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图为新华社发
13亿斤，这是2020年我国粮食生产比上年增加的产量，实现了“十七连丰”。 这样的成果不容易。 中国农业科学院近日公布的数据显示，中国小麦2020年播种面积比2011年减少2700万亩，但产量增加了1300万吨。 水稻2020年播种面积比2011年减少393.6万亩，但产量增加897.7万吨。
中国农业科学院副院长、中国工程院院士万建民说：“一减一增的背后是科技的力量。” 从育种、种植到灌溉、病虫害防治，粮食生产的各个环节都需要科技助力。 其中，良种的培育是至关重要的一环。 近年来，我国培育了一批粮食作物新品种，从种源上为提高粮食产量和质量提供了保障。 本期，我们从平时接触最多的4种粮食作物——小麦、水稻、玉米、大豆中，来看看哪些新品种从实验室走向田间地头，使中国的粮仓更加充实，餐桌更加丰富。
小麦生产品种均为国产自用
我国是世界上最大的小麦生产国和消费国。 “小麦连续六年总产量在1.3亿吨以上，这对1.27亿吨的消费量来说正好，没有太多富余。 ”农科院作物科学研究所副所长刘录祥说。
但是，这目前只是“刚刚好”。 刘录祥说，未来我国人口还将增长，2030年实现小麦1.7亿吨产量，要求每年增长2%。 “所以我们不能躺着睡觉。 必须警惕。 ”
每年增产2%有多难？ 首先，我们来看看最近十年的变化。 2011年中国小麦单产(平均亩产) 322.55公斤，2020年382.8公斤，增长18.68%，年均增长1.87%。 这个增长率接近2%，是怎么实现的？
要想搞好产量，首先要把种子搞好。 万建民介绍，“十三五”期间，中国农科院围绕小麦全产业链开展“藏粮藏技”重大科研任务，培育出新的具有国际领先水平的小麦新品种。 而且我国小麦的生产品种都是国产自种，也就是说不依赖国外种子。
如：“中麦175”是我国第一个同时通过国家耕地和旱肥地两个区域审定的旱兼用型品种，实现了我国冬小麦育种新突破，是北部冬麦区推广面积最大的品种。 “中麦5051”解决了北方麦区坚韧小麦耐寒、节水小麦不优质的难题，亩产达551公斤。 “中麦578”于2020年在河南省焦作市经过实际检测，亩产达841.5公斤，创下黄淮麦区坚韧小麦高产纪录。
培育新品种需要基因研究等多项基础研究。 近年来，我国小麦育种的基础研究取得了许多突破。 如中国农科院作物科学研究所首次攻克利用冰草属优良基因改良小麦的国际难题，培育出多粒广谱抗病性强、产量高的育种新材料； 克隆抗旱基因，育成的抗旱小麦水分利用效率提高15%以上，产量提高10%以上。
在小麦DNA测序、基因克隆、高通量分子标记检测、转基因、基因编辑、分子育种技术等方面，中国农科院与欧美发达国家同步，部分领域处于领先水平。 分子育种就是将分子生物学技术应用于育种，在分子水平上进行育种。 近年来，中国农科院完成了小麦基因组660K芯片的构建、太谷核不育基因的克隆和基因编辑等工作。
“我们用分子标记这些原始基因，提高了育种技术，从传统育种到分子育种。 ”农科院作物科学研究所所长、中科院院士钱前说。
对于未来小麦新品种设计，刘录祥呼吁加大对重大科学设施的支持。 他认为，要从基础资源深度解析、基因深度挖掘、重要战略品种设计三个目标谋划小麦品种研究的科学设施。 通过科学设施的支持，每年实现一些战略基因资源和新品种的产出。
水稻品种培育优质高产并重
万建民这几年感觉到了有趣的变化。 几年前，我在一家小酒店或食堂吃饭，饭的味道不好，我不能接受。 但现在无论走进哪个路边的小店或食堂，米饭的味道都可以正常接受，并不像以前那么差。 他发现周围很多人和他有同样的心情。
