育种技术 让水稻也“优生优育

　　米饭，是我们再熟悉不过的粮食了。如果说水稻也能像设计工业品一样被“定制”，例如让米饭富含某种特定营养，甚至让米粒变成彩色既好看又好吃，你是否会觉得这是天方夜谭？

　　虽然距离“像设计工业品一样设计水稻”还有很长的要走，但目前我省科学家已让不少天方夜谭的想法变成了现实，如让米饭更香、口感更好、改变水稻耐高低温或盐碱的能力等。

　　助力这一梦想照进现实的“幕后功臣”便是育种技术，它也被众多专家看成是“未来水稻育种”的方向。那么，育种技术是如何让水稻心甘情愿改变“性情”的？相比传统育种它又有何优势？广东水稻育种技术在全国又是处于什么水平呢？

　　“你看这株秧苗，它旁边其他植物都被除草剂，只有它还是绿油油的。”深圳市作物设计育种研究院常务副院长、国家“千人计划”专家唐晓艳指着该院二楼办公室的展板介绍，这是她5年前研制出的非转基因、具有抗除草剂特性的广适优良籼稻新品系，目前在湛江雷州市试种，因其有利于水稻直播，能减少水稻种植过程中劳动力投入，降低成本提高收入，深受当地农民的青睐。

　　这一具有抗除草剂特性的广适优良籼稻新品系，只是该院几大核心研究之一。唐晓艳所在团队的另一项研究是广三系杂交育种技术体系——一个被袁隆平称赞为“3G育种技术”的体系。

　　记者在采访中了解到，无论是抗除草剂特性的广适优良籼稻新品系，还是广三系杂交育种技术体系，都离不开当前育种界的“热门”——育种技术，它也被众多专家看成是未来育种的方向。

　　那么，什么是育种呢？广东省农业科学院水稻研究所所长王丰告诉记者，育种包括利用标记辅助选择育种技术、转基因技术、基因编辑技术和全基因组选择技术开展的育种，可以按照人的意愿进行定向水稻的某些性状，使现有品种更加趋于完善，是更高效、更精准的水稻新品种培育技术体系，“标记辅助育种是通过寻找与重要农艺性状紧密连锁的DNA标记，从基因型水平上实现对目标性状的直接选择，从而加快育种进程，提高育种效率，选育抗病、优质、高产的品种。”王丰说，“标记辅助育种不涉及转基因，与常规的杂交育种原理一样，只是把标记当成一个工具来辅助育种。”

　　日常生活中，大家煮饭或吃饭的时候，常常能闻到米饭有一股淡淡的香味，王丰介绍，水稻多数品种原本是没有香味的，但为何目前很多高档优质米都有香味呢？这是因为水稻中的BAD2基因突变，缺失了8个碱基，导致基因功能的，使产生香味的代谢物质乙烯吡咯啉不能，从而累积在稻米中，使米饭有芳香味。

　　在育种方面，科学家也可以通过基因编辑技术对控制各种性状的DNA片段即基因中的碱基进行编辑，从而导致基因的功能改变，最终使得由其控制的性状也发生改变。王丰解释，“目前，我们可以通过基因编辑的方法，改变BAD2基因的1—2个碱基，使基因的功能失活，从而达到水稻品种由无香变为芳香可口的目的。”

　　对于育种之所以会出现，唐晓艳认为，这与基因功能的研究发展密切相关。上世纪80年代中期以后，随着稻米市场的逐步和生活水平的不断提高，单一追求产量的超高产水稻品种难以满足市场的需求，“在人们的温饱问题解决后，越来越多的人希望能吃到‘好吃’的大米。”唐晓艳说。

　　因此，改善稻米综合品质，成了育种专家和稻米企业共同追求的目标。但水稻的产量和品质均为复杂的数量性状。“如何将这些高产、优质、抗多种病虫的各种复杂性状调控和谐、有序地整合于当前主栽品种，则是传统育种面临的技术困境，而基于基因功能研究以及当前生物学技术进步的设计育种，就展现出了巨大的技术优势。因此，育种技术也应运而生。”唐晓艳表示。

　　王丰介绍，目前国内外的一些育种专家也正是利用育种技术来改善抗性、稻米综合品质。总的来说，广东在这一方面是走在全国前列的。

　　近年来，王丰所在的广东省农科院水稻所就通过与国际水稻研究所合作，系统开展了水稻三黄占2号的稻瘟病持久抗性遗传机制研究，标记定位了6个稻瘟病持久抗性基因，并克隆了其中1个抗病QTL和1个主效基因。稻瘟病的研究还获得了国家自然科学基金国际合作重大项目的资助。

