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水稻分子设计育种的重大突破:“中科发5号”及中科发系列水稻新品种选育成功及大面积示范应用

作者: 张之豪 来源: 中国日报网
2019-09-11 15:26 
当地的种粮大户(左)和李家洋院士(右)查看“中科发5号”水稻示范田。(图片来源: 中科院遗传发育所)

中国日报9月11日电(记者 张之豪)9月11日,国审稻新品种“中科发5号”及中科发系列新品种现场会将在吉林省吉林市举行,在2000亩示范片中,“中科发5号”等新品种在产量、抗稻瘟病、抗倒伏等农艺性状中表现突出,外观品质优、食味佳,丰收在即。中国科学院遗传与发育生物学研究所李家洋院士课题长期从事高等植物生长发育与代谢调控的机理研究,研究植物激素的合成与作用机理,阐明高等植物株型形成的分子机理。在我国率先建立了植物基因图位克隆技术方法体系,奠定了我国水稻功能研究的重要基础,克隆了影响水稻株型、分蘖数目、株高、分蘖角度、穗大小、穗型、茎秆强度等株型特征的一系列重要基因,并利用基因关联分析确定了影响包括直链淀粉含量、糊化温度与胶稠度在内的稻米品质主效基因及调控网络,分离鉴定了水稻抗性淀粉合成的重要基因,为培育高产优质水稻新品种奠定了坚实的理论基础。

为进一步将水稻基因功能研究的成果快速应用于育种工作中,李家洋院士提出并实践“分子设计育种”的理念。创建了北方稻区的“中科发”系列水稻新品种和南方稻区的“嘉优中科”系列水稻新品种,是李家洋团队成功利用“水稻高产优质性状形成的分子机理及品种设计”理论基础与品种设计理念所育成的标志性品种,实现了高产优质多抗水稻的高效培育。“水稻高产优质性状形成的分子机理及品种设计”研究成果分别于2017年获国家自然科学奖一等奖和2018年未来科学大奖。“中科发”系列品种作为从科学理论到生产实践的典型范例,将给予品种设计育种研究领域新的启迪,极大推动作物传统育种向高效、精准、定向的分子设计育种转变。这是在中国科学院A类战略性先导科技专项“分子模块设计育种创新体系”和科技部重点研发计划“主要粮食作物分子设计育种”项目支持下产生的重要成果。

“中科发5号”水稻(图片来源:中科院遗传发育所)

李家洋团队与合作者联合,针对东北地区最主要的优质米品种稻花香在生产中所遇到的问题,以优异稻米品质基因、抗倒伏和抗稻瘟病等基因为主线,结合高产及理想株型基因等,运用分子模块设计育种的理念和技术,经过精心设计,选育而成的具有优质、高产、抗稻瘟病和抗倒的中科发系列粳稻新品种。“中科804”于2017年通过国家审定(国审稻20170080),“中科发5号”(国审稻20180077)和中科发6号(国审稻20180071)于2018年通过国家审定。2018年,“中科804”在黑龙江五常市稻花香主产区3000亩示范片中脱颖而出,示范推广工作当选中国科学院2018年第3季度和全年的科技创新亮点成果及科技成果转移转化亮点成果,并入选两院院士评选2018年中国十大科技进展新闻。2019年“中科804”推广应用面积已达20万亩以上。

目前,“中科发5号”等品种的大面积示范推广工作正在进行。2019年“中科发5号”共示范20000多亩,在黑龙江,吉林,辽宁,宁夏,内蒙古共布置了40多个百亩以上示范片,其中在吉林省吉林市布置了2000亩连片示范片,目前所有示范片及生产上均长势优良,同稻花香相比,“中科发5号”和“中科804”预计增产100kg/亩以上,抗稻瘟病和抗倒伏等抗逆性强可减少灾害损失30%,品质优良,口感更佳,尤其它们的整精米率比稻花香提高8%以上。随着这些品种的大面积推广种植,由于其产量的大幅度提升,高8%的整精米率,米质优良,食口性好,以及抗病抗倒等优良性状所带来的经济和社会效益将日趋凸显。与此同时,李家洋团队在2016年及2017年在江苏沭阳成功举行了利用“分子设计育种”理念培育的“嘉优中科”系列优质高产水稻新品种万亩示范,示范效果显著,今年推广面积达到50万亩以上,预计明年推广面积将超过100万亩。这些成果真正实现了“用得上,有影响”要求,对引领我国品种升级换代具有里程碑式的意义。

“中科发5号”水稻介绍板(图片来源:中科院遗传发育所)

水稻是世界最重要的粮食作物之一,也是我国60%以上人口的主粮。东北地区是我国最主要的粮仓。该地区粮食高产和稳产与否,直接影响到国家的粮食安全。由于东北地区商品粮率高,稻米外观品质、适口性和营养品质等非常重要,同时该地区稻瘟病危害严重,不仅威胁到水稻的高产和稳产,而且也造成巨大的损失和严重的环境污染。

稻花香是东北地区最主要的优质米品种,并且形成了巨大的产业链,为当地的企业和农民带来了巨大的经济效益。但稻花香在生产中也遇到了如稻瘟病抗性差、抗倒伏能力弱、稻谷出米率低、品种退化较严重等问题。如何针对这些问题,解决东北地区水稻高产和优质之间的突出矛盾,选育出品质优良、高产、抗逆性强的水稻新品种是当前生产上需要解决的当务之急。

(编辑:严玉洁 王晗)

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