科学育种让我们吃得更好

文 李家洋

中国有句家喻户晓的至理名言——“民以食为天”。无论是过去还是现在，粮食问题都是世界各国极为关注的要事。如何提高粮食亩产，保障供给，战胜饥饿，确保吃饱，是关系治国安邦的头等大事，而如何让人们吃得更好，则是人类一直追求的梦想。食以种为源，农作物产量的节节攀升和种子息息相关。农业要实现增产、增收、增效，需要土、肥、水、种等多种因素综合发挥作用，其中种子的优劣起着至关重要的基础作用。如何培育出高产又优质的农业生物品种，是未来国家农业科技发展的重中之重。

随着中国温饱问题的成功解决，人们对生活水平的提高和消费的升级有了更高层次的新追求，在粮食消费上不再停留于“有的吃”“吃饱饭”，口感、营养、健康乃至外形观感等，都成了重要的考量因素。长久以来，对糖尿病、高血压、肾脏疾病等慢性病患者来说，正常吃饭或多或少成了心病和负担。能不能通过科学育种满足特殊群体营养摄入上的“定制化”？

当前，生物技术、信息技术、智能技术等高新技术迅猛发展，在新需求新条件新形势下，如何推进作物育种与生物技术的融合发展，“多快好省”地培育出好种子？未来又怎么实现科学育种的新突破？

我们现在能够解决吃得饱的问题，有几个方面的重大进步奠定了这样一个重大成就的基础。

第一个方面是矮化育种和绿色革命。我国最早进行矮化育种的科学家，他们在水稻和其他一些作物上，特别是在水稻上进行了矮化育种，使主要作物，比如水稻产量有一个巨大的提升。

第二个方面是不育系的发现和杂交育种，以杂交稻为代表。杂交育种的发明和大规模的应用是我国对世界粮食安全的一个重大贡献。正因为这样，袁隆平先生获得了一系列的殊荣，包括国家最高科学技术奖和世界粮食奖。除了杂交水稻之外，还有一种杂交方法叫远源杂交。一般来说，物种的杂交必须在种内进行，在种间是不能进行杂交的，因为无法进行授粉产生后代。但是在一些特殊情况下，可以把不同的种进行授粉，然后会产生一些胚胎或者是产生一些种子，进一步培养这些种子，就可以产生后代，这样的后代有更强大的优势。把长穗偃麦草和普通小麦进行杂交，李振声院士培育出了小偃系列小麦，这种小麦具有抗逆性强、抗病性强的优点，大大地推进了我国在小麦育种方面的进步，所以他也获得了国家最高科学技术奖。

李家洋院士在沭阳万亩示范基地

第三个方面是功能基因组的研究和理想株型新一代育种的长足进步。分子育种是对基因在分子层面的操作。通过分析，能够知道不同的品种含有不同的基因，不同的基因对不同品种的优点或者缺点，都起到什么作用，这样就可以把不同的基因鉴定出来。而理想株型是育种专家们提出来的一个概念，要保证作物的分蘖不要太多，也不要太少，是适中的，而且茎秆要粗壮，能抗倒伏，穗子要大，粒子也要多，这样产量就高，因为穗数、穗粒数和粒的大小是决定产量的3个最主要因素。同时理想株型有非常强大的根系，能够有效地吸收水分、养分，来保证它的良好发育。

利用这些基因资源，再加上高产的知识，把那些关键的基因结合起来，就可以进行分子设计育种。通过分子设计育种，最后就可能得到高产优质而且抗逆、高效的品种。具体如何进行设计？不同的作物，有不同的品种设计方法，甚至同一种作物在不同区域，都可以根据不同消费者的习惯，采取不同的设计方案。分子设计育种是未来的一个方向，它可以应用到所有的农作物上去，然后培育出新的超级农作物新品种。

我国现在农业面临的问题，特别是我们种业所面临的问题，主要有五个方面，可以总结为“三多一少一大”。

“三多”的第一个“多”是指资源消耗多。为了要高产和稳产，我们利用了很多的资源，比如说化肥、农药，还有水土资源，消耗比较多。第二个“多”是普通的品种多。第三个“多”是损失浪费多。损失浪费存在于所有的环节，包括收获、运输、储存和消费整个过程，这也是影响我国粮食安全的一个重要方面。