这说明了什么？ 他得出了一个结论：我国水稻品种培育一直追求提高单一单产，并朝着品质改良的方向发展。 也就是说，优质高产是目前水稻育种的主要方向，而且取得了相当好的效果。
说起优质大米，很多人可能会想到籼稻、日本大米，还有我国东北地区的五常大米等。 但是近年来我国培育了许多水稻新品种，而且在高产和优质方面达到了国际领先水平。
如中国水稻研究所胡培松院士团队选育的“华浙优261”香型优质杂交水稻，是一个优质高产高效广适应性新品种，达到农业行业《食用稻品种品质》标准一级。 “华浙优261”产量高，最大优势是米质优良，整精米率达70%以上，大米细透，口感好。 钱前院士团队选育的“嘉禾优7245”粳型三系杂交水稻品种，味嫩糯，具有产量高、抗稻瘟、抗飞虱等优点。
“最近在太湖流域培育的软米也几乎可以接近日本的米。 中国水稻研究所、湖南农科院、广东农科院选育的籼稻，部分品种已达到籼稻味。 ”万建民说，和小麦一样，我国生产中应用的水稻品种都是国产自种。
记者了解到，在水稻育种基础研究方面，我国取得了突破性进展。 例如，中国农科院搭建了功能基因组学、蛋白质组学、代谢组学等研究平台，成功解析了水稻产量、外观、柱形和抗性等重要性状形成的分子基础，实现了从“分子模块”到“设计型品种”的现代生物技术育种
在杂交米种子研究方面，也有重大突破。 杂交米存在长期未解决的难题，种子优势不固定，必须每年制种，种子价格大大高于常规种子，限制了杂交米的进一步推广。 中国水稻研究所利用基因编辑技术，首次建立了可固定杂交种子优势的水稻无融合生殖体系，并成功获得杂交水稻克隆种子。 该种子克隆技术能显著降低作物生产成本，保障粮食安全。
玉米自交品种面积提高到90%以上
玉米于明代从南美传入中国，经过几百年的发展，已经成为我国第一大粮食作物。 “十三五”期间，我国玉米产量占粮食作物的39.3%，单产从2015年的393公斤提高到2020年的421公斤。
“玉米产业繁荣得益于新品种培育不断突破，自用种植品种面积提高到90%以上，优质专用、绿色高效品种大幅增加。 ”万建民说。
由于我国不是玉米的起源地，玉米种质资源(也称遗传资源，是指机体亲代传递给子代的遗传物质，多存在于特定品种中)的丰富度与一些国家存在差异。 与小麦和水稻品种全部实现国产自养相比，我国玉米自养品种的比例要低得多。 国家玉米产业技术体系首席专家李新海表示，五年前，跨国选育的玉米品种占我国玉米播种面积的比重达到15%。
但是，关于玉米育种研究，不能落后。 在玉米育种基础和应用基础研究领域，中国农科院开展玉米种质资源保护与创新研究，创新基因编辑、转基因、全基因组选择等遗传改良技术，推动玉米种子产业取得新的发展。
记者了解到，中国农科院建立了我国玉米种质资源安全保护体系，安全保存了3万多种种质资源。 通过研究，成功克隆出了与我国玉米种质资源遗传多样性、现代玉米育种过程全基因组选择和遗传改良规律的玉米株型完整、耐密性、耐盐性、抗疏松和抗倒伏性密切相关的基因，遗传机制开发了基于基因组DNA序列预测基因表达调控模式的人工神经网络模型，为实现人工智能定向育种辅助奠定基础。
“十三五”期间，中国农科院培育出“单一123”、“单一685”、“中玉303”、“单一111”等高产抗逆宜机收新品种10个。 例如，“单一111”表现出早熟、防摔、掉粒损失率低等优势，新疆奇台亩产超过1570公斤。 中国农业科学院还建立了以密植增产、优质群体构建、病虫害绿色防控、机粒收获和全程机械化作业、秸秆还田为主的玉米密植高产全程机械化绿色技术体系，创下2020年亩产1663.25公斤的新纪录。
大豆因生长环境恶化而实现增产
