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【南方都市报】院士张启发:基因组育种是绿色超级稻重要发展方向之一

核心提示: 近日,在华中农业大学举办了绿色超级稻研讨会,这距华中农业大学教授、中科院院士张启发提出“绿色超级稻”已达十年。张启发是绿色超级稻发起者,他提出了绿色超级稻“少打农药、少施化肥、节水抗旱、优质高产”的构想。

10月25日,中科院院士张启发在“绿色超级稻10周年”大会上。图片来自华中农业大学

近日,在华中农业大学举办了绿色超级稻研讨会,这距华中农业大学教授、中科院院士张启发提出“绿色超级稻”已达十年。张启发是绿色超级稻发起者,他提出了绿色超级稻“少打农药、少施化肥、节水抗旱、优质高产”的构想。

张启发在接受南都记者专访时提到,绿色超级稻和传统意义上的超级杂交水稻不同,超级稻的主要目标是“高产”,而绿色超级稻把“少打农药、少施化肥、节水抗旱”与“优质高产”并举。近几年来,水稻科学家培育出了具备多个绿色性状的水稻新品种65个,新品种在广东、安徽、湖南、湖北等地累计推广面积达9000万亩。

10月24日,南都记者与张启发院士以及国内外上百名水稻专家,在湖北荆州江陵县三湖农场一起看到了具有绿色超级稻特性的机收再生稻,该水稻示范基地产出目标是大面积头季稻亩产650公斤,再生季稻亩产350公斤。张启发特别推崇再生稻的再生季水稻,在他看来,优质的再生季水稻为湖北稻米产业注入了新活力。

2017年10月24日,中科院院士张启发与外国专家在湖北荆州再生稻示范田里。图片来源自华中农业大学

对话张启发

绿色超级稻推广面积达9000万亩

南都:绿色超级稻是如何一步步提出来的?

张启发:差不多20年前启动国家“973”项目时,就分析了我国农作物生产的主要问题,开始关注到了农业病虫危害与农药的问题、化肥滥用问题、水资源与旱灾的问题、粮食产量和品质的问题,当时的粮食产量和品质都是非常紧迫的。

1998年,当时在国际水稻研究所工作的黎志康提出了“全球水稻分子育种计划”,回到国内讨论商量时,得到水稻专家积极响应。同一时期,中科院院士李振声提出了“第二次绿色革命”的口号。在1999年杭州的一次会议上,包括我在内的与会专家,将“第二次绿色革命”目标定义为“少投入、多产出、保护环境”。我们最初希望培育“绿色水稻”,后来又把“超级”加了进去,意思是我们同样注重产量。

在水稻科学家推动下,国家自然科学基金委于2000年拿出60万元,设立了一个题为“中国栽培稻分子育种基础研究”的基金项目,由罗利军教授牵头,共有11个单位参加。

2001年,农业部拿出1000万元设立了一个“948”科研项目,命名为“参与全球水稻分子育种计划”,由华中农业大学牵头,分两期支持,时间长达10年。这一过程中,逐渐形成了绿色超级稻的理念。2005年“948”项目第一轮结题时,我们做了一期专刊《分子植物育种》,专门提出了绿色超级稻概念,基本目标是:在不断提高产量、改良品质的基础上,实现基本不打农药,大量少施化肥,节水抗旱。

2007年,我写文章比较系统地讲了绿色超级稻的背景、目标和技术路线,用比较长的篇幅写了怎样培育发展绿色超级稻。2009年,我们又总结了国内外水稻功能基础研究的成就,以及绿色超级稻的培育进展,编写了《绿色超级稻的构想与实践》这本书。

南都:近几年来,绿色超级稻研究取得了怎样的进展?

