永利棋牌:“未来水稻”将要来临!你欢迎它吗?

二、国际水稻研究所的主要宗旨

“很多数据表明中国农业正在发生极大的变化。我是一名大学教授,通过研究,我了解到中国是世界作物生产领域的领导者。”来自韩国忠南大学的安圣南对笔者说。

升级版“超级稻”研究正兴起尽管“未来水稻”的未来还很遥远,但我国科研人员也在此领域取得了一些研究进展。譬如,中国农科院中国水稻所、中国科学院遗传与发育生物学研究所,与中国农科院深圳基因组所三方合作,以基因组测序的日本晴和9311为优良目标基因供体,对涉及水稻产量、稻米外观品质、蒸煮食味品质、生态适应性等28个优良目标基因主动设计,以综合品质差的超高产品种特青作为优良基因受体,定向选择培育出广两优7203和广两优7217等国审新品种子。

遗传改良工作需要有育种家和生理学家共同参与,从遗传型到表现型的桥梁要由生物信息学来连接。生物信息学作为一门由数学、统计、计算机与生物学交叉结合的新兴学科,已经成为现代农业科学发展不可缺少的重要工具。国际水稻研究所首先加强了数据信息规范化管理,从2007年开始,育种家到田间工作必须携带具有高对比度LCD屏幕的掌上电脑,回到实验室以后,可以直接插入电脑,传输进共享数据库,从田间采样开始,国际水稻研究所的育种研究与生理学研究、遗传种质中心和功能基因组学研究都使用同一个数据库,全部数据兼容,极大地提高了遗传改良工作的效率。

在国家种质资源库,笔者看到,这里由试验区、种子入库前处理操作区、贮藏区三部分组成。贮藏区建有两个长期贮藏冷库,可保存种质40余万份,多数作物种子可保存50年以上。

然而,这也只是迈出的关键一步。国家千人计划特聘专家、华智水稻生物技术有限公司李继明博士表示,3000份资源测序实现了序列信息共享。但更困难和重要的工作,是将这3000份资源的各项表现型数据,如抗病虫、抗逆、米质等,进行协调收集与共享,才能充分发挥测序资源的作用。

长期以来,国际水稻研究所在转基因方面一直是从科学角度进行研究,着重研究基因的表达。目前,国际水稻研究所在转基因方面的发展目标,一方面是与功能基因组学相配合,通过转化来验证突变体或已知基因的功能;另一方面是与发展中国家相配合,开展公益性的转基因产品应用研究。国际水稻研究所聘请了法国Cropdesign公司玉米基因转化线的专家,并把公司的转化模式引入国际水稻研究所。提高了基因转化效率七十倍,建立了高通量、高精度的水稻基因转化生产线。

“随着可持续发展目标被提上未来十五年的全球发展日程,我们需要一个新的全球食物系统,确保与饥饿和气候变化相关的目标能够在2030年之前实现,”国际食物政策研究所所长樊胜根表示,“在形成这样一个食物系统的过程中,科学技术创新在帮助全世界实现可持续发展目标、保障粮食安全和持续供应方面,扮演了相当重要的角色。”

不过,他强调,“分子育种”中,“分子技术”只是实现育种的手段,落脚点一定要在“育种”上。“最终目标是为农民提供品质更好、抗病抗风险能力更强、环境更友好、产量更高的水稻品种。分子育种更应该由有经验、懂市场的育种家引导,分子生物学家参与,共同推进新技术在育种领域的发展。”邓启云表示,作为农作物改良非常成熟的常规杂交育种技术,尚有产量、品质等性状方面的提升潜力。“不过,分子育种技术随着水稻基因组基因解析的不断充实和完善,并充分利用成熟的现代杂交育种技术体系,必将为水稻增产提质带来很大潜力。”表现型数据资源共享成期待中国农业科学院深圳农业基因组研究所研究员徐建龙介绍,生物育种技术广义上分为分子标记辅助选择育种和转基因育种两大类。其中,分子标记辅助选择育种,针对农作物主要性状进行改良。在改变农作物单个或少数抗性性状上,应用较为有效。

