张启发谈绿色超级稻

2013-07-13 18:43 | 作者: | 标签: 张启发 绿色超级稻


左图为传统的高植株;中间位高产但高分蘖的植株;右图为超级稻,低分蘖,植株硬实且每穗粒数多。图nature

提要:“绿色超级稻”简单概括一下,也就是针对既要高产优质,同时也要使得环境能够可持续发展,有16个字的目标:少打农药、少施化肥、节水抗旱、优质高产。

在转基因的讨论当中,大家提到粮食安全的问题。粮食安全是一个什么概念呢?第一,要满足量的需求,首先必须要生产足够的粮食。第二,要关注可持续发展。这两个方面缺一不可。量的需求方面,在过去半个世纪中,粮食产量的增加和人口的增加基本上同步,所以人口的增加没有造成粮食的严重不足,至少在全世界范围内如此。

回顾一下过去几十年当中,三大粮食作物即水稻、玉米、小麦的年增长率大约为1%,其中作物育种发挥了非常重要的作用。当然,还涉及一些其他技术,包括化学、水利等等。未来若干年,在全世界人口到达高峰的时候(有预测说在未来的30-40年的时间里人口要达到90亿),我们的生活水平还需要提高。所以,不仅要保持过去连续递增1%的速度,而且还希望能够达到年增长率1.2%-1.5%。这是我们在做技术预测当中瞄准的目标。

第二个方面就是怎样可以保持可持续发展?特别是在中国,这是一个比较严峻的形势。在过去的几十年当中,我们以7%、8%的耕地养活了世界22%的人口。但是,特别是本世纪以来,我们消耗掉了大量的资源。比如农药、化肥,这两项我们的用量占到了全世界的1/3多一些,大约在35%。水资源短缺是共识,中国是世界上缺水的国家,这一点大家都知道。资源环境限制的作用非常明显。我们不仅要生产足够多的粮食,而且还需要做到资源节约、环境友好。

所以,我们农业科学家们经过在过去十几年长期讨论,提出了“第二次绿色革命”的概念。大家知道,第一次革命在上世纪60年代,就是提高产量,这是我们过去几十年中已经做的事情。接下来第二次革命,就是跟过去的革命方向要有所不同,或者有比较大的不同,叫第二次绿色革命。第二次绿色革命,中国农业科学家们称之为10个字:高投入、多产出、保护环境。一要资源消耗少,还要产出的好,产量要高,品质要好,环境要得到保障。在这个大背景下,水稻科学家提出“绿色超级稻”,希望我们的水稻能够在可持续发展和粮食安全当中都发挥重要的作用。

要做到这一点,需要生命科学技术研究(尤其是基因组的研究)、品种资源的发掘、育种这三者紧密结合。

生命科学技术研究,尤其是植物生物学研究、植物基因组研究,特别是水稻,在过去几十年当中我们国家奠定了非常好的基础,我们的水稻育种在世界上是很有地位的,我们杂交稻的研究在世界上处于前列,引领了世界的粮食生产。

从上世纪90年代初开始,中国启动了水稻基因组计划,后来中国科学家和世界很多国家的科学家一起测了水稻基因组的全部序列,而且这个序列到目前为止仍然是所有生物当中质量最高的、最有用的测序。

本世纪初,我们启动了水稻功能基因组计划。就是说,测序完得到的是读不懂的天书,功能基因组就使得这个天书得以破译,使天书让人读得懂,而且变成对育种有用的东西。中国科学家和外国科学家一起提出了“水稻2020计划”,这个2020计划大体是这样:我们要建立水稻功能基因组研究的平台,大规模研究功能基因的平台。水稻大约是50000个基因,这个是计算机分析出来的,我们要使得这50000个基因不仅是字母,还应该有功能,就是每个基因是干什么的,应该把它弄清楚,希望在2020年之前完成。每一个性状的功能基因组,产量是性状,品质是性状,抗病是性状,这些性状我们要把它搞清楚。

