把“农业芯片”紧紧攥在我们手中！中科院种子专项解决了哪些关键问题

令水稻在氮肥减少三成的情况下依然稳产；给小麦装上抗白粉病和赤霉病的“免疫盾牌”；让鲫鱼更抗病、长得更快，还可能彻底消除恼人的小刺……

这些突破，出自中国科学院A类先导专项“种子精准设计与创造”（以下简称“种子专项”）。

“我们实现了全链条的突破，可以概括为‘三新’——新理论、新技术、新产品。”中国科学院院士、种子专项首席科学家李家洋介绍，种子专项始于2019年11月，由中国科学院联合院内外30家优势单位协同攻关，聚焦水稻、小麦等主要农作物和鱼等动物，目标是解决我国粮食安全与农业发展的关键问题——让新品种增产10%至20%，减少化肥、农药等投入15%至20%，减少损失15%至20%（以下简称“一增二减”）。

种子是“农业芯片”。精准设计育种这盘大棋，在科技工作者手中，正下得风生水起。

减“肥”水稻 “免疫”小麦

种子，变“聪明”了

面对农业生产中化肥过量、病虫害频发等现实挑战，种子专项科学家的首要任务是找到问题根源，即从生命的最底层——基因中寻找答案。

“我们的目标是让水稻‘少吃多产’。”中国科学院院士、中国科学院植物研究所研究员种康向记者解释。中国科学院遗传与发育生物学研究所研究员储成才团队克隆了一个名为OsTCP19的关键基因——用这把“基因钥匙”，能显著提高水稻对氮肥的利用效率。

实践中，这意味着什么？

“‘减肥’不减产！”种康给出数据，“使用了该基因的水稻，在氮肥施用量减少20%至30%的情况下，产量能够保持稳定。”

“这项理论突破，为破解我国农业长期面临的化肥过量使用难题提供了一条切实可行的生物学路径。”中国科学院院士、福建省农业科学院研究员谢华安评价道。

小麦的白粉病和赤霉病，被称为“沉默的杀手”，常导致严重减产。寻找有效的抗病基因，一直是育种界的难题。如何破题？科技工作者把目光投向我国丰富的地方品种资源。

“我们从地方品种中挖掘出一个广谱抗白粉病且兼具麦瘟病抗性的珍贵基因Pm24。”中国科学院遗传与发育生物学研究所研究员刘志勇告诉记者，团队利用Pm24基因创制高产抗病新种质，分发给相关育种单位，为小麦主产区构建前瞻病害屏障。

中国科学院遗传与发育生物学研究所研究员韩方普团队则利用新型的赤霉病抗病模块，成功培育出抗赤霉病的高产小麦新品种“中科166”。该品种的推广效果非常直观：因为抗病性强，田间农药用量得以大幅下降。截至目前，“中科166”的累计推广面积已接近150万亩，为主粮安全织密了一道防护网。

基因编辑 “从头驯化”

育种，有了“导航”

找到了优良基因，如何精准、高效地将它们组合在一起，创制出理想的新品种？这需要全新的育种技术。

在现实育种过程中，抗病和高产这两个优良性状往往难以兼得，“抗病不高产”曾被称作育种魔咒。为此，中国科学院遗传与发育生物学研究所研究员高彩霞团队自主研发了多重基因组编辑技术。利用这套精密的“分子剪刀”，该团队快速创制出既高抗白粉病又高产的小麦新种质。

“这项技术的意义在于，它让我们能够直接对基因进行精准修改，而不再仅仅依赖传统的杂交和运气。”高彩霞表示。

2024年，基于该技术培育的产品获得我国首个口粮作物基因编辑生产应用安全证书，标志着这一技术从研发向产业化应用迈出了关键一步。

如果说基因编辑是对现有品种的改良，那么李家洋团队做的则是一件更富开创性的事——“从头驯化”。

该团队选择了一种异源四倍体野生稻，它蕴含大量抗逆、抗病的优异基因，但由于种粒小、易脱落、花期短，无法适应农业生产。

“野生稻是巨大的抗逆抗病基因宝库，直接利用难如登天。”李家洋介绍，他们从零开始设计驯化路线，攻克了遗传转化、基因组注释等一系列技术难关，在短短数年内走完大自然数千年的驯化之路，最终成功创制出新型四倍体水稻新材料。

国际同行赞誉这项技术“启动了人类农业新文明”，为全球粮食安全提供了前瞻战略性技术储备。

“未来，这场抢占种业科技制高点的胜利标志，不仅在于我们是否拥有备份的种源，更在于我们是否构建起自主的、引领性的种业科学体系与创新生态。”中国科学院可持续发展科技研究局局长薛强道出种子专项成果的战略意义。

粮仓丰盈 餐桌多元

新品种，走向餐桌

一项项技术突破，最终要落到田间地头。

在湖南的稻田里，种植大户对“中科发早粳”系列水稻赞不绝口：“不仅产量高，米质还好，卖得上价。”

在湖北的水产养殖基地，负责人看着池塘里快速成长的“中科6号”鲫鱼苗算起了账：“长得快、病害少、省饲料，收益还增加了。”

可喜的是，种子专项实施6年来，已创制出37个符合“一增二减”目标的先导型品种。

李家洋团队培育的“中科发”系列水稻，正是精准设计育种实践的典型代表。

在东北稻区，“中科发5号”的表现令人瞩目：相比当地主栽的优质品种，它可实现增产超过20%；在条件较差的盐碱地上，亩产突破600公斤；此外，它不仅产量高，米质也好，曾获得全国优质稻食味品质鉴评金奖。

市场给出了真实反馈：2024年，“中科发5号”已跻身全国常规水稻推广面积的前五位。

在南方双季稻区，“中科发早粳1号”则解决了另一个痛点——实现我国双季早粳稻品种零的突破，将优质新米的上市时间提前2到3个月，让消费者能更早吃上当年的新粳米。

当然，种子专项的成果并不局限于主粮。

针对我国大豆进口依存度高的产业痛点，中国科学院遗传与发育生物学研究所研究员田志喜团队绘制了全球领先的大豆图形结构泛基因组图谱，并开发多维组学数据库SoyOmics。借助这些工具辅助精准设计，种子专项团队成功培育出“科豆”“东生”等10个高产高营养大豆新品种。

在水产领域，精准设计育种也展现出巨大潜力。中国科学院院士、中国科学院水生生物研究所研究员桂建芳团队首次在鱼类中提出“双三倍体”概念，并建立设计育种技术体系。该团队培育的异育银鲫“中科6号”候选新品种，与广泛养殖的“中科3号”相比，生长速度平均提升25.0%，养殖存活率平均提升66.5%，饲料效率平均提升20.1%。

“经过多年攻关，我们实现了从‘跟跑’‘并跑’到部分‘领跑’的跨越。但这只是一个开始，未来的种子将更高产、更营养、更节水、更抗灾。”李家洋说。

如此创新，将带领中国种业走向怎样的未来？答案，就在下一粒更加智慧的“农业芯片”中。

原标题：《把“农业芯片”紧紧攥在我们手中！中科院种子专项解决了哪些关键问题》

栏目主编：张武

文字编辑：笪曦

本文作者：光明日报

题图来源：上观题图