整体提升遗传资源手段

为了迎接世界粮食安全带来的挑战,中国致力于与各国开展作物生产领域的合作。来自菲律宾IRRI的威廉·保罗·奎克说:“IRRI和中国正在开展合作,进行了许多交互实验。过去几年中,洪水、干旱等自然灾害给农民的生产生活带来困难,因此加大国际合作研究力度,研发与环境气候变化相适应的作物新品种是很重要的。”

“未来水稻”是在充分利用成熟的常规育种技术和水稻杂种优势基础上,对水稻某些重要农艺性状施以基因技术为核心的分子设计育种,让水稻育种更具针对性,使水稻个别性状改良育种周期更短,从而培育出升级版的“超级稻”。

搜集、保存、管理品种资源

对于农业的可持续发展,中外专家认为,科技水平是影响和制约农业可持续发展的重要因素,没有过硬的技术,就难以实现可持续发展。

作为超级稻二、三、四期百亩片攻关成功品种的培育者,邓启云是利用水稻亚种间杂种优势和形态改良,通过常规方法育种的杰出代表之一。在他看来,“未来水稻”涉及的生物分子育种技术,是先进技术。不过,目前并不能完全支撑水稻育种改良。应用最多、最有效的,是针对水稻植株个别简单遗传性状,如针对水稻稻瘟病、白叶枯病等抗病性进行抗性基因改良的“分子标记辅助育种技术”。

国际水稻研究所

“在作物种质资源创新与育种效应分析方面,种质库的任务目标是什么?”
在参观时,河南农业大学的张学林副教授这样问。

生物育种领域,让人注目的,还有2015年,我国公开免费共享的3000份绿色超级稻基因组原始测序数据,覆盖了全球25万份种质基因全部遗传变异的95%。

一、升级种质库,实现信息管理数字化;对来不及登记的材料进行清理;二、从分子水平上,开展等位基因的发掘、利用定向诱导基因组局部突变检测自然群体技术Ecotilling(Targeting
Induced Local Lesions In
Genomes)和DNA—tab标记技术,围绕水稻的主要生理性状,对8个水稻品种重复进行全基因组测序,在几千份材料上做单核苷酸多态性研究,在单核苷酸的基础上对比这些水稻品种,这项研究目前已经投入100万美元,争取要做到20个水稻品种。

种质资源中心主任卢新雄研究员介绍说,“我们的任务是研究建立基于分子染色体工程与全基因组选择相结合的高效种质创新与有效利用技术,揭示重要3到5个外源基因组区段、基因族、基因的遗传和育种效应。要创制适合不同生态区、目标性状突出、易于利用的新种质400到500份,其中100份得到育种利用。”

中国科学院遗传与发育生物学研究所李家洋、高彩霞两课题组,利用CRISPR/Cas9基因组编辑技术和高通量寡核苷酸芯片合成技术,对水稻全基因组进行大规模编辑,成功实现了水稻突变体的高通量快速构建和功能筛选。这既是获得水稻重要突变体和快速克隆对应基因的有效方法,也能为水稻遗传改良和分子设计育种提供重要途径。

调集各国科学家到发展中国家来帮助解决水稻生产中的问题;国际水稻研究所不仅是研究机构,也是教育培训机构;搜索和保存全世界水稻品种资源、知识和信息,并且无偿地向全世界传播。

与各国广泛开展作物领域合作

“常规育种并非生物分子育种技术的对立面。我们的育种实践中也在逐步使用分子生物学家研究开发的前沿技术,比如分子标记辅助育种技术进行稻瘟病抗性改良,并培育出了可市场化的水稻品种。我们也在做基因编辑应用于育种的探索。”邓启云说。

三、国际水稻研究所科研现状

8月17日下午,参加国际作物科学大会的中外代表们来到位于中国农业科学院作物科学研究所的国家种质资源库和中国农业大学上庄实验站等专业实验基地,实地参观农业科技的新进展。

中国农科院作物科学研究所研究员黎志康也表示,将这3000份数据带入水稻育种应用中,将为水稻育种创新提供材料和新思路,对数据的分析结果,还将填补人们对水稻甚至各个物种在基因组学方面的知识空缺。

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中国农科院与国际水稻所的合作所具潜力深远,合作研究产生出的先进育种方法、新种质、前育种系和优异的育种材料将在东南亚国家联盟成员国内分享。

