优良粮种背后的科技攻关

文/朱虹

粮食安全是实现经济发展、社会稳定、国家安全的重要基础。“‘十三五’以来，我国农业科技持续发展，农作物良种覆盖率在96%以上，自主选育品种面积占比超过95%。水稻、小麦两大口粮作物品种已实现完全自给，良种对粮食增产贡献率已超过45%。作物单产显著提升，粮食总产连续5年超过6.5亿吨，口粮实现绝对安全。”中国农科院副院长、中国工程院院士、“七大农作物育种”重点专项（以下简称“育种专项”）总体专家组组长万建民介绍。

粮食安全是国家战略，种子是农业的“芯片”，种源安全连着粮食安全。主粮作物领域方面的育种专家详细解析了粮食安全背后的科技支撑。

粮食生产形势大好

我国粮食总产连续5年超过6.5亿吨，作物单产提升贡献卓著。

据统计，2020年，我国粮食作物总产6.69亿吨，比2016年提高8.6%，连续5年保持增加势头。粮食作物播种面积由2016年的16.95亿亩增加到2020年的17.50亿亩，增幅3.3%。粮食作物单产由2016年的363.5公斤/亩增加到2020年的382.3公斤/亩，增幅达5.2%。

水稻和小麦等口粮作物保持稳定，基本实现供需平衡。其中，水稻年播种面积保持在4.5亿亩左右；稻谷总产略有增加，2020年达到2.12亿吨，比2016年增加2.4%；水稻单产由2016年的457.4公斤/亩，增加到2020年的469.6公斤/亩，增幅2.7%。小麦年播种面积略有减少，基本保持在3.50亿亩以上；总产由2016年的1.29亿吨，增加到2020年的1.34亿吨，增幅4.6%，主要得益于小麦单产从2016年的355.2公斤/亩增至2020年的382.8公斤/亩，增幅7.8%。

玉米生产发展迅速，总产保持快速增长势头。玉米年播种面积由2016年的5.51亿亩增加到2020年的6.19亿亩，增加12.3%，总产由2016年的2.20亿吨增加到2020年的2.61亿吨，增幅达18.7%；玉米单产也由2016年的398.2公斤/亩增加到2020年的421.1公斤/亩，增幅5.8%。

实施“大豆振兴计划”以来，大豆生产得到恢复性增长。2016年至2020年，大豆播种面积从1.14亿亩增加到1.48亿亩，增幅29.9%；总产由1360万吨增加到1960万吨，增幅44.1%；单产由119.75公斤/亩增加到132.4公斤/亩，增幅11.0%。

杂粮作物有升有降，总体保持稳定。受种植业结构调整、消费需求、市场拉动、政策支持等因素影响，杂豆、谷子、高粱、荞麦等杂粮生产面积稳中有升，而大麦/青稞生产面积逐年减少。杂粮常年种植面积约1.7亿亩，占全国粮食作物播种面积的8%~10%，产量约2000万吨（不包括甘薯），占粮食作物的3%~4%。

提升主粮作物育种自主创新能力

基础研究是整个科学体系的源头。万建民介绍，我国在小麦、水稻、玉米、大豆、杂粮等粮食作物基因组解析、新基因克隆，以及育种关键技术研发等方面取得了重大进展，为粮食作物遗传改良与精准设计育种提供了理论基础与技术支撑。

主粮作物基础理论研究成果丰硕，比如在基因组解析方面，构建全球首个亚洲栽培稻3010份核心种质的泛基因组，发现1.2万个水稻新基因，为分子设计育种提供了丰富的基因资源；完成了145份不同时期小麦代表性品种进行重测序，构建了高密度的基因组变异图谱，揭示小麦重大品种基因组演变规律；完成了350份玉米育种材料的全基因组重测序，阐明现代玉米育种过程全基因组选择与遗传改良规律。

干旱、盐碱、病虫害等逆境胁迫是导致我国粮食减产和品质下降的主要原因。针对育种和生产主要目标性状，中国农科院在水稻、小麦等粮食作物中发掘出一批重要功能基因，为培养抗逆新品种奠定了基础。

在育种领域，我国已突破了一批育种关键技术。在小麦上，历时30年创立了小麦远缘杂交新技术体系，破解了小麦与冰草属间杂交及其改良小麦的国际难题，创制了高穗粒数、广谱抗病性等新材料392份；在水稻上，首次建立了可固定杂种优势的水稻无融合生殖体系，成功获得杂交水稻的克隆种子，实现了杂交水稻无融合生殖“从0到1”的突破。

