现代生物技术育种创新体系；
品种选育和产量提升方面，近年来水稻品种审定数量大幅增加，优质品种不断增多，良种供应能力持续提高。水稻种植面积稳定在3000万公顷以上，2021年稻谷平均单产达到474公斤/亩，世界上水稻种植面积最大的10个国家中，中国单产水平最高；
在水稻生产模式方面，创建了水稻产量、品质与资源利用效率协同提高、抗逆稳产、精准轻简化绿色增产集成模式。
这其中，水稻基因设计育种从理论到实践我国都走在国际前列。本世纪初，我国科学家就提出了水稻基因设计育种将成为第三次水稻育种突破口的观点。我先后主编了《水稻分子育种技术指南》和《水稻基因设计育种》两部专著，系统介绍了水稻分子标记辅助育种的基本原理与方法，从技术与应用的层面，规划了水稻分子设计育种的具体实施路线。
在长期的育种实践和理论思考基础上，李家洋院士团队、韩斌院士团队和我们共同提出了理想株型与籼—粳杂种优势相结合的未来超级杂交稻分子设计模型，通过精准分子设计与全基因组分子标记辅助育种技术，组合亚种间优良等位基因，培育具有籼—粳杂种优势与理想株型的高产、优质、抗逆、抗病的新品种。
这一理论为水稻生产的第三次产量飞跃提供了指导性思路。在该理论指导下，我们分子设计选育的粳质籼型杂交稻广两优7203通过了国家区试，获国家品种审定，后续还选育了多个优质高产的国审和省审新品种：广两优7217、嘉禾优7245、中嘉8号、嘉禾优5号、嘉禾优7号、深两优7248等，并在浙、湘、赣、桂等南方稻区大面积推广应用。
《瞭望》：当前我国种业发展还面临哪些挑战？
钱前：随着资源环境等要素投入对产量提升的驱动力减弱，科技驱动种业创新需求日益增强，种业发展面临新的任务和挑战。
一是加强我国种质资源关键核心技术原创性，突破全球农业生物技术核心专利70%被美国控制的局面。
二是加强生物技术和信息技术等系统融合与集成应用，加快推进新型产品和多性状叠加产品研发。
持续推动水稻种业迭代升级
《瞭望》：推动水稻种业迭代升级，重点需要加强哪些方面的工作？
钱前：种质资源是支撑农业科技原始创新和育种创新的物质基础，是农业生物多样性和农耕文明的重要载体。我国幅员辽阔，生态条件各异，在不同的环境适应和生态压力选择下，形成了众多独特的遗传类型的种质资源。在农业农村部领导下，中国农业科学院作物科学研究所牵头带领全国作物种质资源工作者，在几代人经过40多年的共同努力下，建立起当前的作物种质资源保护体系，对以我国自有作物种质资源为主的52万余份资源进行了有效保护，涉及粮、棉、油、果等340种作物及相关的野生近缘植物，共2000多个物种。
野生稻是水稻种质资源天然的基因库，在长期的自然选择压力下，积累了诸多优良性状决定基因，为新基因挖掘和种质创新提供了新机遇。建议充分利用先进的生物学研究技术，高效的基因型和表型鉴定技术体系，进一步加强种质资源尤其是野生稻资源的鉴定评价。通过开展规模化的种质资源精准鉴定，创造有利性状表达的环境条件，高效发掘资源中蕴藏的控制多年生、抗病虫等重要农艺性状基因，明确这些基因的育种利用价值，从而加快育种利用和遗传改良进程，全面提升我国种业科技竞争实力，为实现种业振兴提供有效支撑。
《瞭望》：未来水稻育种的主攻方向有哪些？
钱前：在我国，随着人民群众生活水平提高，人均大米消费量有所下降，消费总量增速有所放缓，但对优质食味、营养健康大米需求明显增加。我国稻米品质改良已取得显著成效，但与国外优质稻相比仍存在一定差距。
目前，国际水稻育种技术加速向精准化、高效化和智能化发展，传统育种与现代分子技术结合日益紧密，全基因组选择、分子设计育种等前沿技术持续推动水稻种业迭代升级。
对标国际发展趋势，未来我国水稻育种的主攻方向包括：
一是对种质资源尤其是野生稻资源的收集保存总体布局，拓宽品种培育上资源多样性，形成优势种质资源群。
二是集成全基因组选择、基因编辑等前沿育种技术，结合理想株型与籼—粳杂种优势相结合的未来超级杂交稻分子设计模型，创新第三代水稻杂种优势利用技术。
三是利用全基因组数据、种质表型组数据、当地气候、土壤、生物和非生物资源等大数据，创建生态区适应性新种质智能设计的技术体系。
四是以产业需求为导向，选育适宜直播及机械化生产和环境友好型的水稻新品种；培育满足不同人群需求的富铁、锌、硒等功能型优质水稻新品种。
建议我国尽快启动实施生物育种重大项目：
一是在全球范围内构建种质资源，尤其是野生稻收集交换的跨国网络体系，强化国家种质资源库（圃）建设，提升我国种质资源保存的数量和质量。
二是加强水稻种质资源挖掘与创新利用，研制和建立符合现代化种质资源挖掘和利用需求的技术标准规范，规模化挖掘野生稻等战略性资源，提高种质资源的储备、研究和管理能力。
三是加强水稻前沿育种关键技术攻关，通过交叉学科项目培育，促进跨学科研究和系统研究方法，推动水稻育种效率提升。
四是瞄准产业发展需求，基于规模化核心种质资源库，构建种质资源表型性状和多组学整合信息数据平台。
确保中国粮用中国种
《瞭望》：对打好种业翻身仗，你有哪些建议？
钱前：种业是农业的“芯片”，打好种业翻身仗是党中央做出的重大战略决策，为确保中国碗装中国粮、中国粮用中国种，有以下几方面建议：
进一步拓展我国种质资源的遗传多样性。建立具有世界先进水平的野生近缘种和地方品种保护、研究和利用体系。开展种质资源联合考察，搭建全方位、宽领域、多层次的国际交流与合作平台，加大优异资源引进和交换力度。组织实施一批重大国际合作项目，提升种质资源安全保护与高效利用水平。
进一步加强生物育种研发，推动生物育种产业化。基于基因组、表型组、人工智能和大数据，定点编辑目标基因使之产生期望表型。在全基因组水平预测库存种质资源的利用价值，快速聚合优良等位基因，实现新种质的智能、高效和定向创制，推动生物育种产业化。
进一步加强知识产权保护，打造有利于创新的社会环境。优化现行种业相关制度和政策，完善专利和植物新品种保护制度，扩大保护名录，切实保护原创性、突破性成果。加强知识产权保护，推进种质资源共享共用。改进现有种业科研成果评价方式，完善成果奖励机制。
进一步稳定科研投入，提升原始创新能力。加大种业科技财政投入力度，加快筹建种业创新基金。构建企业主动投入、基金等社会资本投入和地方政府投入相结合的多元投资配置模式。
进一步深化科企合作，推进产学研融合。建立以科研单位为主体的育种基础理论、种质资源创新、高新技术和共性技术研究体系和以企业为主体的商业化育种体系，构建新型产学研协同攻关模式，推进全国大联合和大协作。
原题丨中国科学院院士钱前：破解水稻种业密码
刊于《瞭望》2022年第4期
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