换言之,“未来水稻”时代,是个增加了分子生物学技术“工具”的育种时代,能促使水稻产量、品质、抗性等的全方位、大幅度提升。这种让人充满想象力的“新品”,究竟在多远的未来?用分子技术育种“未来水稻,是每个育种科学家都要思考的重大方向。目前,国际上很多专家都在通过研究未来气候变化、人类对水稻食用的需求等因素,来预测未来水稻需具有或应改良的优良性状。未来水稻代表研究方向,但不是某个具体的新水稻类型,或独立概念。”7月25日,中国工程院院士袁隆平团队核心育种专家邓启云表示。

转基因研究

“农业科技对现代农业发展的支撑能力大幅度提升,农业科技源头创新能力显着增强,产业关键技术不断突破,技术创新大幅度提升农业资源利用效率。”李家洋说。

另一大类,则是转基因育种技术。其中派生出了基因组编辑技术。“基因编辑育种,虽然利用了转基因技术,却并不含转基因成分。”徐建龙说。

参观国际水稻所品种展示田

“十三五”规划纲要指出,必须加快转变农业发展方式,着力构建现代农业产业体系、生产体系、经营体系,提高农业质量效益和竞争力,走产出高效、产品安全、资源节约、环境友好的农业现代化道路。并指出,要促进农业可持续发展。

中国科学院遗传与发育生物学研究所姚善国研究组,致力于东北粳稻多基因组装设计育种研究,以历史栽培面积最大的品种空育131为底盘,通过全基因组深度测序,发掘了系列相关性状优良等位变异,并以空育131为基础,培育出了水稻新品种中科902。

国际水稻研究所建成了生物信息学中心,建立了国际水稻信息系统(International
Rice Information System,简称IRIS),作为国际作物信息系统(International
Crop Information
System,简称ICIS)的一部分内容,未来还要实现与国际玉米小麦改良中心等相关农业研究机构的联网。通过田间采样数据、基因测序芯片试验室、基因转化实验室、品质实验室等来联接从基因型到表现型之间的环节,在数据的涵盖面与质量上发生质的飞跃,使国际水稻研究所的遗传改良研究上了一个新的平台。

在这场有着国际作物科学领域的“奥林匹克”之称的国际作物科学大会上,来自70多个国家的2000多位作物科技工作者一起分享了作物科技研究的最新进展。国内外专家认为,中国农业的科技自主创新能力和整体实力持续提高,特别是作为粮食生产、加工及消费大国,中国历来高度重视作物科学研究,不断加大科研投入,在抗虫棉研发、杂交水稻培育等作物育种、栽培、生物技术领域都取得了突破性进展。

不久前,第19届国际植物学大会活动之一的“2017年国家自然科学基金委员会与国际水稻研究所联合研讨会”,在广东深圳举办。一种基于生物分子育种技术的“未来水稻”,受到广泛关注。

国际水稻研究所拥有11万份品种资源,包括全世界主要的野生稻种和主要农家品种,世界银行每年向国际农业研究磋商组织提供经费,资助品种资源项目,主要开展两方面工作:

所谓给水稻“整容”,就是通过科学方法,使水稻的叶片结构和造型更利于吸收阳光,提高光合效率,同时通过生化代谢等途径,提高光合效率,进而达到高产的目的。

徐建龙称,尽管目前明晰了“序列”,但尚无法“确定”基因。表型测量现为人工田间测量,工作量极大。但采用全基因组育种,则相对容易。不过,它成本高昂,超出了国内现有多数企业的成本承受和考虑范畴。而我国亟待将种业做大做强,加速开展此类研究。

水稻品质研究

在李家洋看来,中国农业科技自主创新能力和整体实力持续提高,科技创新有力助推了现代农业发展,主要农作物良种基本实现全覆盖,畜禽品种良种化、国产化比例逐年提升,良种在农业增产中的贡献率达到43%以上;新技术新成果的应用示范,使农田氮磷等的排放量降低60%以上,坡耕地水土流失量减少50%以上,耕地地力提高1个等级、综合生产能力提高20%以上。

不久前,第19届国际植物学大会活动之一的“2017年国家自然科学基金委员会与国际水稻研究所联合研讨会”,在广东深圳举办。一种基于生物分子育种技术的“未来水稻”,受到广泛关注。