在此基础上，“十三五”期间，中国农业科学院在小麦、水稻、玉米、大豆、杂粮的优质、抗逆、宜机收等新品种选育方面取得突破。

育种专项项目负责人、中国农科院作物科学研究所副所长刘录祥介绍，我国是世界最大的小麦生产国和消费国，分别占全球小麦生产和消费总量的17%和16%。小麦生产持续健康发展对保障国家粮食安全至关重要。

“十三五”期间，我国小麦良种供应能力不断提高，育成了“鲁原 502”“百农 4199”“西农 511”“中麦578”“济麦44”等一批小麦新品种，生产品种全部为国产自育，小麦生产用种的种子质量合格率稳定在98%以上，良种覆盖率超过97%，种业市值超过160亿元。

其中，“中麦895”灌浆速率和耐热性居黄淮麦区南片首位，面条品质达到国家优质标准，2020年推广面积为全国第三位；“鲁原502”产量潜力高、适应性广、抗倒伏能力强、品质优良，2019年成为我国三大主推小麦品种之一；“中麦175”是我国第一个同时通过国家水地和旱肥地两个区域审定的水旱兼用型品种，实现了我国冬小麦育种的新突破，是北部冬麦区推广面积最大的品种。

中国农科院作物科学研究所所长、中国工程院院士钱前介绍，我国是世界稻米产量和消费量最大的国家，均占全球水稻生产和消费总量的28%左右。水稻产业持续稳定发展对于保障国家粮食安全意义重大。

“十三五”期间，我国水稻品种审定数量大幅增加，良种供应能力持续提高，育成了“绥粳22”“晶两优534”“华浙优261”“中佳早18”“华浙优1号”等一批优良水稻品种，推动水稻单产不断迈上新台阶。目前，我国生产上应用的水稻品种全部为国产自育，水稻生产用种的种子质量合格率稳定在98%以上，良种覆盖率超过97%，水稻种业市值超过185亿元。

钱前院士说，除丰产性、抗病性、优质性、广适性等特性，如今的水稻育种更追求口感与营养学。

据悉，育种专项项目负责人、中国水稻研究所所长、中国工程院院士胡培松团队选育的“华浙优261”香型优质杂交稻，是优质高产高效广适性新品种，达到农业行业《食用稻品种品质》标准一级。在2020年第三届中国·黑龙江国际大米节品评品鉴活动中，获得了籼米组金奖第一名；在第三届全国优质稻品种食味品质鉴评活动中，“华浙优261”再次获得籼稻组金奖。钱前院士团队选育的“嘉禾优7245”粳型三系杂交水稻品种，不仅味道软糯弹香滑，而且具有产量高、抗稻瘟、抗飞虱等优点，被评为2018年浙江十大“好味稻”品种第一名。此外，“中嘉早17”“中早39”“天优华占”“中浙优8号”等老牌优势品种继续在全国大面积推广应用，创造了巨大的社会经济效益。

国家玉米产业技术体系首席科学家李新海说，玉米是我国第一大作物。玉米的生产发展对保障国家粮食安全具有重要地位。

“十三五”期间，我国玉米生产方式逐步向优质高效机械化方向转变，生产效率不断提升。玉米产业的蓬勃发展得益于新品种培育不断突破，单产由2015年的393公斤/亩提高到2020年的421公斤/亩，自育品种面积由85%提高到90%以上，优质专用、绿色高效品种大幅度增加，籽粒直收新品种助力全程机械化打通“最后一公里”。

“十三五”期间，我国玉米主产区育成“中单123”“中单 685”“中玉 303”“中单 111” 等高产抗逆宜机收新品种，育种目标从高产向早熟优质抗倒宜机收方向转变。新品种“中单111”在内蒙古表现早熟抗倒、籽粒含水量低（22.4%）、产量高（969.2kg/亩）、落粒损失率低（0.92%），可以实现高质量籽粒直接收获；在新疆奇台创亩产超过1570公斤。以“中单808”“中单909”等为代表的中单系列玉米品种累计推广超过3000万亩以上。

大豆是重要的植物蛋白来源。近20多年，我国大豆消费量持续攀升，供需缺口居高不下。鉴于美洲大豆主产国产量高、成本低，我国大豆进口不断增加，主要用于压榨，进口量从2011年的5264万吨增加到2019年的8551万吨。国产大豆主要用于食用。据统计，2020年我国大豆总产1960万吨，可满足食用大豆需求。

