化肥过量使用、病虫害高发频发、资源环境约束趋紧,长期以来制约着我国农业高质量发展。
面对这些现实痛点,中国科学家正在用精准设计的方式重塑育种格局,为现代农业发展注入新动能。
2019年11月启动的种子精准设计与创造专项,汇聚了中国科学院联合院内外30家优势科研单位的力量。
该专项聚焦水稻、小麦等主要农作物及重要水产品种,确立了增产提质、减投提效、减损促稳的"一增二减"目标,力求通过科技创新实现品种增产10%至20%、减少投入15%至20%、降低损失15%至20%。
在解决化肥过量使用这一顽疾方面,科研团队取得关键性进展。
通过克隆关键基因,研究人员成功使水稻在氮肥施用量减少20%至30%的条件下保持产量稳定,从源头上为化肥减量提供了遗传学解决方案。
这一突破不仅降低了生产成本,更有效减轻了农业面源污染压力。
病虫害防治领域同样收获显著成果。
针对困扰小麦生产多年的白粉病、赤霉病等病害,科研人员从我国地方品种中挖掘出具有广谱抗性的Pm24基因,该基因不仅抗白粉病效果显著,还兼具抗麦瘟病特性。
以此为基础培育的抗赤霉病高产小麦"中科166",已在生产中大幅降低农药使用量,推广面积接近150万亩,为绿色生产提供了品种支撑。
在技术创新层面,多项原创性成果打破了传统育种的局限。
中国科学院遗传与发育生物学研究所研究员高彩霞团队通过自主研发,创制出兼具抗白粉病和高产特性的小麦新种质。
中国科学院院士李家洋团队则开辟了更为大胆的探索路径,从零开始改造野生稻,成功攻克遗传转化、基因组注释等技术难关,创制出新型四倍体水稻材料,为未来育种开辟了全新方向。
从主粮作物到经济作物,从陆地到水域,精准设计理念正在多个产业领域开花结果。
针对我国大豆对外依存度高、单产水平偏低的现状,研究团队绘制出大豆图形结构泛基因组图谱,培育出"科豆""东生"系列等10个兼具高产和高营养价值的大豆新品种。
在水产养殖领域,中国科学院院士桂建芳团队首次提出"双三倍体"概念,培育的异育银鲫候选新品系"中科6号"在生长速度、养殖存活率、饲料转化效率等方面均实现显著提升。
最能体现精准设计优势的当属"中科发"系列水稻。
针对东北稻区和南方双季稻区的不同需求,科研团队通过分子设计育种理念,将粒型、产量、抗病、抗倒伏、耐盐碱等多个优良性状精准聚合。
在东北稻区,"中科发5号"较当地主栽优质品种增产超过20%,在盐碱地上亩产突破600公斤;在南方稻区,"中科发早粳1号"实现了双季早粳稻品种零的突破,使优质新粳米上市时间提前2至3个月,有效填补了市场空白。
这些成果的背后,是育种模式的深刻变革。
传统育种方式周期长达8至10年,且具有较大不确定性。
而精准设计育种通过解析关键基因功能、构建分子标记辅助选择体系,将育种从经验科学转变为可预测、可编程、可定制的精密科学,大幅缩短了育种周期,提高了育种效率。
截至目前,该专项已创制37个先导型品种,累计推广面积达1448万亩,产生了显著的社会经济效益。
这些品种不仅提升了粮食产量,更在降低生产成本、减轻环境负担、保障食品安全等方面发挥了重要作用。
种子是农业的"芯片"，更是粮食安全的命脉。
当"藏粮于地"遭遇资源红线，"藏粮于技"便成为必然选择。
这场由实验室引领的农业革命证明，只有将创新链深度嵌入产业链，才能让科研成果真正扎根沃土。
在端牢中国饭碗的征程上，科技工作者正以精准育种为笔，在广袤田野书写新的答案。