糧食“十七連豐”背后的育種科技

文/陳海波

56.5億公斤，這是2020年我國糧食生產比上一年增加的產量，實現“十七連豐”。這樣的成果并不容易，中國農科院近日公布的一組數據顯示：我國小麥2020年播種面積比2011年減少2700萬畝（1畝≈666.7平方米），但產量增加1300萬噸；水稻2020年播種面積比2011年減少393.6萬畝，但產量增加897.7萬噸。

中國農科院副院長、中國工程院院士萬建民說：“一減一增的背后，是科技的力量。”從育種、栽培，到灌溉、病蟲害防控，糧食生產的各個環節都需要科技的助力。其中，良種培育是極為關鍵的一環。近年來，我國培育了一批糧食作物新品種，從種源上為提高糧食產量和品質提供了保障。這里，我們不妨看看平時接觸最多的四大糧食作物——小麥、水稻、玉米、大豆，它們中有哪些新品種從實驗室走向田間地頭，讓中國的糧倉更充實，餐桌更豐富。

小麥：生產品種全部為國產自育

我國是世界上最大的小麥生產國和消費國。“小麥連續六年總產在1.3億噸以上，這對于1.27億噸的消費量而言，剛剛好，沒有太多的富余。”中國農科院作物科學研究所副所長劉錄祥說。

不過，這只是當前“剛剛好”。劉錄祥指出，未來我國人口還會增加，2030年小麥要實現1.7億噸的產量，那就要求我們每年產量增加2%。

每年增產2%，難度有多大？我們先看看最近一個十年的變化：2011年我國小麥單產（平均畝產）322.55公斤，2020年增至382.8公斤，增幅18.68%，年均增長1.87%。這個增長率與2%很接近，是如何實現的？

要想產量好，首先得種子好。萬建民介紹，“十三五”期間，中國農科院圍繞小麥全產業鏈開展了“藏糧于技”重大科研任務，新育成一批具有國際領先水平的小麥新品種。而且，我國小麥生產品種全部為國產自育，也就是說不依賴國外的種子。

如“中麥175”是我國第一個同時通過國家水地和旱肥地兩個區域審定的水旱兼用型品種，實現了我國冬小麥育種的新突破，是北部冬麥區推廣面積最大的品種；“中麥578”在2020年河南焦作實打驗收，畝產達到841.5公斤，創下黃淮麥區強筋小麥高產紀錄。

培育一個新品種，需要做許多基礎研究。近年來，我國小麥育種基礎研究取得許多突破。比如，中國農科院作科所首次攻克利用冰草屬優異基因改良小麥的國際難題，創制了一批多粒、廣譜抗病性強且產量高的育種新材料；克隆抗旱基因培育的抗旱小麥水分利用效率提高15%以上、產量提高10%以上。

在小麥基因組測序、基因克隆、高通量分子標記檢測、基因編輯以及分子育種技術等方面，中國農科院與歐美發達國家保持同步，部分領域處于領先水平。近年來，中國農科院完成了小麥基因組660K 芯片構建、太谷核不育基因的克隆和基因編輯等工作。

對于未來小麥新品種設計，劉錄祥呼吁加大重大科學設施的支撐。他認為，要從基礎資源的深度解析、優異基因的深度挖掘和重大戰略品種的設計這三個目標去謀劃小麥品種研究的科學設施。通過科學設施支撐，爭取每年有一些戰略性的基因資源和新品種的產出。

水稻：品種培育兼顧優質和高產

幾年前到某個小飯店吃飯，當時你是否感覺米飯的味道太差，很難接受？而現在隨便進哪一家路邊小店，你是否覺得米飯味道還不錯？這背后的原因是，中國的水稻品種培育已由以往追求單產的提升向品質改良的方向發展。

比如，中國水稻研究所胡培松院士團隊選育的“華浙優261”香型優質雜交稻，是優質高產高效廣適性新品種，達到農業行業《食用稻品種品質》標準一級。“華浙優261”產量高，最大的優勢是米質優，整精米率達到70%以上，稻米細長透亮，食味好。