张启发:2010年,在武汉启动了由华中农业大学牵头的“863”计划项目“绿色超级稻新品种的培育”。在2014年,这又变成一个含纳五个课题的大项目,包括绿超育种理论与技术体系、全基因组选择技术平台、绿色性状基因聚合与种质创新、绿色超级稻新品种选育、绿色超级稻高产栽培模式。从东北地区到西南地区,全国六大生态稻区27家单位参与进来,总体目标是“少打农药30%,少施化肥30%,节约淡水30%,高产优质”。

近五年来,培育了出具备多个绿色性状的水稻新品种65个,新品种在广东、安徽、湖南、湖北等地累计推广面积达9000万亩。

近年来,现在水稻种植出现了一些新模式,比如今年我在湖北潜江、汉川等地见到了水稻田里养殖龙虾,这样水稻就不再打药施肥,龙虾可以吃掉稻田里的浮游生物和杂物,它的排泄物成为水稻肥料,稻田水质也变好了,这被称为虾稻模式,亩产值可以超过15000元。还有养殖其他的水产品,包括养蛙、养鱼、养蟹、养泥鳅,等等,我称这为高效益的“双水双绿模式”,“双水”即养殖水稻和水产品,“双绿”即水稻不打农药、不施化肥,水产品不喂药物、少喂饲料,与水稻互补互生。

基因组育种可革命性提高育种选择效率和精确性

南都:绿色超级稻和袁隆平的超级杂交水稻有哪些异同?

张启发:早在上世纪90年代,日本、菲律宾等国就已提出超级稻培育计划,我国上世纪90年代中期开始设计,到目前为止,取得了突出成就。绿色超级稻是我们自己提出的。

超级稻从开始提出,到理念被广泛认可,这个过程不止十年。我们在开始提“绿色超级稻”概念时,在“绿色”两个字上纠结了很久。我开始讲,我们应该选育绿色品种,而不是超级品种,在后来理念碰撞的时候,又把“超级”两个字加了进来,把“超级”和“绿色”组合在一起,这是2005年提出的。超级稻的主要目标是“高产”,而绿色超级稻目标中,“少打农药、少施化肥、节水抗旱”与“优质高产”并列。

南都:功能基因组研究对绿色超级稻发展有怎样的推动作用?

张启发:早年我在绿色超级稻的总策略中,就把品种资源研究、功能基因组研究、育种紧密结合起来,这是一个贯穿始终的总体策略。

1998年时,水稻专家黎志康提出一条技术路线,想要通过大规模的导入,发掘利用种质资源的遗传多样性。我们从世界各地引入了500多份优异种质资源,和国内11家单位的20个品种杂交,取得了很好的效果,极大地拓宽了我国水稻品种格局。

2010年,提出了基因组育种理念,这是功能基因组研究的应用。我们希望,以基因的遗传、功能和表型信息为基础,以对DNA多态性高通量检测为手段,根据育种目标,对目标基因、非目标基因和遗传背景在全基因组水平上进行选择,从而革命性的提高育种选择效率和精确性。

水稻功能基因组研究和绿色超级稻理念发展几乎同步。到2016年底,国内外专家克隆水稻基因2775个,包括产量、品质、抗病、抗虫、节肥、节水等各种性状基因。例如,截至2017年3月,我国水稻科学家已经克隆出26个抗稻瘟病基因。我们构建抗稻瘟病多系品种,在黑龙江地区推广的品种中,4个稻系用了4个不同的基因,水稻看起来长得一样,实际只有一个基因不一样,背景清理的非常干净,表现出了很好的抗病性。

再生稻可形成优质稻米产业

南都:我们一起去荆州农场看的再生稻,是否也算作绿色超级稻?

张启发:再生稻是绿色超级稻的组成部分。这一波再生稻最初是从湖北蕲春开始,近几年湖北种植面积发展比较快,由之前的不到30万亩,发展到现在的200多万亩。

从前大家都以为再生稻搞不起来,最近发现,再生稻有很多优点,尤其是从绿色超级稻角度看,还是有很多可取之处的。从绿色发展眼光看,再生稻投入少,再生季稻基本不需要投入,只管收割就可以了。再生季稻不用打药,施肥很少。“少投入、多产出、保护环境”这十个字它都占了,这是很重要的方面。

南都:再生季不打农药,出现病虫害怎么办?

张启发:再生季会有一些害虫,但和头季稻相比,再生时,发病发虫的高峰期过了,再生季病虫害轻很多。而且再生季稻相对密度较小,总的生物量少了很多,田间的环境对减少病虫害也是有利的。

南都:再生稻的产量怎么样?

张启发:如果只收头季稻,在正常条件下,江汉平原较好的田块亩产650公斤。如果不刻意做高产示范,大概就是这个数。再生季稻一般350公斤,甚至会更高一些。所以,这两季加一起,亩产有1000公斤稻谷。

但是,头季稻农药、化肥用的比较重,头季稻品质也没再生季好。米业公司对再生季最感兴趣,可以生产销售。我对再生稻比较感兴趣的就是,再生季稻米可以催生一个产业。

南都:再生季稻米品质为什么会更好?

