【中国科学报】“绿色超级稻”突破呼之欲出

■本报记者 鲁伟

“少打农药、少施化肥、节水抗旱、优质高产。”9月22日，第13届国际水稻功能基因组大会在华中农业大学召开。中科院院士、华中农业大学教授张启发在接受记者采访时，又一次提到绿色超级稻的“十六字方针”。

得益于国内水稻科学家在基因功能研究方面20余年的积累，绿色超级稻在应用推广上优势明显。“它所倡导的资源节约和环境友好，也逐渐成为国家两型农业的一个缩影。”张启发总结说。

据华中农业大学教授、绿色超级稻项目首席科学家余四斌介绍，近年来，一批具备绿色超级稻性状的新品种已在湖北、安徽、四川、广西等地累计推广应用近4000万亩，取得了良好的经济和社会效益。

解码水稻天书

水稻的重要性不仅仅在于它是世界上三分之一人口的主食，还在于它已成为植物生物学研究中很重要的模式植物。对农业科学家而言，研究好了水稻，其他禾本科作物的秘密就迎刃而解了。

然而，水稻的全部基因排列宛如一部天书，功能基因的鉴定就是对其词义的破译和字典的编撰。解码“水稻天书”也是当前水稻学界最为艰深、竞争最为激烈的领域。

“每一个基因的解码，都意味着人类对水稻天书认识又前进了一步，同时也为水稻遗传改良增添了新的知识和基因资源。”张启发说。

数据表明，以水稻为题检索近10年间各个国家发表的SCI论文数，中国以6875篇居首位。而根据《自然》集团发布的涵盖68种高质量学术期刊的自然指数，在这10年间，中国在这68种高质量学术期刊中共发表水稻研究论文117篇，位居世界首位。

作为国内水稻研究的重镇，华中农业大学的水稻团队共成功分离克隆了控制水稻产量、品质、抗旱、抗病、杂种优势利用等性状共100多个重要功能基因，是国际上克隆作物基因最多的单位之一，这些成果登上了包括《科学》在内的一系列世界顶尖学术期刊上。

第三次育种突破

在过去半个世纪里，中国的水稻育种实现了两次重要突破，成为世界范围内第一次“绿色革命”的重要组成部分。

第一次是上世纪60年代矮化育种的成功，把水稻产量提高了20%～30%；第二次是上世纪70年代中期杂交水稻的研究成功，水稻产量在矮秆良种的基础上又增长20%左右。

两次突破很好解决了中国等发展中国家的温饱问题，但随之暴露出的问题也逐渐尖锐起来：化肥、农药的大量使用，土壤退化，环境问题突出。

张启发认为，“第二次绿色革命”的基本出发点就是要逆转第一次绿色革命所带来的负效应。通过具有新的优良性状的品种培育和技术推广，减少化肥、农药、水及劳动力的投入，做到资源节约、环境友好。

对此，中科院院士李振声提出“要为第二次绿色革命准备基因资源”，得到了水稻科学家们的一致认同，水稻育种的第三次突破呼之欲出。

随后，张启发开始提出了绿色超级稻的设想，中国农科院研究员黎志康、上海市农业生物基因中心罗利军等人也相继发表文章，从不同层面论述“绿色超级稻”的元素和技术路线。

黎志康认为，绿色超级稻的研发是一个复杂的系统工程。可以采用两步走的策略培育绿色超级稻新品种：第一步，通过育种，将种质资源中的大量绿色性状有利基因导入优良的遗传背景中；第二步，将这些导入系或近等基因系相互杂交，实现基因聚合，培育聚合大量优良基因于一体的绿色超级稻。

绿色超级稻的实践

据余四斌介绍，中国“绿色超级稻”计划，从设想的一开始，就拟订了针对中国粮食安全、水资源及生态环境保障的目标。

2010年，国家“863”计划重大项目绿色超级稻新品种选育启动。在项目支持下，我国多个水稻科研机构通力合作，利用水稻功能基因组的研究成果，开展新品种选育，成功培育出一批具备抗病虫、节水抗旱、养分高效等“绿色”特性的新品种或品系。

实践表明，在湖北省团风县和武穴市的推广应用中，由广东农科院选育的新品种“黄华占”具有少打农药、少施化肥、节水抗旱等特点，经测算，每亩可节本增效约444.5元。

目前，由中国科学家倡导并研发的绿色超级稻得到了比尔和梅琳达·盖茨基金会的青睐，通过“为非洲和亚洲资源贫瘠地区培育绿色超级稻”项目，将绿色超级稻的技术和新品种输出到有需要的亚非国家，解决世界粮食危机。

“绿色超级稻的性状还须不断优化。”谈到挑战，张启发认为，绿色超级稻的最终目标应该是不打农药、不施化肥，但是现阶段的技术还无法实现。

要实现这一目标，就意味着他和他的团队需要破译更多的水稻基因。“我们想要编译一本水稻基因的字典，现在可能还不到十分之一，这是一个停不下来的工作。”张启发说。