探访院士工作站系列报道之四

张启发团队的建三江超级“稻”路

G3绿色超级稻试验田(资料片)。

□于新恬 黑龙江日报 全媒体记者 姜斌 刘畅

“别看现在这个G3和常规的水稻没啥差别,它的优势是在后期,分蘖能力、抗病性、抗倒伏性,还有穗粒儿多都会慢慢显现出来……”

14日,在北大荒农业股份七星分公司农业技术推广中心的试验田里,与以中科院院士张启发为首的华中农业大学“绿色超级稻”院士工作站合作培育的绿色超级稻G3品系的秧苗已经长到七叶,郁郁葱葱,十分喜人。

推广中心主任李晓辉指着秧苗说:“之所以叫‘绿色超级稻’,‘绿色’就体现在节省农药和肥料,‘超级’就体现在亩产大大增加。如果以后能大面积推广应用,1000万亩水田能增产10亿斤粮食。”

超级合作

“水稻基地”+“水稻专家”

建三江地处三江平原腹地,土地集中连片,三江环绕、地势平坦、土质肥沃,以盛产绿色优质水稻闻名,有“东方第一稻”和“中国绿色米都”之誉。为了更好地扛起粮食安全“压舱石”的重任,七星农业技术推广中心不断加强与高等学校和科研院所的合作,为农业插上科技的翅膀。

长期从事水稻功能基因组和遗传改良研究的张启发院士,是华中农业大学生命科学技术学院教授。他和团队构建了大规模水稻功能基因组研究的技术和资源平台,鉴定分离了一批具有重要应用前景的水稻功能基因,在水稻杂种优势利用的生物学基础,在杂种优势的遗传基础、雄性不育、亚种间杂交等研究领域取得了系列进展,还建立了基因组育种的技术体系。他提出了少打农药、少施化肥、节水抗旱、优质高产的“绿色超级稻”理念,组织实施了“绿色超级稻新品种培育”国家重大项目,带领团队培育出一批具绿色性状的水稻品种并应用于生产。

2019年,为保障粮食安全和培育绿色优质稻米新品种和新品系,以张启发为首的华中农业大学“绿色超级稻”院士工作站落户七星农业技术推广中心,开启了强强联合的超级“稻”路。

2020年,七星分公司与华中农大“绿色超级稻”院士工作站签订合作协议,通过引进水稻品种资源,开展水稻品种抗病性鉴定试验,对绿色超级稻G3进行配套栽培技术研究合作,加快水稻品种更新换代步伐,拓宽农户对优质高产水稻品种的选择范围。

2021年,工作站以“绿色超级稻研发”为课题,充分利用七星水田面积大、基础设施强、管理标准高等优势,组建专家团队专项攻坚,利用基因组育种技术,推进水稻品种遗传改良,实现产学研融合创新发展。

超级绿色

减少30%氮肥不减产抗病性强

“当时其他水稻叶上都是红褐色的斑块,非常明显,G3的叶片就非常完好,能明显看出这个品系的高抗菌性……”七星农业技术推广中心技术员张金成回忆起2020年那场细菌性褐斑病,对G3的抗病性十分感慨,“当时是连续阴雨天而且风也很大,叶片互相摩擦就容易产生伤口,加上潮湿多雨的天气,水稻很容易发生细菌性病害。”张金成说,当时能看到不少感染了细菌性褐斑病的常规种植水稻,从试验田效果上看,G3具有明显的高抗菌性。

“绿色超级稻”的优秀除了对病毒抵抗力超级强,在节肥减药上表现同样出色。多施肥就能多产粮,是很多人对水稻种植的普遍印象,然而“绿色超级稻”凭借着优秀的遗传基因,达到了少施30%氮肥不减产的效果。

“我们常规种植的水稻,亩施肥量在31公斤左右,G3的话亩施肥量在27~28公斤就完全够了。”李晓辉告诉记者,经过三年的实验,G3品系氮肥使用量减少了30%,亩产量仍连续超过1400斤,比照常规水稻亩增产100斤左右。

超级秘密

给水稻“核酸检测”保留最优基因

节肥,又高产还抗病……“绿色超级稻”如此“能打”的秘密到底是什么?

“我们通过给水稻做‘核酸检测’,把抗病、节肥、高产的遗传物质保留下来,不断优化升级。”华中农业大学生命科学技术学院副研究员李旭从2019年开始就长期工作在建三江。

“水稻也是生物体,可以和人一样进行‘核酸检测’,其中的某样核酸,也就是DNA遗传物质,就能决定植物‘后代’的高矮胖瘦、是否抗病、是否高产。一个水稻品种有3万~4万个基因,目前水稻科学家共解析了近4000基因的功能,在此基础上,张启发院士团队建立了水稻基因组育种技术体系,利用该体系将携带优质DNA的水稻种子留下,其余淘汰,逐步将性状稳定下来,这样才能培育出优秀的水稻品样。”

李旭告诉记者,中国的水稻科研已经走在世界前列,张启发院士深耕水稻功能基因组研究多年,其团队已经克隆了上百个水稻基因,收藏上万份水稻种质资源,并建设了包含5000余份种质资源的全基因组序列数据库。

通过多年的研究,张启发院士将南方籼稻的很多优质属性慢慢增加到北方籼稻中来,目前项目组针对绿色超级稻进行“植物工厂”实验,通过特殊的光温组合,让水稻可以达到一年四熟,加快品种选育,迭代升级,不断提高种子质量。破解不少高寒地区水稻育种的技术和资源瓶颈。

除此之外,张启发院士团队目前还在针对“黑米主食化”进行研发,提高稻米的营养价值,并减少精米加工对粮食产量的损耗,这个项目可以间接提高30%的可食用产量,让人民群众不仅吃得饱,还吃得好。

据介绍,目前“绿色超级稻”G3品系和红米品系已经开始在品种申报中,还需要经过农业主管部门3~4年的多点评价才能拿到“执照”正式进入推广阶段。届时在我省第三积温带种植1000万亩,可增收水稻10亿斤。