与小麦、水稻、玉米相比，大豆的处境并不那么好。 “我经常给你小麦和水稻。 我给你碎了一点玉米。 我给了最差的大豆。 ”国家大豆产业技术体系单位专家吴存祥直言。
由于耕地资源和水资源有限，为了保障粮食绝对安全，我国在粮食作物配置上优先保障小麦、水稻和玉米，导致大豆种植“向边疆转移”。 “十二五”期间，适合我国大豆种植的东北地区中南部和黄淮海地区中北部大豆面积严重萎缩，光温条件恶劣的东北北部高寒地区和旱涝严重、土壤覆盖的黄淮海南部成为新的大豆集中产区，大豆生产区位条件(植物生存所需的土壤、水分、气候、空间配套)
产量的高低与立地条件的好坏直接相关，大豆生长环境差，产量还能增长吗？
能做到！ 2020年，我国大豆亩产132.4公斤，比2016年提高11.0%。 “在主产区区位条件不佳的不利形势下，大豆单产水平的提高得益于科技进步。 ”万建民说。
目前，中国农科院作科所国家种质库保存着世界上最多的大豆种质资源。 该项研究深入开展大豆良种挖掘、创新和利用攻关，取得显著成效。 例如，在大豆育种的基础研究中，与华南农业大学合作，研究者们克隆了寻找了近半个世纪的大豆长童期基因j，找到了改良大豆短日高温适应能力的分子靶点。 这为中高纬度地区优良大豆品种改造提供了技术途径，对发展低纬度地区大豆生产、扩大大豆品种种植区域、提高植物蛋白保障能力具有重要意义。
万建民表示，“十三五”期间，在推进“合农95”、“黑农84”、“绥农44”、“齐黄34”等大豆新品种选育和大面积种植的同时，大垄密植、浅埋滴管、免耕覆盖秸秆等技术模式如“中黄37”蛋白含量高、籽粒大，已成为黄淮海地区主要栽培品种之一。 “中黄30”抗旱，已成为西北地区主要栽培品种； “中黄901”早熟高产，抗大豆灰斑病，适合东北北部栽培； 适宜种植“中黄39”的区域在北纬20度至40度，是我国种植区域纬度范围最大的大豆品种。
记者手记
仍然要打好“种业颠覆战”
除小麦、水稻、玉米和大豆外，我国还选育出中谷系列谷子、中绿系列绿豆、中红系列红小豆等杂粮新品种。 例如，杂交谷子“中杂16”增产均达到15%以上； 小米的新品种“中谷2”大幅提高了小米的质量。 以前是花30分钟熬制的小米粥，现在8到10分钟就可以了。
“作物重大新品种不断涌现，引导我国主要粮食育种方向，支撑国家粮食安全。 ”万建民说。
但万建民也指出，随着人们需求的变化，我国种业的发展仍有待提高。 他以大米为例，糖尿病、肾脏病、高血压患者等特殊人群对大米有着特殊的需求。 例如，肾脏病患者由于肾功能衰竭，不能吃谷蛋白原含量超过4%的大米。 谷蛋白含量多的话，不能像健康的人那样有效地消化蛋白质，会引起尿中毒。 但普通人希望谷蛋白含量高，营养蛋白质更高。
“如果能提供坍落度蛋白大米，至少可以减少肾脏疾病患者的透析次数，”万建民说，要根据人们的需求，培育不同的大米品种。
未来良种的培育，在追求高产的基础上，更注重质量和功能。 万建民指出，加快培育环境友好、资源高效、优质高附加值的专用作物，适合简单栽培和机械化生产方式等划时代的作物新品种。 重点培育优质绿色超级稻、优质功能水稻、优质节水小麦、抗赤霉病小麦、抗旱有机栽培玉米、抗虫耐除草剂玉米、优质蛋白玉米、高产高蛋白大豆、耐除草剂大豆等重要新品种。
实现这些目标，需要打“种业颠覆战”。 万建民说，在一些育种基础研究和关键技术上，我国与发达国家还有差距。 例如，基因编辑技术的原创专利大多由国外控制，比较缺乏具有重要育种价值的关键基因等。
“未来要加大自主知识产权生物育种核心技术和产品研发，尊重科学，在严格监管下开展生物育种产业化应用。 ”万建民以种业关键技术原始创新为目标，提出开展种源“掐脖”技术攻关。
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