张启发:第一,没打农药,非常安全。第二,从播种插秧,一直到8月10日附近收割头季稻,长江流域温度一路上升,到了水稻灌浆期,温度高的不得了,不利于灌浆。

光照好、昼夜温差大的条件,有利于营养物质的形成和积累,生长出更优质的稻米,所以,再生季稻米口感比头季稻好很多。这也是米业公司选择再生季稻米的原因。

和全国其他省区相比,湖北再生稻面积最大,现在已经超过了200万亩。和福建、四川等地相比,湖北的优势是江汉平原条件难得,秋天秋高气爽,昼夜温差大,有比较独特的环境条件。我希望通过进一步努力,把再生稻品牌、产业做大,让更多人享受再生稻米。

水稻高产量时要考虑资源、环境消耗

南都:你如何评价绿色超级稻提出的过去十年?

张启发:绿色超级稻代表的是一个方向,不是说某一个具体品种,农业发展、水稻育种,绿色发展是一个方向。我们要通过品种培育,解决农业发展的方向问题。这不是具体到某一个品种上。如果某个品种能朝这个方向走,那我们认为,这个品种符合绿色超级稻理念。

具体来讲,现在国家层面,绿色超级稻品种审定办法还没出来,现在还不能说哪个品种是绿色超级稻。我们项目内要有自己的说法,没有国家标准,我们项目弄了一套标准。

国家层面,我们希望能成为一个国家行动。要在国家层面认定绿色品种,我估计这个过程会很长,我们应该继续推动。

在绿色超级稻概念形成和发展中,我们收获最大的不在于育成几个品种、推广多少面积,而在于国家从上到下对绿色发展理念的认知度越来越高,整个国家对农业发展方向更加清楚、更加明确,就是绿色发展。有了这个进展后,相信整个国家的作物育种都朝这个方向走,这是政策问题,是整个导向的问题,育种家们都会跟着这个指挥棒往前走。

南都:请结合绿色超级稻,谈谈我国面临怎样的粮食安全问题?

张启发:过去讲粮食安全,基本都是重视产量,不太关注粮食安全的可持续性。如果粮食依靠国际市场,就会很危险,所以,习总书记说“饭碗要端在自己手里”,我们要生产出足够多的粮食。其次,要充分关注粮食生产的可持续性。这样才能长期持续产出我们需要的粮食。

因此,我们做育种、做科研时,一定要关注粮食安全的可持续性问题。不能只说稻穗有多大,还要讲穗子多大是怎么得来的,消耗多少资源才能得到这么大的穗子。我们要把资源消耗,以及与环境的关系,都要考虑进去。这是我们做科研应该关注的事情。

南都:在绿色超级稻研制和发展方面,你对政府主管部门和水稻科研人员有什么期待?

张启发:从政府层面讲,目前已经有了比较好的政策环境,要把绿色超级稻很好的落到实处。绿色农业做到落地,每一年都要做出新的绿色品种,这只靠科研人员还不够,还要靠政府。政府、科研人员是相互依赖关系,在这一过程中,政府要起主导作用。政府可能还会进一步把绿色发展理念推广到其他作物里去。

为什么水稻可以提绿色超级稻,是因为水稻研究相对快一些,做水稻基因组研究开始的比较早,水稻的功能基因组研究相对领先,这是一个基础。相信其他作物也会顺应绿色发展,取得同样的科研成就。在这一过程中,希望政府进一步引领,提供导向,提供氛围,做一些具体措施。

从发展观点看,我们的科学研究,不仅是满足老百姓的需求,这只是一个方面。现在一直在提拉动内需,我们科研人员应该创造一些新的东西,促进市场的新需求。我一直举那个转基因番茄的例子,老鼠吃了增长寿命百分之二十八。如果将这个实验成果开发出一个新的产品,农民生产这种东西,就有可能变成一个新的市场需求。所以,我们科研人员要思考这些问题,要把奇特的资源变成产品,去引领新的需求和潮流。

采写:南都记者 吴铭

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责任编辑:刘涛
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