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直击前沿!国际水稻科技创新瞄准哪些方向?


4月12日,第三届中国(三亚)国际水稻论坛——国际水稻科技创新论坛举行,邀请多位国内外水稻专家作主题报告,从各个层面介绍目前水稻前沿科技研究,以全球视野谋划和推动水稻科技创新,为各国共同发展创造机遇和平台。

科技创新是增产源动力

当前,随着全球人口数量的不断增加,对水稻产量的要求也日渐提高。如何提高水稻产量,是育种家长久以来重点关注的课题。西南大学农学与生物科技学院院长何光华指出,有效穗、千粒重、穗粒数是水稻产量构成三要素,提高每穗粒数主要是通过增加枝梗数目、长度和着粒密度。

西南大学农学与生物科技学院院长何光华

何光华团队研究发现了一个将护颖“恢复”发育成有功能的“侧生小花”基因LF1,编码一个HD-ZIP III家族的转录激活因子,通过直接激活OSH1在lf1小穗侧花分生组织中异位表达,起始侧花分生组织的产生,从而使水稻单花发育形成3花小穗。这不仅为“3花小穗”假说提供直接有力的证据,还为高产育种提供了新的途径,最终为实现因“小穗内籽粒数目”增加而大幅度提高每穗粒数的高产目标奠定基础。

中科院植物生理生态研究所及中科院分子植物卓越中心研究员朱新广

20年来,世界上光合研究获得重大进展,多条提高光合效率的方法被发现,为大幅度提高作物产量潜力注入新动力。中科院植物生理生态研究所及中科院分子植物卓越中心研究员朱新广指出,提高光能利用效率可以大幅度提高作物产量,系统模型为鉴定提高光能利用效率的新途径提供了重要理论工具,挖掘光合作用自然变异及光合作用合成生物学是未来大幅度提高光能利用效率和产量潜力的两条重要途径。“未来,系统设计结合基因组编辑、合成生物学将为高光效水稻改良及育种提供巨大机遇。”

上海交通大学教授梁婉琪

育性是影响作物产量的重要因素之一,在水稻杂交育种体系中,雄性不育系是不可或缺的组成部分。上海交通大学教授梁婉琪介绍,花药绒毡层在减数分裂后期的程序性死亡过程是保证花粉正常发育的重要步骤,受到体内遗传因素的严谨调节。认识控制水稻花药绒毡层程序性死亡启动的分子开关,以及利用这些分子开关创制水稻雄性不育系,对于农业生产中水稻育种具有重要意义。

提质增效才能行稳致远

沈阳农业大学教授孙健

杂草稻具有很强的入侵性和环境可塑性,兼有杂草和稻的特征。沈阳农业大学杂草稻课题组通过群体基因组学、演化场景推演、比较基因组学等生物大数据分析的方法,揭示了其“杂草化”的实质并提出了新的起源与演化路径。

沈阳农业大学教授孙健介绍,亚洲高纬度杂草稻与粳型栽培稻的遗传趋异始于栽培稻驯化后的遗传改良,其杂草化的实质是基因组的半驯化“semi-domestication”,研究还测序组装了第一个高质量的杂草稻参考基因组(WR04-6),首个杂草稻基因组的发布,对发掘来源于杂草稻的优良适应性基因具有重要的应用价值。为进一步探明WRAH与WRSC杂草性形成是平行进化还是独立进化,研究对它们共有的基因组选择信号进行比较,表明杂草稻与栽培稻的分化是由栽培稻遗传改良引起。

华南农业大学生命科学院教授周海

两系杂交水稻相较于传统的三系杂交水稻具有众多优势。当前,两系杂交水稻主要使用温敏不育系作为不育系和保持系,其中95%以上的两系杂交水稻使用温敏不育基因TMS5。TMS5编码核酸内切酶RNase ZS1,通过降解受高温诱导表达的泛素-核糖体蛋白基因UbL40的mRNA调控水稻温敏不育,为了加快温敏不育系的育种,华南农业大学生命科学院教授周海等利用CRISPR/Cas9技术建立培育温敏不育系的体系,极大的提高了育种效率。

