徐建龙:育一粒良种,护一方粮安
2024-01-30刘彦华
刘彦华
随着盐碱地治理方式由“改地适种”为主转向“改种适地”为主,中国农业科学院水稻分子设计技术与应用创新团队的资深首席专家、国家科学技术进步奖一等奖获得者徐建龙带领团队再次冲在了前面,立志要做好耐盐碱水稻育种这篇大文章。
“中国人的饭碗,任何时候都要牢牢端在自己手里。”在接受《小康》杂志、中国小康网记者采访时,徐建龙强调,保障粮食安全,关键在于落实藏粮于地、藏粮于技战略。
徐建龙,中国农业科学院作物科学研究所二级研究员,水稻分子设计技术与应用创新团队资深首席专家,国家科学技术进步奖一等奖获得者。“学习新技术、培育新品种,以此来造福家乡”,年少时许下朴素的志愿,再未改变。20多年来,他主持和承担了包括科技部原“863”重点课题“抗水稻纹枯病、条纹叶枯病及抗旱、耐盐新基因的鑒定与克隆”“绿色超级稻设计育种的理论和技术体系”等在内的国内外重要科研项目20余项;以第一或主要完成人身份获得包括国家科学技术进步奖一等奖、黑龙江省科技进步奖一等奖、吉林省科技进步奖一等奖等在内的十多项奖励、荣誉;主持育成国审品种14个,省审品种11个,参与育成品种8个;获授权品种权9项(排名第一),获发明专利18项;育成(或主要育成)的“绥粳18”“吉粳809”“钱3优982”“浙湖894”“春两优534”等品种在农户中有口皆碑,产生了巨大的经济效益、社会效益和生态效益。
“藏粮于地,就是盐碱地。藏粮于技,就是耐盐碱水稻。”国家需求就是科研工作者努力的方向。盐碱地是我国耕地“提质、扩容、增效”的重要来源,是粮食增产的“潜在粮仓”。随着盐碱地治理方式由“改地适种”为主转向“改种适地”为主,筛选水稻耐盐碱种质资源、挖掘耐盐碱基因、创制耐盐碱新种质、培育耐盐碱新品种……徐建龙带领团队再次冲在了前面,立志要做好耐盐碱水稻育种这篇大文章。
国之所需
《小康》·中国小康网:据悉,水稻是主要农作物中最不耐盐的作物,请问我国现阶段生产的耐盐碱水稻在产量和品质上表现如何?在全球处于怎样的水平?
徐建龙:在主要农作物中,水稻属于相对不耐盐的作物。国际上最早开展水稻耐盐碱育种主要在印度、孟加拉、菲律宾等南亚和东南亚国家及我国的辽宁、江苏等沿海省份,主要采用常规育种手段结合在沿海滩涂筛选,培育了一批耐盐碱品种。
目前虽然育成了一些审定的耐盐碱品种,但受限于资源投入、育种规模和育种方法,这些耐盐碱品种的耐盐碱性能并不突出,多数品种全生育期只能耐0.4%左右的盐浓度胁迫,产量大多在400公斤左右,而且耐盐碱性与产量、品质等综合性状结合也不够理想。
近年来,菲律宾国际水稻研究所从耐盐种质资源Pokkali中精细定位了耐盐Saltol基因,南亚和东南亚国家利用分子标记辅助选择技术,培育了一批耐盐品种在生产上推广应用。我国真正有组织的水稻耐盐碱育种才刚刚开始,耐盐碱育种水平和成效与国际上相比还存在一定差距。
《小康》·中国小康网:9月份,农业农村部推介发布了首批涉及水稻、玉米等10种农作物711份耐盐碱优异作物种质资源。请问您对此怎么看?耐盐碱水稻的种源是个大问题吗?该怎么解决这个问题?