　　此外，“十二五”以来，已标记定位出水稻稻瘟病抗性、耐冷性、耐热性、高收获指数等性状的相关基因（QTL）74个；克隆和功能验证13个与稻瘟病抗性和耐冷性相关基因；通过标记辅助选择创建了一批优良的水稻新种质。“育种可以说是给水稻做‘优生优育’。”王丰形象地比喻。

　　传统的育种，育种专家要想获得一个性状良好（抗性、株型、品质、产量等）的材料，往往通过杂交或回交转育后，只能凭借自己的经验在浩如烟海的水稻后代中观察、选择，费时费力。“有些传统的育种专家甚至一辈子都无法选育出自己想要的品种。”王丰感慨道。

　　“采用育种就不会出现这种情况，它相当于给育种专家增加了一种更为精准的技术手段。”唐晓艳说，标记辅助育种，可以利用与目标性状紧密连锁的DNA标记对目标性状进行间接选择。即利用与目标性状基因紧密连锁的标记，对目标性状进行选择，能克服目标性状在田间受因素影响的困难，而且在早代就能够对目标基因的转移进行准确、高效的选择，克服隐性基因利用时识别的困难，从而能够加速育种进程，提高育种效率。

　　“它（育种）实现从传统‘经验育种’，逐渐转变成以基因组信息为依据的‘精准育种’。”王丰解释，在实验室就可以快速排除非目标单株，误判的概率在5%以下，避免了大量的田间筛选工作，这样选育一个新品种时间可以大大缩短。

　　同样属于育种范畴的DNA重组转基因技术也具有准确快速的特点。DNA重组转基因技术，可以针对作物品种的某个缺点，针对性地导入一个或几个功能基因，克服其缺陷。目前在全世界广泛种植推广的转基因抗虫抗除草剂农作物，就是DNA重组转基因技术的重要。

　　当然，转基因技术也能生产不带转基因的作物新品种，目前正在日益兴起的基因编辑技术便是其中一个实例。所谓基因组编辑技术，就是通过对生物基因组特定靶位点进行定向改变的新技术，在农作物遗传改良育种上已呈现出广阔的应用前景。

　　中国农业科学院深圳农业基因组研究所所长钱前举例说，大米口感好不好主要取决于两个基因，弄明白这一点，育种专家就可以对不同品种进行相应的置换和，得到想要的口味。

　　“广三系杂交育种技术是另一个实例”。唐晓艳阐述道。广三系不育系糅合了传统“三系法”和“两系法”的优点，克服了两者存在的缺点——在提高水稻种质资源利用率至接近100%的同时，又避免了自然条件（光温）对不育系育性的影响，大大降低了杂交制种的风险。这两个目标要同时实现，在育种出现前几乎不可能。如今能实现这一目标，育种技术“功不可没”。

　　不过，唐晓艳认为，上述技术还有比较长的要走，首先，设计所涉及的基因数量巨大，这需要对基因有相当深入的研究，需要时间和精力的投入；其次，通过DNA重组转基因技术产生的转基因新品种从实验室研究到商业化产品，需要经过中间试验、、生产性试验、安全证书申请等环节，这一过程至少需要10年以上。

　　“在电脑前是选不好品种的。”王丰也认为，育种是一门实践性非常强的学科，因此，育种无论走到哪一层，一定要与传统育种结合。这就需要既要做好基因的基础研究，也要做好育种研究。

　　日前，记者随海南省农业厅组织的调研组在临莲镇采访了解到，从美国回来的生物技术育种科学家吴永忠科研团队，经过4年多研究，取得水稻遗传智能育种技术（GAT）基础及应用研究的重要突破。

　　GAT是吴永忠博士及其团队在杜邦先锋种子公司SPT技术基础上，重新设计的更新一代的育制种技术，是生物技术与传统杂交技术的有机结合，能最大限度利用种质资源进行品种选育，且不受光温影响实现杂交种的高纯度稳定繁制。

　　据海南省农业厅相关负责人介绍，这项技术克服了目前我国水稻育制种技术缺陷，育种效率较传统育种技术提高近20倍，将促进我国种业核心技术的升级换代。

　　目前，吴永忠团队的GAT研究已取得实质进展，预计到明年底，可改良出一批具有商业价值的普通隐性核不育系，进行大规模测配，筛选出高产、优质、广适和适合机械化生产的杂交稻新品种。

　　“智能制种水稻可以根据不同人群的需要进行育种培育。比如糖尿病人需要一种特制的米，智能制种就可以实现，智能制种还能选育生产出不同颜色、不同香味的大米。”吴永忠说。

　　据介绍，智能制种选育的水稻品种口感好，营养价值高，对保障国家种业安全和粮食安全具有重要的战略意义。

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