■ 本報記者 黃媛艷
植株散生、形態(tài)各異、籽粒較小……走進位于三亞的國家野生稻種質(zhì)資源圃(以下簡稱國家資源圃)，一株株形似雜草的野生稻，很難讓人與香噴噴的大米飯聯(lián)系起來。
然而，就是這些不起眼的野生稻，經(jīng)過約1萬年的馴化和選育，成為與人類命運共舞的栽培稻，是全球超一半人口的主要糧食。
作為栽培稻的先祖，野生稻擁有更全面的基因資源。而我國科學(xué)家從20世紀30年代就開始創(chuàng)新利用野生稻種質(zhì)資源，不斷在水稻育種上取得新的突破。
國家資源圃是目前全球最大的野生稻種質(zhì)資源圃，這里保存著全球21種野生稻、1.3萬份野生稻種質(zhì)資源。推動野生稻種質(zhì)資源保護與利用，加快發(fā)掘符合當前及未來產(chǎn)業(yè)需求的野生稻優(yōu)異基因，培育更多水稻新品種，它將扮演重要角色。
A
水稻雜交從海南開始
科研團隊系統(tǒng)調(diào)查全島野生稻生存情況后，發(fā)現(xiàn)更多驚喜
世界雜交水稻發(fā)展史，也是海南野生稻貢獻史。
“中國稻作之父”丁穎利用海南野生稻與亞洲栽培稻雜交，在世界首次成功把野生稻抵抗惡劣環(huán)境的基因轉(zhuǎn)移到栽培稻中，培育出了產(chǎn)量高、長勢旺、適應(yīng)能力強的水稻品種“中山一號”和60多個優(yōu)良品種；
“雜交水稻之父”袁隆平在三亞發(fā)現(xiàn)雄性不育野生稻材料“野敗”，育成舉世聞名的三系雜交稻，選育的“南優(yōu)2號”雜交水稻，成為我國第一個在生產(chǎn)上大面積應(yīng)用的強優(yōu)勢組合；
中國工程院院士朱英國團隊利用采自陵水的“紅芒”野生稻作本體，最終育成紅蓮型雜交稻，為世界糧食增產(chǎn)作出巨大貢獻……
“雜交稻育種新突破是從海南野生稻開始的，新時代海南野生稻要再立新功。”中國科學(xué)院院士錢前感嘆道。
立新功的前提是摸清“家底”。目前，全球共有20余種野生稻品種，其中我國有3種，分別是普通野生稻、藥用野生稻和疣粒野生稻。
那么，海南有多少野生稻品種呢？歷時18年，系統(tǒng)調(diào)查了海南全島18個市縣野生稻生存情況后，海南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院糧食作物研究所所長王效寧興奮地發(fā)現(xiàn)，我國3種野生稻資源在海南皆有分布，并且海南的普通野生稻最原始、遺傳多樣性最豐富，具有很高的開發(fā)價值。
“我們系統(tǒng)查清了海南野生稻居群的精準信息，繪制了第一張海南野生稻GPS定位圖，保存了野生稻種質(zhì)資源4326份，原生境保護了6個遺傳多樣性高且瀕危的自然居群，為我國水稻育種和種質(zhì)資源研究提供了翔實的基礎(chǔ)材料。”王效寧說。
摸“家底”帶來的驚喜之一，是發(fā)現(xiàn)耐鹽堿野生稻。
2011年，王效寧帶領(lǐng)團隊在萬寧市東澳鎮(zhèn)一處常被海水倒灌的臨海溝渠中，發(fā)現(xiàn)了一株長勢良好的野生稻，通過精準鑒定，發(fā)掘出了其中具有耐鹽堿等特殊功能的基因，最終育成水陸兩用稻“中科西陸4號”。該品種不僅能有效解決海南冬季育苗插秧缺水難題，也為海南200多萬畝鹽堿地有效利用探索了新路。
去年夏天，文昌市東路鎮(zhèn)美德村試種的“中科西陸4號”獲得豐收。“這個品種產(chǎn)量和口感都不錯，文昌、昌江、樂東多地都在推廣種植，今年樂東采購7000畝種子準備夏季在瓜菜地種植�！绷挤N獲得市場認可，王效寧難掩喜悅地分享道，他們還開辟了疣粒野生稻(GG基因組)資源利用先河，新種質(zhì)被全國100多家單位利用，育成水稻新品種91個，累計推廣種植面積2921.2萬畝。
