專訪中國科學院院士種康：像設計工業產品那樣設計農作物品種 分子設計育種是育種未來的方向

每經記者 李宣璋    每經編輯 陳星    

春種一粒粟，秋收萬顆子。

多少年來，我們在詩歌中抒發著農田里的浪漫，如今除了抒懷，我們還多了理性思考——新時代農業生產的要求是什么？我們到底應該如何“端牢飯碗”？

“加快推進農業農村現代化”“堅持藏糧于地、藏糧于技”“推動種業科技自立自強、種源自主可控”……《中共中央關于黨的百年奮斗重大成就和歷史經驗的決議》指明方向。

農業要發展，種子的力量不可忽視。

黨的十八大以來，我國農業現代化建設邁上新臺階，農作物種源自給率超過95%，糧食作物良種基本實現了全覆蓋。

種子，不再只是小小的一粒，它蘊含了越來越多的科技元素。這十年間，我國農業生物育種技術取得了哪些成就？它又是如何服務于糧食安全的？

黨的二十大召開前夕，《每日經濟新聞》（以下簡稱“NBD”）記者專訪了中國科學院院士種康，希望在他那里得到答案。

 

種康 圖片來源：受訪者供圖

嘉禾優7號的意義在于技術路線的成功

NBD：先進的生物育種技術是支撐和推動我國種業發展的基石，這十年來，在這一領域，您及團隊取得了哪些進展和成就？

種康：進展主要有兩個方面，一是發現了植物感知溫度的感受器以及信號轉導網絡。

植物感知溫度依靠細胞的感受器。現在，我們能夠看到感受器引起的細胞里的防御反應，這也是植物為什么在一些不利環境下能夠耐受脅迫的原因，這個機制從理論上講也是很重要。

植物感知溫度后，在細胞里會引起一系列信號轉導，把外部環境的物理信號轉換成細胞里的生化反應形成的信號途徑，最后我們能夠看到植物對環境耐受的表現。這應該是近十年我們團隊很重要的一個研究進展，主要是在水稻和小麥上完成的。

舉個例子，亞洲栽培稻有兩個亞種——秈稻與粳稻，它們也是我國主要栽培稻品種。溫度是影響水稻品種栽培地域的主要限制因子，粳稻耐低溫，通常在東北、華北等北方地區種植；而秈稻在南方栽培，主要分布于華南熱帶和淮河以南的亞熱帶地區，其低溫耐受性較弱。

雖然它們各自“地盤不同”，但南方常出現的倒春寒氣候也要求秈稻具有耐寒性。我們的工作就是通過分子模塊設計的方式改良水稻品種，讓它遇到低溫也一樣能夠存活，保持產量穩定。這樣既可以解決現有生產區域水稻穩產問題，又有可能在高緯度地區大面積種植水稻，為糧食安全提供保障。

我們另外一個重要進展就是在應用方面。理論如何指導實際生產，這是我們國家特別強調的目標導向的基礎研究。

對于我們團隊而言，就是如何把研究機制和分子育種、分子設計育種結合起來，使育種技術升級換代，加快育種周期。

傳統育種很重要，但是傳統育種有短板，一是周期長，二是更多的依賴經驗。那么如何給傳統育種的技術路線升級換代？從我們的角度來講，就得做基礎理論研究。我們做了基礎研究，能夠指導育種，縮短原來的育種周期。

在過去的十年中，我們和錢前院士研究組合作，利用分子模塊的育種理念，培育成功一個新品種——嘉禾優7號。

嘉禾優7號的重要性并不只是多培育了一個品種，它的重要性體現在技術路線上。我們以這個品種為載體告訴大家，可以用分子模塊的理念，在較短的周期內，育成一個優質高產，同時又對環境溫度耐受、抗病蟲害的品種。

這能給傳統育種的同仁們一個示范，就是可以把基礎研究、把我們做的模塊直接體現在品種上，而且用時很短。

我國水稻種子審定數量有較大規模增長 數據來源：同花順iFinD

用分子模塊設計理念使育種技術升級換代

NBD：生物育種是農業核心技術之一，我國水稻生物育種領域在全球處于什么水平，近年來還有哪些新進展？

種康：可以說我國水稻育種在國際上是處于引領地位的。大家都知道袁隆平的雜交水稻，這就是利用一種很重要的生物學現象——雜種優勢。兩個親本親緣關系越遠，它的子代優勢越強。對于水稻來說，我們希望得到的“優勢”是什么呢？就是產量的增加。