以色列韦伯图像识别公司Ron Hedar

“我们所看到的,并不是我们所测量的。”以色列韦伯图像识别公司Ron Hedar作“米粒外观图像识别检测技术”主题报告,他从色彩测量基础理论开始,通过实例展示了世界各地的公司如何从数字检测中受益,通过商业分级,质量检验和产量控制应用,有效提高大米加工产量和商业利润。“颜色测量是水稻视觉检查中非常重要的因素,通常用于提高质量,食品安全和加工产量。”

提高耐性 应对环境变化

隆平高科种业科学研究院院长助理王凯

“镉大米”事件引发了人们对食品安全、环境污染问题的思考。培育镉低积累水稻,是解决“镉大米”问题最直接和经济的方法之一。隆平高科种业科学研究院院长助理王凯介绍,隆平高科有11个水稻品种被湖南省农业厅认定为镉低积累应急品种。通过推广相对镉低积累品种,结合后期适当水管理,完全可以实现在中度镉污染及以下土壤环境条件下(<0.9mg.kg)生产出稻米镉积累量达到国家食品安全标准(<0.2mg/kg=的水稻品种。

青岛袁策集团有限公司研发副总李继明

中国约有15亿亩盐碱地,其中有潜力开发利用的盐碱地2-3亿亩,发展耐盐碱水稻对于保证我国粮食安全具有十分重要的意义。

“目前,我国缺乏能够用于生产且耐盐度高于0.8%或者耐碱性(pH>10) 的水稻种质资源。”青岛袁策集团有限公司研发副总李继明介绍,由于可以利用的水稻耐盐碱基因很少,耐盐碱而且综合性状优良的水稻品种不多等因素,我国耐盐碱水稻的开发利用进展缓慢。他指出,未来有必要建立资源共享机制和平台,以耐盐碱品种区试、审定和产业化为目的,促进水稻耐盐碱研发的产学研融合。

加强合作,共建共享

越南国家农业大学农学院院长陈文光

越南国家农业大学农学院院长陈文光介绍,2018年,越南水稻种植面积780万公顷,产量为5.85吨/公顷,总产4.56亿吨。2018年越南杂交水稻商品化生产面积为57.5万公顷,产量为6.5吨/公顷,其中包含两系杂交水稻29.5万公顷。越南杂交水稻制种面积为2800公顷,产量为2.6吨/公顷,总产7300吨。

他指出,越南北部种植中国杂交水稻的范围在逐年扩大,推广杂交水稻是满足越南未来人口增长需求的最有效、最经济的方式。目前,越南两系杂交水稻育种还存在许多挑战,需要加强合作,加强基础知识、材料和经验的积累,研发更多高产、优质、成本更低的水稻品种。

华智水稻生物技术有限公司总经理张健

分子育种与常规育种相结合,是提高育种效率的有效手段。如何通过分子育种,加快商业化育种进度?华智水稻生物技术有限公司进行了一系列探索。

华智水稻生物技术有限公司总经理张健介绍,华智的分子育种研发平台建设包括分子育种与分子标记、生物信息与功能解析、种质创新与基因克隆、性状测试与品种测试、种子质量和分子检测等,利用水稻基因组学生物信息开发水稻56K基因芯片及大量功能基因的SNP分子标记,应用于水稻亲本材料评价,为育种材料确权和设计优异杂交组合提供依据;通过高通量SNP分子标记检测实现精准定向改良和多基因多性状聚合,加快了商业化育种进度。“要为我国种企、种业有关的科研院所和政府种子监管机构等单位提供各项基于分子育种技术的科研服务项目,为我国种业核心竞争力的提升提供科研技术支撑。”

论坛由华智水稻生物技术有限公司总经理张健、海南省农科院副院长曹兵主持。

海南省农科院副院长曹兵

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