“一少”主要是功能性的品种少。随着人们生活水平的提高，吃饭已不仅仅是为了要吃得饱或者口感好，更重要的是要营养健康、要安全。这就对我们提出了一个要求，需要着力去培养那些具有功能性的品种，这些品种能够帮助解决人们的健康问题。功能性的品种可能是未来一个发展方向。举例来说，我国有10%左右的人患有糖尿病，也就是说有一亿多的人口是有糖尿病的症状的，还有将近10%的人口有可能发展为糖尿病病人。面对这么大的一个人群，我们却缺少让糖尿病病人可以直接食用的合适的大米。这种适用于糖尿病病人的大米，抗性淀粉的含量非常高。高抗性淀粉的食物吃下去以后，消化过程非常缓慢，血液中糖的浓度升得比较平缓，所以对健康有利。我国未来需要培育抗性淀粉（加工煮熟之后）的含量能够达到10%甚至达到20%的高品质大米产品。还有患有特殊的肾脏疾病的一些人，他们要吃低谷蛋白大米，现在国内也有科学家正在进行研究。这些功能性的品种，将在未来对人们的健康发挥重要作用，使人们真正能做到吃得饱吃得好，而且能够吃得更健康。不仅功能性的品种少，专用品种也少。中国现在大部分用的是通用小麦，这种小麦既做面包又做面条，还做馒头。在国外，这种问题一般采取专用品种去解决，我们国家未来肯定也要大力发展专用品种。

“一大”是现在我国农业面临的国际竞争压力大。目前中国农产品的价格非常高，有一些进口食品，比国内市场价格还要便宜，为什么？这是劳动生产率的问题。我们的农业经营方式，包括机械化、集约化，以及一些高新技术的应用，都落在后面，这样就导致劳动的生产率大大降低。中国东北也有类似的地方，我去参观过的农场，只有二三十个人，可以耕种两万多亩地，而且都是水稻地，这里的劳动生产率跟国外先进水平是一样的。但这在我们国内仅仅是很少的一部分。未来，中国要想适应国际竞争，一定要在提高劳动生产率上下功夫。

此外，从野生资源里面去发现、挖掘、利用新的基因资源，发挥它们的优势，也是未来我们培育农作物的一个重要方面。

最后，我们国家还面临着国际种业的激烈竞争，尤其是最近一二十年，国际上的种业大公司纷纷进入中国，对国内种业发展形成了巨大的竞争压力。只有提高劳动生产率、提高育种水平，培育出好的品种，才能让种植者愿意去种，这样才能够在竞争中取得优势。

悠悠万事，吃饭为大，保障国家粮食安全是一个永恒课题。任何时候这根弦都不能松。种子和种业，事关国家粮食安全，事关人民生活和营养健康。怎么样才能培育未来的作物？我想还是要从基础科学研究着手。我们要通过资源发掘利用，从基因组到功能基因的功能解析，再到创制新的育种理论和新的育种技术进行未来作物的品种设计和培育，从而真正实现从经验育种到设计育种的巨大跨越。

专家简介

李家洋，1956年7月出生于安徽省肥西县，著名植物分子遗传专家。中国科学院院士、美国国家科学院外籍院士、德国科学院院士、英国皇家学会外籍会员、发展中国家科学院院士、国际欧亚科学院院士、欧洲分子生物学组织外籍成员、美国植物生物学家协会终身会员。他长期专注于阐明高等植物株型形成的分子机理，并致力于水稻的分子品种设计，培育高产、优质、多抗、高效的水稻新品种。2017年，李家洋因“水稻高产优质性状形成的分子机理及品种设计”研究，获得国家自然科学奖一等奖。他所领衔的团队找到了水稻基因和性状的对应关系，并可以按照需求的不同，设计培育出不同的水稻新品种。国际知名作物遗传学家、中国科学院院士李振声评价这一重大成果是农业“绿色革命”的新起点。2018年他与水稻育种专家袁隆平和张启发共同获得了未来科学大奖的生命科学奖。