第三,分离克隆一些有用的基因,这个就是我们国家关注的自主知识产权。在这三个方面,中国的科学家在过去十年当中是很有建树的。全世界到去年底止,水稻一共做了差不多1000个基因的功能,其中40%是中国科学家做出来的。我们中国在水稻功能基因组研究当中,在世界上具有举足轻重的地位,在水稻功能基因组当中发挥了引领作用或者相当(重要)的作用。所以,把功能基因组和过去的遗传育种联系在一起,中国在水稻领域里在世界上既算一个大国也算一个强国。当然我们的水稻生产就不用说了,我们水稻面积比印度少很多,但是我们水稻的产量比印度多很多,这也说明中国的水稻水平是比较高的。

我再说一下“绿色超级稻”的问题。“绿色超级稻”就是关注可持续发展而提出来的,它是一个新的品种改良的目标。因此,还有其它类似的口号,比如“绿色超级麦”、“绿色超级玉米”等等。

“绿色超级稻”简单概括一下,也就是针对既要高产优质,同时也要使得环境能够可持续发展,它有16个字的目标:少打农药、少施化肥、节水抗旱、优质高产。“绿色超级稻”也是中国科学家提出的,最近在农业部、科技部支持下,成为一个重要的项目。现在已经演变成国际合作,美国的盖茨基金会已经将它作为世界国际合作的典范性项目进行推动,希望我们不仅能够为中国培育“绿色超级稻”,还要为非洲、亚洲的不发达国家培育超级稻。

基因组技术和传统育种相结合,是一个基本的技术途径。在功能基因组研究当中,有一款产品叫做育种芯片,就是用芯片技术来做育种。过去是我们的育种家去田间选,现在用芯片来做育种。这个芯片是什么东西呢?芯片承载了功能基因组研究的成果,一个植株在芯片上一看就一目了然,它对育种技术的提升会有非常大的帮助。

现在已经有了一些“绿色超级稻”或者部分具有“绿色超级稻”优良性状的一些品种开始进行展示。我们预期“绿色超级稻”的应用,可以有效地缓解粮食的需求问题,促进资源节约环境友好。

最后,我要说的一点是在这个过程中,我们的育种目标还要不断地发展。刚才我说了,少打农药、少施化肥、节水抗旱、优质高产。关注需求发展,我们的育种需求还要不断地发展,粮食生产不仅满足人类吃饱肚子的需求,还要进一步关注人类的健康。

在这个过程中,转基因技术是不可或缺的。基因组技术是一个技术,如果说要把它归归类,转基因技术以后也可能会成为基因组技术当中的一种。它与常规技术(过去的田间技术)相结合,能够使得我们的作物改良更有效率。比如我们现在已经做出来的这些东西,抗虫、抗除草剂,包括前些时候媒体上沸沸扬扬的“黄金米”,这些都是通过传统的技术是无法企及的。

一项技术的推广,可能使我们的水稻生产基本不打农药,这不是钱的问题,因为农药的喷施会消耗资源、带来污染环境,还有残留的问题。如今这项技术遇到了很多困难,但是我觉得找不到其它的办法(来代替)。抗除草剂也一样。这在我们将来大农业中也是非有不可的。我们不仅仅需要加强科研,还应该把现有的成果尽快推广到产业当中去。

(据张启发在7月11日中国科协“科学家与媒体面对面”的讲话整理,文字略有改动。)

附:张启发(1953年12月19日-),是中国农作物遗传学专家,汉族,出生于湖北省公安县,1964年就读于荆州中学。1976年毕业于华中农学院。1985年获美国加利福尼亚大学戴维斯分校博士学位。华中农业大学教授、生命科学技术学院院长、作物遗传改良国家重点实验室主任。现任华中农业大学生命科学技术学院院长,是著名的作物遗传育种及分子生物学专家。1999年当选为中国科学院生物学部院士,还任第三世界科学院院士、中国科学技术协会副主席。2007年当选美国国家科学院院士。

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