“十三五”期间，我国大豆科技水平快速提升，生产用种保持100%国产化，良种覆盖率在98%以上，“合农 95”“黑农 84”“绥农 44”“齐黄 34”等品种的选育及大面积推广种植，同时大垄密植、浅埋滴管、免耕覆秸、带状复合种植等技术模式不断成熟，良种良法结合刷新小面积高产纪录，创造大面积高产典型，带动主产区大豆扩面积、提单产。

种质资源：种业创新的重要保障

“如果说种子是农业的‘芯片’，那么种质资源就是‘芯片’的核心。”钱前将作物种质资源库比作育种的“弹药库”，是种业创新的物质基础，是农业发展的战略资源。

据万建民院士介绍，我国目前建成完善了由1座长期库、1座复份库、10座中期库、43个种质圃、205个原生境保护点，以及种质资源信息中心组成的国家作物种质资源保护体系。2020年，我国作物种质资源保存总量突破52万份，位居世界第二，年均共享利用8万份次，支撑国家重大需求和科学前沿研究效果显著，进一步强化了种质资源的战略性地位。

据介绍，国家作物种质资源保护体系创建了科学规范化研究体系。系统研制了296类农作物种质资源描述规范、数据规范和数据质量控制规范894个，创建了农作物种质资源科学分类、统一编目、统一描述的技术规范体系，基本实现了农作物种质资源工作的标准化、规范化和全程质量控制。

促进库（圃）保存资源数量与质量的同步提升。自2001年以来，新收集、引进资源242类作物19.2万份，其中国内收集12.1万份、国外引进7.1万余份，新增物种数560个。

特别是自2015年组织开展第三次全国农作物种质资源普查与收集行动以来，全面启动了全国31个省市区的普查与收集工作，已收集各类作物种质资源5.4万份，其中96%以上为新收集资源，抢救性收集耐水淹玉米、红皮核桃等一大批珍贵资源。

基本实现了从全面鉴定向精准鉴定的转变。在对收集、保存的种质资源进行基本农艺性状全面鉴定的基础上，组织开展了对水稻、小麦、玉米、大豆、棉花、油菜等主要农作物3万余份种质的精准鉴定，进一步强化了种质资源有效支撑产业发展的物质基础。

原始创新进一步加强。通过远缘杂交等途径，创制了一批关键性状突出、遗传基础明确、育种家想用、育种中好用的自主知识产权核心育种材料。其中，首次攻克利用冰草属优异基因改良小麦的国际难题，创制了一批多粒、广谱抗病性且产量三因素可同步提高的育种新材料，新材料正在为全国各麦区主要育种单位利用，并培育出一批新品种。

国家作物种质资源保护体系通过田间展示与年均实物分发共享8万份次，作物种质资源在解决国家重大需求问题的支撑作用日益显著。据可获得的反馈资料，近五年来，支撑或服务于国家“三大奖”15项，培育新品种500余个，重要论文300余篇，重要著作38部。

粮食产业如何打“翻身仗”

万建民院士指出，“十四五”期间，中国农科院将在种质资源、基础研究、核心技术、重大产品等方面重点开展以下工作：

加强种质资源保护和利用。加快建成现代化、自动化、智能化的新国家作物种质库，以小麦、水稻、玉米、大豆等主要农作物为对象，重点攻克并建设高通量、规模化表型及基因型鉴定平台，发掘携带优异基因资源种质材料。

加强生物育种基础研究。重点突破优异种质形成与演化规律、重要性状协同调控机理、代谢调控网络与合成机制，构筑农作物精准设计育种的遗传理论体系。

开展种源“卡脖子”技术攻关。重点研发不依赖受体基因型的高效遗传转化体系、新一代杂种优势利用技术、无外源基因无基因型依赖，以及特异性强或广适性高效基因组编辑技术、组合诱变技术、新型育种芯片和基因高效分型技术、预测精度大幅度提高的全基因组选择技术、染色体和染色体片段准确识别跟踪技术等育种关键技术。

加强作物重大新品种培育。重点培育优质绿色超级稻、优质功能水稻、优质节水小麦、抗赤霉病小麦、耐旱宜机收玉米、抗虫耐除草剂玉米、优质蛋白玉米、高产高蛋白大豆、耐除草剂大豆等重大新品种。

加快推进科技条件平台建设和布局。加大对国家作物种质库、农作物基因资源与基因改良国家重大科学工程、作物分子育种国家工程实验室等科研平台的支持力度。推进国家种业创新实验室、南繁研究院国家作物表型研究设施等国家级重大科技创新平台建设。

加大对自主知识产权生物育种核心技术和产品的研发，在科学和严格监管下开展生物育种产业化应用，加强对生物育种相关技术的科普宣传力度，助推我国生物育种产业快速发展。