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来自北京杂交小麦工程技术研究中心的作物遗传育种专家高世庆,在参观了位于北京市海淀区的中国农业大学上庄实验站后表示,“实验站规模非常大,实验环境非常好,种植了玉米、小麦、棉花、大豆、蔬菜、牧草、中草药及其它经济作物,”他说,“这里展开了作物育种、耕作栽培及温室保护地栽培技术研究工作,取得了良好的效果。”

国际水稻研究所创建于1960年,位于菲律宾首都马尼拉内湖省洛斯巴尼奥斯镇,是国际农业研究磋商小组下属的16个国际农业研究中心之一,是一个自治的、非盈利的水稻研究与教育组织,员工来自亚洲和非洲等14个国家,是亚洲历史最长也是最大的国际农业科研机构。国际水稻研究所的使命是减轻人类的贫困和饥饿,提高水稻种植和消费者的健康水平,保证水稻生产的环境可持续发展。国际水稻研究所与大多数水稻生产和消费国、国际性、地区性和地方性组织以及各国农业科研推广系统紧密合作。

永利棋牌,通过开展一系列的研究工作,国家种质资源库取得了众多独创的培育成果,大大提升了在国际上的地位和影响力。据卢新雄介绍,中国作物种质资源保存数量与质量得到同步提升:截至2015年底,收集保存各类种质资源470295份,而且多样性进一步丰富,保存总量居世界第二位,这是衡量一个国家在种质资源领域国际地位的重要标志。“我们创建了世界上唯一的多维作物种质资源保存体系。”卢新雄说,“我们所建立的长期库、复份库、中期库、种质圃、离体库、超低温库、DNA库、原生境保护点有机融合的保存体系,是目前唯一的多维种质资源保存体系。”

2013年10月20日至24日,由云南省农科院粮作所粳稻育种岗位专家赵国珍研究员带队,省农科院粮作所世荣副研究员、大理州农科院粮作所赵慧珠研究员、文山州农科院副院长李云研究员、保山市隆阳区农推所张朝钟所长、隆阳区农业局杨正清书记一行六人赴菲律宾国际水稻研究所进行“水稻育种技术学习”考察。考察团成员受到国际水稻所水稻遗传资源评价、育种、遗传、生物技术系的叶昌荣博士等人的热情接待,考察团参观了国际水稻所的影像播放室、展品陈列室、大田种植的品种资源圃、育种圃、栽培试验(其中包括每年种植3季连续种植149季的水稻连续种植栽培田、耐碱性试验、耐盐性试验、耐热性试验、耐瘠性试验、不同N、P栽培试验,耐旱试验等)、IR5、IR8、IR28、IR36、IR168等新品种展示田,国际水稻所藏有11万份品种资源的种质资源库。考察学习感受颇多,受益匪浅。

中国农业大学资源与环境学院张福锁教授指出,“农业正面临着通过增加产量、减少环境成本来确保全球粮食安全的巨大挑战,在中国,我们通过开展153个试点实验来应对这一挑战,覆盖了水稻、小麦、玉米等主要的农业生态领域。”

种子资源库的品种标本

不仅如此,据农科院作科所工作人员卫斐介绍,该库在谷子种质创新以及单倍型分析、小麦远缘杂交等方面也取得了一些国际领先的成果。“首次创制出达到实用水平的非转基因抗除草剂谷子新种质,并明确其抗性遗传规律,建立了高效育种技术体系,选育出系列抗除草剂谷子新品种、杂交种,该成果获得了2012年国家科技进步二等奖。”卫斐说。

在科研架构的设计方面,国际水稻研究所的科研最底层是以学科为主建立的“系”,系主任负责本系内部的科学水平评估;上一层是以解决问题为主建立的“项目”,执行项目的目标是获得产品和最终结果;科研架构的最上层则是一些“协作网”,如遗传材料评价网等等。从研究内容方面区分,国际水稻研究所的科研工作主要分为以下四部份:

此外,国际水稻研究所正组织全球的农业科学家对水稻进行升级,力争让水稻从碳3作物变成碳4作物或者具有碳4作物高效高产的特性。用通俗的话来描述,就是国际水稻研究所正组织全球的农业科学家对水稻进行“整容”。

