【中国科学报】挑战极限的两米“稻王”

  

  10月16日,湖南长沙县金井镇,蒙蒙秋雨中,“中国杂交水稻之父”、中国工程院院士袁隆平走进中国科学院亚热带农业生态研究所长沙农业环境研究站的试验田后,脸上露出了笑容。

  “这是个好材料,很有前景。这么宝贵的材料,一定要好好研究、改进提高。”袁隆平所指的,是亚热带生态所研究员夏新界领衔的水稻育种团队历经十余年,培育出的超高产优质新种质“巨型稻”。

  这种水稻父本材料株高两米,单穗500粒以上,据此创建的新型稻田生态种养模式,经济效益比现行常规种养模式至少翻一番。

  水稻产量已到极限? 

  稻米是人类最主要的粮食作物,世界上有一半以上人口的主食是稻米。随着全球人口的增长与耕地面积的减少,提高产量仍是当今水稻育种工作者的首要目标。

  作物的产量取决于生物量和收获指数两大性状。20世纪60年代初的第一次绿色革命,通过矮秆基因和多项高产基因的聚合,育种学家实现了收获指数和作物单产的跨越式提升。

  然而目前,经过几十年的不断挖掘,水稻产量已接近植物生理学家认为的作物收获指数上限,也就是收获的谷粒重量与整个水稻连根拔起重量的比例为0.6。

  “要想继续在产量上取得较大的突破,就要想办法培育出超大生物量的大个子水稻。”中科院亚热带生态所所长吴金水告诉《中国科学报》记者,水稻个子越大,光合作用面积就越大,在保持收获比例不变的情况下,水稻产量就能相应提高。

  “稻王”诞生 

  在现有优质种源的基础上,科研团队通过突变体筛选、籼粳及野生稻远缘杂交、聚合定向选育而获得了拥有完全自主知识产权的水稻新种质材料——“巨型稻”。

  随后,科研人员以“巨型稻”为亲本,通过两系、三系杂交,配制系列杂交组合,并运用分子标记辅助育种、定性改良等技术手段,筛选培育出一系列高产、优质、广适的巨型稻杂交新品系。

  “巨型稻”具有突出的高产、强抗等优势。例如,“巨型稻”巨丰5号高2.0米以上,株形高大,叶挺色深,光合效率高,单位面积生物量比现有水稻品种高出50%,平均有效分蘖40个,单穗最高实粒数达800粒,茎秆粗壮,抗倒伏、抗病虫害、耐淹涝,理论单季产量有望超过每公顷18吨。“其中有一蔸达到2米多高,有84个稻穗,是名符其实的‘稻王’。”夏新界说。

  经农业部DNA指纹检测,以及水稻基因芯片指纹图谱检测,“巨型稻”被确认是一种水稻新种质材料。目前,研究团队已初步构建了两个株系的指纹图谱,向国家农业部提交了“巨型稻”品种权申请,并已获得10多项拥有自主知识产权的国家专利和国际专利。

  2017年,中科院亚热带生态所与战略伙伴在长沙站联合建立“巨型稻”试验研究与推广应用示范综合基地,总面积达200余亩。

  经农业部食品质量检验测试中心(武汉)检测,“巨型稻”杂交品种米质达到优质稻三级标准,突破了杂交稻育种中“高产不优质,优质不高产”的难关。

  禾下致富不是梦 

  虽然“巨型稻”优势巨大,但夏新界很清楚,农民愿意种,才是检验成果的“金标准”。

  “当前农田产出低下,不足以唤起广大农民种田的积极性。”他说,“即使水稻产量达到到每亩1000公斤,一个农户的几亩地,也不足以维持一家几口的日常费用开支。而且田间农活繁重辛苦,愿意下田干活的人越来越少,劳动力短缺,日益枯竭。”

  怎么能提高农民的积极性和他们的收入?作为一名农业科技工作者,夏新界感到责任重大。

  他提出,“巨型稻”株形高大、稀植、生育期长、叶茂且冠层高、淹水深度大等,可为蛙、鱼和泥鳅等稻田养殖动物提供良好的栖息环境,具有适宜种养结合的优势。可以充分利用这一特殊优势,提升稻田生产经济效益。

  2017年,科研团队在长沙站建设了30亩“巨型稻”生态综合种养模式试验与示范区,采用零化肥、零农药、零抗生素的有机农业生产方式。与常用的稻田综合种养模式相比,稻谷产量至少提高一倍以上,青蛙、泥鳅、稻花鱼等养殖动物的成活率亦提高一倍以上,产量提高1.5倍以上,全部产品实现绿色、优质化,亩均纯收入超过万元。

  “我认为,种养结合与智慧农业是必选项,代表未来农业的发展方向。”夏新界盼望着,禾下致富的梦想,能够早日走进千家万户。

  (原载于《中国科学报》 2017-10-17 第1版 要闻)