現(xiàn)下，王效寧又忙開了。在樂東黎族自治縣九所鎮(zhèn)的田洋里，團隊選育的“海農(nóng)鹽抗5號”“海農(nóng)鹽抗6號”等新品種稻正在開展第二年耐鹽實驗。在平均鹽度0.6%的鹽堿環(huán)境下，這批水稻正迎陽生長。
野生稻還能帶給人們多少驚喜？“野生稻是水稻種質(zhì)資源的基因庫，具有豐富的抗病蟲、抗逆、高產(chǎn)等優(yōu)異基因�！卞X前說，海南可以進一步加強野生稻資源的鑒定評價，不斷加快良種選育進程。
一項10年計劃
資源圃可保存4萬份種質(zhì)資源，10年內(nèi)完成所有野生稻基因鑒定評價
在人類的萬年馴化下，水稻從多年生野生稻轉(zhuǎn)變?yōu)橐荒晟耘嗟�，提升產(chǎn)量與種植效率的同時，也帶來了種子投入量大、勞動力增加、水土流失加劇等問題。
好在我國科學(xué)家研究發(fā)現(xiàn)，來自非洲的長花藥野生稻，藏著解決這些問題的密碼。
“你看它大高個、粗莖稈，雖然其貌不揚，但有發(fā)達的根莖。當?shù)孛娌糠直皇崭詈�，地下的根莖會再一次發(fā)芽，長出新的水稻�！眹屹Y源圃田間管理員程云連指著保存在這里的長花藥野生稻介紹。
利用長花藥野生稻的這一特性，云南大學(xué)資源植物研究院胡鳳益團隊將其與一年生栽培稻遠緣雜交，經(jīng)過20多年探索，創(chuàng)制了多年生稻，一次栽種，多年收獲，讓水稻可以“割完一茬又一茬”，省種、省錢、輕簡勞力，實現(xiàn)全球多年生糧食作物育種的重要突破�！犊茖W(xué)》雜志公布的2022年度十大科學(xué)突破中，多年生稻是全球農(nóng)業(yè)科學(xué)唯一入選成果。
在國家資源圃保存的21種野生稻中，像這樣的故事還有很多。
例如資源圃里引人注目的高桿野生稻。這種來自中美、南美地區(qū)的野生稻，個頭比人還高。但它真正獨特之處，與其異源四倍體的特性有關(guān)。
自然界中的野生稻，其體細胞染色體有的為二倍體，有的是四倍體。四倍體攜帶更多的基因，具有天然雜交優(yōu)勢。
中國科學(xué)院院士李家洋團隊篩選出一份四倍體高桿野生稻資源，成功創(chuàng)制了不同類型的四倍體水稻新材料，突破了全部技術(shù)瓶頸，力爭培育出新型多倍體水稻作物，大幅提升糧食產(chǎn)量并增加作物環(huán)境變化適應(yīng)性。團隊成果“異源四倍體野生水稻快速從頭馴化”，入選2021年度中國生命科學(xué)十大進展。
用好種質(zhì)資源，科學(xué)家對稻種的改造還在浩渺太空大展身手。這方面，“植物宇航員”“小薇”稻可是明星選手。
作為國家資源圃里最矮的成員，“小薇”稻僅有野生型水稻株的1/4高。從文昌搭火箭兩次到太空育種的經(jīng)歷，讓“小薇”稻聲名大噪。
“‘小薇’是團隊歷經(jīng)十余年，利用現(xiàn)代生物育種技術(shù)進行水稻種質(zhì)資源創(chuàng)新的重要成果。它個子小、籽不小，具有株型和生物量小、空間利用率高、谷草比高、無懼惡劣氣候等優(yōu)勢，在陵水試種畝產(chǎn)可達600斤到700斤，為未來都市農(nóng)業(yè)、植物工廠、太空育種提供了重要種質(zhì)資源。”錢前透露，團隊通過回交育種獲得了兩個新品種，其中“小薇秈”完成以“小薇”為基礎(chǔ)的秈粳配套，“小薇黃”拓寬了景觀稻范圍。