“最近太湖流域培育的軟米，也基本能夠接近日本的大米。中國水稻研究所和湖南農科院、廣東農科院選育的秈米，有些品種已經達到泰國香米的味道。”萬建民說，與小麥一樣，我國生產上應用的水稻品種全部為國產自育。

在水稻育種基礎研究方面，我國也取得了突破性進展。比如，中國農科院通過建立功能基因組學、蛋白組學、代謝組學等研究平臺，成功解析水稻產量、外觀、柱形和抗性等重要性狀形成的分子基礎，建立了從“分子模塊”到“設計型品種”的現代生物技術育種創新體系，整體處于國際領先水平。

玉米：自育品種面積提高到90%以上

玉米已成為我國第一大糧食作物。“十三五”期間，我國玉米產量占糧食作物39.3%，單產由2015年的393公斤提高到2020年的421公斤。

“玉米產業的蓬勃發展得益于新品種培育不斷突破，自育品種面積提高到90%以上，優質專用、綠色高效品種大幅度增加。”萬建民說。

由于我國并非玉米的起源地，玉米種質資源的豐富程度與一些國家有差距。國家玉米產業技術體系首席專家李新海透露：“5年前，跨國公司選育的玉米品種占我國玉米播種面積比例達到15%。”

但是，在玉米育種基礎與應用基礎研究領域，我們不甘落后。中國農科院開展了玉米種質資源保護與創新研究，創新基因編輯、轉基因、全基因組選擇等遺傳改良技術，驅動玉米種業新發展。

中國農科院建立了我國玉米種質資源安全保護體系，安全保存3萬余份種質資源。通過研究，闡明了我國玉米種質資源遺傳多樣性，揭示了現代玉米育種過程全基因組選擇與遺傳改良規律；成功克隆了多個與玉米株型建成、耐密性、耐鹽、抗粗縮病與抗倒伏性緊密相關的基因，并闡明了遺傳機制；開發從基因組DNA 序列預測基因表達調控模式的人工神經網絡模型，為實現人工智能輔助定向育種奠定基礎。

“十三五”期間，中國農科院育成“中單123”“中單111”等高產抗逆宜機收新品種10個。比如，“中單111”表現出早熟、抗倒、落粒損失率低等優勢，在新疆奇臺創畝產超過1570公斤的紀錄。

大豆：在生長環境惡化下實現增產

由于耕地資源和水資源有限，為保障口糧絕對安全，我國在糧食作物的布局上優先保障小麥、水稻和玉米，導致大豆種植“朝邊緣地方轉移”。“十二五”期間，我國適宜大豆種植的東北地區中南部和黃淮海地區中北部大豆面積嚴重萎縮，而光溫條件較差的東北北部高寒地區和旱澇嚴重、土壤板結的黃淮海南部成為新的大豆集中產區，大豆生產的立地條件明顯惡化。

產量的高低和立地條件的好壞有直接關系，大豆生長環境變得惡劣，產量還能增長嗎？

能！2020年，我國大豆平均畝產132.4公斤，比2016年提高11.0%。“在主產區立地條件欠佳的不利形勢下，大豆單產水平的提高，得益于科技進步。”萬建民說。

萬建民介紹，“十三五”期間，“合農95”“黑農84”等大豆新品種成功選育并大面積推廣種植，同時大壟密植、淺埋滴管、免耕覆秸等技術模式不斷成熟，良種良法結合刷新小面積高產紀錄，創造大面積高產典型。比如，“中黃37”蛋白質含量高、籽粒大，成為黃淮海地區主栽品種之一；“中黃30”抗旱耐蔭，成為西北地區主栽品種；“中黃901”早熟高產，抗大豆灰斑病，適宜東北北部種植；“中黃39”適宜種植區域從北緯20度到40度，是我國種植區域緯度跨度最大的大豆品種。（據《光明日報》）■