徐建龙:我也注意到今年9月份农业农村部推介发布首批水稻、大豆、玉米等711份耐盐碱优异种质资源。这批耐盐碱资源,一是鉴定数据准确可靠;二是耐盐等级高,耐盐等级达到最高的1级或2级,部分资源兼具高产、抗病等优异性状;三是适应区域较为广泛,来自全国多个不同盐碱区。据我所知,这是官方首次权威发布主要农作物耐盐碱品种资源,为全国开展主要农作物耐盐碱育种提供了宝贵的资源材料,是件大好事。目前国际上公认的强耐盐水稻品种资源如Pokkali,表现全生育期耐盐性强。这批公布的水稻耐盐资源中,耐盐性能否与Pokkali相比肩仍不清楚。
当下,由于我国耐盐碱育种工作刚起步,需要在以下几个方面加强管理:一是耐盐碱的鉴定条件和评判标准等需要统一;二是加快耐盐碱种质资源的有利基因挖掘,鉴定出基因功能标记,采用分子技术来加快耐盐碱品种的培育步伐;三是加强顶层设计,在不同盐碱地区统一布局,开展耐盐碱品种选育、农机农艺融合和盐碱地高产栽培措施配套的全产业链研究工作。
吾之所向
《小康》·中国小康网:现阶段,耐盐碱水稻育种在您的科研工作中占据着怎样的位置?您为什么会想要做耐盐碱水稻?这背后有什么故事?
徐建龙:随着“藏粮于技,藏粮于地”战略的实施,近年来国内对盐碱地利用越来越重视。盐碱地利用,品种先行。我们团队从事水稻耐盐碱种质鉴定筛选和耐盐碱基因挖掘工作已有数年,耐盐碱水稻新品种培育是我们团队目前的一项核心工作,在南方滨海滩涂和东北西北内陆盐碱地区都开展了水稻耐盐碱品种选育工作。
2016年,随着袁隆平院士在青岛成立了“青岛海水稻研究发展中心”,一时间“海水稻成了热门话题”、上了“热搜”。“海水稻”是耐盐碱水稻的一种俗称,其实质是耐盐碱的一类水稻,并不是用海水种稻。
近年来,党和国家领导人多次就盐碱地综合利用做出重要指示,强调开展盐碱地综合利用对保障国家粮食安全、端牢中国饭碗具有重要战略意义,要加强种质资源、耕地保护和利用等基础性研究,转变育种观念,由治理盐碱地适应作物向选育耐盐碱作物适应盐碱地转变。2021年和2022年科技部相继批复成立“国家耐盐碱水稻技术创新中心”和“国家盐碱地综合利用技术创新中心”。2023年7月20日召开的中央财经委员会第二次会议研究了加强耕地保护和盐碱地综合改造利用等问题。盐碱地是我国未来极为重要的后备耕地资源,党和国家领导人讲话以及相关部委的密集行动,充分表明我国盐碱地的开发利用进入了一个新时代。我们作为农业科研的国家队,作为国家农业科技战略力量,理所当然在盐碱地利用上要冲在前面,做好这篇大文章。
《小康》·中国小康网:目前,在耐盐碱水稻这一领域,您及团队取得了哪些进展和成就?
徐建龙:我们团队主要从事水稻耐盐碱种质资源筛选、耐盐碱基因挖掘、耐盐碱新种质创制和耐盐碱新品种培育。目前我们正在克隆一个新的耐盐碱基因,育成1个耐盐国审品种,另有2个完成国家耐盐碱品种审定的所有试验程序,4个正在参加国家区试。此外,通过杂交、回交和基因编辑技术,我们还创制了数十份不同耐盐碱基因聚合的耐盐碱新种质,具备了较好的水稻耐盐碱基因挖掘和品种培育的基础。
“科研高地”锻造创新实力
《小康》·中国小康网:分子设计育种被形象地称为“像工业产品那样去设计农作物品种”,请问它在耐鹽碱水稻育种方面有什么优势?您及团队在利用分子设计育种技术培育耐盐碱水稻方面有什么独特之处和科研优势?
徐建龙:分子设计育种现在还处在初步阶段。水稻耐盐碱是一个很复杂的遗传生理性状,受很多基因控制,而且受环境影响很大。因此,耐盐碱性并不是一个基因能解决问题的,需要聚合多个有相互正向协同效应的基因才能真正提高水稻的耐盐碱水平。在这种情况下,常规育种的手段就显得有些力不从心,必须利用分子育种技术来加快育种群体中多基因聚合的耐盐碱个体,提高耐盐碱品种的选育效率。
我们团队前期完成了3000份全球水稻核心种质资源重测序,剖析了亚洲栽培稻基因组变异,积累了包括水稻耐盐碱在内的大量表型数据,为开展水稻耐盐碱等有利基因挖掘奠定了坚实基础。同时,团队一直在开展种质资源目标性状选择导入系的构建工作,创建了耐盐、抗旱等重要抗逆性状的育种平台,掌握了分子标记辅助选择、基因编辑等分子育种技术,并有效地应用到水稻耐盐碱基因挖掘和新品种选育工作中。
《小康》·中国小康网:您所追求的理想的耐盐碱水稻是什么样子?现实与理想的差距在哪里?