在過去幾十年里，我們在育種中追求的第一個重要性狀就是產量。近些年來，我們開始考慮培育的品種是否優質，是不是“綠色”，對環境有沒有影響？從這幾方面來看，我認為我國都處于領先地位。

至于新的變化，最明顯的是從以前強調高產優質轉變到除了高產優質，還要講綠色。“綠色”就是在生產過程中，把對環境的負面影響減到最低。

農業生產中對環境的負面影響主要是兩方面：農藥和化肥。如果化肥施得過多，超過了植物的吸收極限，就會排放到江河里，這就是對環境造成的污染。農藥更是如此，如果不注意，會對人類健康和環境都產生很大影響。

我們現在追求既要少打農藥、少施化肥，也要保證高產優質，我想這就是近些年的新變化。

NBD：生物育種技術發展經歷了哪幾個時期，在分子育種技術方面，您及團隊開展了哪些重點研究，目前有何進展？

種康：生物育種技術大概可以分為四個階段：第一個階段是馴化和選擇，就是從野生到栽培的過程，通常需要幾千年甚至上萬年的時間。比如大家餐桌上常見的黃瓜，野生黃瓜是圓的，而且有苦味，如今我們吃到的黃瓜是長條狀的，并且去掉了苦味，這就是馴化的結果。

第二個階段是雜交育種，主要是由遺傳學理論指導的，即我們選擇親本，通過雜交找到性狀較好的子代。

第三個階段是分子育種，可以通過特定的辦法來改變一些簡單的性狀，或者用分子標記的方法輔助育種。

第四個階段叫設計育種或者分子設計育種，就是像工業產品那樣去設計農作物品種，每個分子模塊控制一種類型或一種性狀，我們希望獲得什么性狀就用相應的分子模塊。分子設計育種可以說是4.0版，是育種的未來方向。

我們團隊的研究重點就是希望用分子模塊設計的理念使育種技術升級換代。我們現在能夠用這種方法成功培育出品種，就說明這個技術路線是能走通的，這是可以實現的。

糧食安全要從種子入手

NBD：糧食安全非常重要，從您的專業入手，該怎樣確保我國的糧食安全？

種康：從我的專業來講，就是要從種子入手。當你有了自主的品種，才能夠實現自由生產。如果我們的品種受制于人，就等于在源頭被別人卡住。一旦進入這種境地，即便種植環節的土壤條件、栽培條件等再好，也無法保證糧食安全。

那么，該怎么解決種源的問題呢？我認為要挖掘我們已有的野生資源和豐富的種質資源，同時也要加強基礎研究，這是保證我國糧食持續安全、永久安全很重要的基礎。

NBD：在您看來，為什么說推進草牧業是解決我國飼料糧缺口的重要途徑？在牧草育種方面，如何突破品種少、質量低的瓶頸？

種康：現在我們把飼草提到了很重要的位置上，這和我國經濟社會發展到現有階段、人民群眾的飲食結構發生變化緊密相關。我們不光研究人吃的糧食，還要研究牛羊吃的糧草。我國牧草、乳肉進口需求增加，國內供給不足，牧草種業是保證我國食物供應安全的上游。

在過去的30年里，我們的飲食結構發生了巨大變化，主糧攝入量降低約20%，城市居民可能更多。肉蛋占比大大增加，約增加18%，也就是說蛋白質的需求量提升了。那么問題來了，蛋白質的供應主要靠牛羊肉、奶制品、水產、畜禽等,飼料飼草是個新的大問題。

而我國糧食作物中的大豆、玉米等，很大一部分都用于飼料。當前，糧食安全的主要壓力在飼料糧，促進飼料糧減量的一個重要渠道就是增加優質飼草供應，減少牛羊養殖精飼料用量。如果我們能提高飼草或牧草的品質，就可以間接解決一部分糧食問題。

目前我國牧草種業存在三大問題，一是育成品種少，二是品種環境適應性不突出，三是豐富的牧草資源未得到充分發掘。牧草育種在我國過去幾十年里有長足的進步，但無論是研究隊伍還是研究水平，都不能和作物育種業相比，仍停留在較低的發展階段。