目前国内的水稻品质研究重点是品质监测,即进行米质分析与质量检测,重点针对的是已育成的品种或将育成的品种。国际水稻研究所采用新的手段,重视水稻米质形成的前期过程。国际水稻研究所从澳大利亚新南澳洲聘请一位谷物化学家,建立了新的品质研究中心,提高了米质分析效率,以前测一个垩白度指标需要用一个星期左右,现在不到一小时就能完成,而且可以一次进样十多个,达到了高通量、高精度的品质研究水平,在此基础上,国际水稻研究所还开展了环境与品质的互作研究,磨米、干燥、储藏等产后加工研究,并且在中国水稻研究所建立了一个稻米品质研究分中心。

来自墨西哥生物多样性基因组学实验室的阿尔瓦雷斯对本报表示,“中国在发展农业新技术方面做出了很大努力,是作物科学领域最发达的国家之一。同时,我还看到很多中国学生热衷于农业和作物研究,这是很有价值的,而且中国也正在帮助许多国家解决粮食问题。”

一、国际水稻研究所简介

“这项研究已经进行了7年,取得明显进展,但攻克这一技术难关还需全球合作。”马修·莫雷尔介绍说。

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国际水稻研究所研究员叶国友进一步解释说,水稻、小麦等是碳3作物,特点是株型低矮,产量也低,光合效率偏低,而玉米、高粱等作物是碳4作物,株型高大,产量也高,光合效率较高。我们的目标是通过科学方法,实现水稻产量翻一番,提高水分利用效率10%—20%,提高水稻抗旱能力。

创新为农业可持续发展提供支撑

“中国农业发展已从过去主要依靠增加资源要素投入进入主要依靠科技进步的新时期。”在日前在北京召开的第七届国际作物科学大会上,农业部副部长、中国农业科学院院长李家洋院士这样说。

科技有力助推中国农业发展

据了解,新时期,中国农业科技发展仍然面临诸多挑战。保障粮食和农产品有效供给的难度越来越大,需要在农业生物育种、农作物持续高效生产、畜禽健康养殖、农业机械化与标准化、农业防灾减灾等技术上有新的突破;农业科技引领生产方式变革的准备不足,需要加快发展精准化农业信息技术,加强全程农业机械化及标准化技术研发;资源紧缺与消耗的挑战不断加大,需要加强农业资源高效利用、节水农业、中低产田改良、农田生态环境保护与修复等关键技术创新;农业新兴产业的快速发展,需要加快生物种业、生物药物、生物疫苗、生物肥料、生物饲料、新一代农业设施与信息设备等关键技术研发。

据国际水稻所所长马修·莫雷尔博士介绍,中国农业科学院正在联合国际水稻研究所致力于利用水稻基因组学研究气候适应型水稻。农科院与国际水稻所的这项合作,将提升水稻新品质研究进程中所需的研究手段和体系;建立中国表型学网络,以更好了解水稻植株的基因性状如何决定其在农田的表现。

“就社会经济而言,作物生产科学会产生很大的影响。在发展中国家的一些很小的农场里,农民不能进行发明工作,我们需要解决社会经济和环境影响,研发作物增产技术来满足粮食需求,同时满足社会经济可持续发展的需求。”马修·莫雷尔认为,“集约化农业对于迎接未来挑战来说是很重要的一个部分,但是就环境问题来说也是一个落脚点,我们应该减少化肥的使用,减少杀虫剂的使用,占用更少的土地增加生产活动,所以这是水稻科学领域最主要的挑战。”

马修·莫雷尔说:“基于现有合作关系,国际水稻所与中国农科院正建立全国范围的合作,这及时有效地整合了先进技术和遗传多样性研究,以应对气候变化和满足对稻米的未来需求。这当中,农科院所展现出的领导能力,与我们互补的优势明显。”

近年来,中国在世界作物科学领域做出的贡献,得到了众多国际友人的认可。

“更重要的是观念创新,我们科研人员希望国家可以从政策上引导农业的可持续发展,别是在人才引进方面,要学习国外先进的理念和科研方法,与更多国外科研机构和院校建立联系。”农科院作物科学研究所的曹双河指出。

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