徐建龙:和其他推广品种一样,耐盐碱水稻首先是要耐盐碱性强,在盐碱胁迫环境中能正常生长,表现出高产、优质、抗倒和抗病虫害,也就是说在正常审定品种的优良特性基础上附加耐盐碱特性。目前将在0.3%土壤可溶性盐浓度下能获得300公斤产量的水稻品种定义为耐盐水稻品种,但实际生产上的盐胁迫远高于0.3%的盐浓度,而且土壤盐碱异质性强,盐和碱危害叠加,因此,必须提高耐盐碱水平,培育同时耐盐和耐碱的水稻品种。目前这方面研究工作的差距主要是可资利用的效应大的耐盐碱基因太少,现阶段育成耐盐碱品种的耐盐碱水平与实际需求还有较大差距,耐盐碱优异基因的挖掘及其与其他优异农艺性状结合需要投入大量的人力物力。
学用结合解真题
《小康》·中国小康网:据悉,中国农业科学院作物科学所水稻分子设计技术与应用创新团队曾承担了新疆岳普湖县科技帮扶工作。岳普湖县属于重度盐碱地,被视为“农业的荒漠”。请问您和岳普湖县的这片盐碱地之间有什么故事可以分享?
徐建龙:岳普湖县位于新疆喀什地区,这里既缺水,盐碱又重,但当地人很喜欢吃手抓饭,对稻米的需求较大,因为当地种不了水稻,所以主要从外地购买。我们团队承担岳普湖县科技帮扶工作是响应农业农村部“三区三州”科技帮扶号召,针对岳普湖县小麦品种种性退化严重和全年小麦复种青贮玉米收益低的局面,引进我所育成的高产优质早熟小麦新品种“中麦578”,结合复种早熟耐碱稻,探索早熟优质小麦复种耐盐碱新模式和高产栽培技术,为确保岳普湖县粮食安全(小麦人均1亩地)和农民增收(耐盐碱稻)创造条件。
初步试种结果表明,9月下旬或10月上旬播种冬小麦,来年6月中旬收获,5月中旬水稻育秧,6月中下旬插秧,一年麦稻双季,比原来一季小麦加一季青贮玉米每亩至少增收200元。如此一来,一方面可以增加农民收益,另一方面也解决了稻米自给,种稻还可以改良盐碱地,有利于当地农业的可持续发展。
《小康》·中国小康网:据您观察,耐盐碱水稻新品种在从“试验田”走向“大田耕作”的过程中,目前面临的普遍问题和瓶颈是什么?对此,您和团队做了怎样的努力?
徐建龙:目前耐盐碱稻产业化主要面临的瓶颈是品种的耐盐碱能力还不够强,生产上仍需消耗大量的淡水资源才能取得预期的产量,这对淡水资源紧张的西北等地区来说难以持续。所以,耐盐碱水稻要真正实现大面积耕作,必须提高品种的耐盐碱水平。另外,盐碱地是一种新的生态环境,良种良法要跟上,加强耐盐碱品种的高产栽培技术和实现农机农艺融合发展也很重要,过硬的品种和良种良法配套是实现耐盐碱品种从试验田走向大田产业化必须具备的。我们团队的主要工作是做分子设计育种,所以主要还是从源头在品种培育、提高品种耐盐碱水平上下功夫。
《小康》·中国小康网:关于耐盐碱水稻育种,您下一步还有什么计划?
徐建龙:耐盐碱育种,我们之前重点放在东南沿海,做杂交籼稻,但是这里的盐碱地面积并不大。我国面积最大的是内陆盐碱地,主要在东北、西北等地区,所以这几年我们在东北也开展了一些耐盐碱育种工作。
我们通常称之为耐盐碱,但耐盐和耐碱不是一回事,东南沿海主要是耐盐,内陆主要是耐碱,耐碱比耐盐难度更大,以前耐碱研究人员少,投入也较少,如今,随着国家对耐盐碱治理的日益重视,相信很快会看到效果。我们也希望可以培育出几个耐盐碱品种,通过审定,成为东北、西北地区耐盐碱水稻的主推品种。