如何突破這一瓶頸，我們的基本思路是用分子育種的理念實現飼草或牧草育種的跨越式發展。用一個高的起點，吸引新一代、有現代生物學知識背景和育種學背景的年輕人加入進來，提升這個領域發展模式。

有了優質的牧草種子，我們可以用更少的草地飼養更多的牛羊。讓更多的天然草原恢復生態功能，有效解決草場退化問題，種植業與草牧業的比例也能更加合理優化。這種發展模式方精云院士總結為“以小保大”模式。

NBD：您認為生態草牧業如何服務國家“生態優先、綠色發展”？

種康：生態草牧業這一概念是2015年提出來的，包括三個行業——生態、草業、畜牧業。在我看來，它的重要意義就是把“草”和“牧”用產業鏈結合起來，這不僅有應用上的意義，而且在指導生產方面也具有一定意義。

生態草牧業服務“生態優先、綠色發展”有很多科學問題，比如不同類型的草原適合的載畜量是多少，如果能科學地解答這個問題并指導生產，那這就是服務的一種方式。

另外，對一些退化草原，或者鹽堿地等種不了糧食的土地，我們可以種草，以草通過牛羊獲得我們需要的蛋白食物。利用這些土地，生產出來的草就能替代退化草原生產的牧業用草，這也是一種方式。這些都可以服務“生態優先、綠色發展”的目標。

要加大基礎研究投入力度

NBD：您如何理解現代農業生態環境，在這一環境下該怎么實現農產品高質量、高產化？

種康：現代農業生態環境核心的問題就是把農業生產和生態做一個很好的平衡，不能顧此失彼。

現代農業是針對傳統農業而言的，主要是指將自動化技術、網絡技術、AI技術、基因組技術等應用于農業生產。不僅如此，環境保護、環境修復的一些技術也可以用于農業生產，它們可以相互促進。

經濟社會發展到現階段，越來越依靠科學技術，農業生產也不例外。農產品高質量的核心就是科技。在這里我要特別強調科學規律的發現，這是技術的源頭，沒有科學規律的發現，就不可能有新的技術。只有發現科學規律，依靠技術創新，才能實現農產品的高質量發展。

你提的高產化也是同樣道理。就像剛才說到的作物育種高產，這是我們想要獲得的很重要的一個性狀。如何挖掘這些性狀控制分子模塊，就要利用不同時期我們所掌握的基礎理論，去指導品種培育工作，從而讓作物產量更高、質量更好。

NBD：我們知道，基礎研究和原創性工作對于科研來說非常重要，您認為我國在這方面的現狀如何？未來的發展方向又是什么？

種康：基礎研究，特別是原創性的基礎研究工作是新技術或新產業發展的源頭。我們現在一些行業被別人卡脖子，其中很大一部分原因就是基礎研究做得不夠，導致由此產生的技術被壟斷。因此，要想很好地解決這些問題，就要加強基礎研究。

作為科學研究，我們需要有一部分人去做完全自由的探索，但更需要有國家目標的國家戰略研究力量，圍繞國家產業重大需求中的科學問題，去做基礎性研究。

在研究中，我們要強調對失敗的寬容，只許成功不許失敗，這不現實，也不科學。

此外，我認為國家應該加大對基礎研究的投入力度，包括目標導向型的基礎研究和完全自由探索的基礎研究。

NBD：在求學階段，您為何會選擇植物生理專業，對這一專業的學子，您有何寄語？

種康：其實我的中學階段是沒有學過生物的，受我父親的指點，我在大學進入生物系。植物生理專業實際上是老師給我做的選擇，但是我覺得這個專業有一些神秘感，我挺向往。

至于給年輕人的建議，我有一點想法。以前我們的大學教育理念，是要培養專門人才，專業劃分非常細。現在從科學發展和社會需求以及高等教育的發展趨勢來看，越來越需要復合型人才，要有多學科知識背景，因此現在沒有這么細的專業。

我覺得對于植物科學的學生來說，核心課程很重要，它們是基礎。地基挖的多深，決定了樓能蓋多高。這對學術生涯或職業發展非常重要。

但在打好專業基礎的同時更要強調數理化的學習，尤其是數學，這對于生物學、基因組學很有益處，不可或缺。

封面圖片來源：每日經濟新聞 劉國梅 攝