在國家資源圃里，這些野生稻的開發(fā)成果，僅僅揭開了水稻種業(yè)創(chuàng)新的冰山一角�！百Y源圃目前保存了來自全球21種野生稻的1.3萬份野生稻種質(zhì)資源，未來可保存4萬份野生稻種質(zhì)資源。”中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物科學(xué)研究所研究員、國家資源圃首席科學(xué)家鄭曉明說，海南野生稻資源豐富，熱帶氣候也適宜野生稻生長、保存，且海南有面向國際的區(qū)位和政策優(yōu)勢，便于開展國際合作，因此，中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院牽頭在三亞建設(shè)了這個全球最大的野生稻種質(zhì)資源圃，“團隊計劃10年內(nèi)完成所有野生稻資源的表型鑒定和基因型鑒定評價，推動數(shù)據(jù)庫共享利用，為中國育種創(chuàng)新提供支撐”。
C
野生稻的“野心”
促進全球優(yōu)異種質(zhì)資源共享利用，在保護與共享中加速種業(yè)創(chuàng)新
鄭曉明的行李箱里總有一雙拖鞋。
常年在世界各地收集野生稻資源，她需要頻繁進入沼澤、泥塘這樣的野外環(huán)境，拖鞋成為必備品。
“之前不理解為什么人類會將野生稻馴化為主糧，當我到了東南亞等地，看到令人震撼的成片野生稻，看到當?shù)厝藙澊M入野生稻生長地，用竹棍敲打植株，大量的稻種落入船中，帶回去脫殼就可食用，我就有了答案�！编崟悦髡f，這些年，她遍訪10余個國家和地區(qū)，每當發(fā)現(xiàn)豐富的野生稻資源，她和同事們都忍不住往前沖，即使水深沒到脖子也顧不上，那時往往是興奮取代恐懼，總想收集更多的寶貴種子。
資源圃目前保存的1.3萬份野生稻種質(zhì)資源，填補了國內(nèi)野生稻種質(zhì)庫無東南亞和南亞等地野生稻的空白，其中就有她的貢獻。
“我國現(xiàn)有野生稻種質(zhì)資源豐富，但以國內(nèi)資源為主，境外種質(zhì)資源占比不到20%。而且，我們現(xiàn)保存的水稻種質(zhì)資源，基因型清楚的不足10%，而國際水稻研究所基因庫保存的種質(zhì)資源，有77%已完成形態(tài)和農(nóng)藝特征鑒定。”鄭曉明說，只有增加野生稻種質(zhì)資源收集保存的多樣性，才能為新品種培育奠定基礎(chǔ)，只有加大對野生稻種質(zhì)資源的精準鑒定力度，方能實現(xiàn)對優(yōu)異基因的挖掘和利用。
為此，國家資源圃依托全球動植物種質(zhì)資源引進中轉(zhuǎn)基地等平臺，推動成立國際野生稻聯(lián)盟，探索建立具有世界先進水平的水稻野生近緣種和地方品種保護、研究和利用體系；開展種質(zhì)資源聯(lián)合考察，搭建全方位、寬領(lǐng)域、多層次的國際交流與合作平臺，加大優(yōu)異資源引進和交換力度；組織實施國際野生稻大會等一批重大國際合作項目，提升種質(zhì)資源安全保護與高效利用水平。
鄭曉明透露，眼下，三亞崖州灣科技城打造了一批高能級種業(yè)科研平臺、出臺系列促進種業(yè)發(fā)展政策，種業(yè)創(chuàng)新要素快速匯聚，韓國等國家科研機構(gòu)主動提出戰(zhàn)略合作，促進優(yōu)異種質(zhì)資源高效共享利用。
國外尋種腳步不停歇，國內(nèi)的野生稻保護工作也同步推進。
在國家資源圃東北角，一處人工營造的山坡林地上種植了黃槿、龍血樹、美人蕉等喜濕親水、遮陰效果強的植物，這正是為喜光怕曬、喜溫怕熱、喜濕怕水的疣粒野生稻準備的“新家”。不遠處，占地25畝的原生境模擬圃，模擬出普通野生稻和尼瓦拉野生稻喜愛的自然生態(tài)環(huán)境，600份經(jīng)過基因鑒定的野生稻在其中自由生長。這里的小環(huán)境，將為野生稻原生境保護提供科學(xué)依據(jù)。另一處占地30畝的長格子資源保存圃，則長期活態(tài)保存來自世界各地的野生稻。
“目前，海南3種野生稻的生存面臨瀕危狀況，6個野生稻原生境保護點情況也不容樂觀。”王效寧建議，在建好用好資源圃、開展野生稻資源異位保護的同時，可以考慮通過建立生態(tài)補償機制、設(shè)立海南野生稻保護利用專項課題和工作經(jīng)費等方式，進一步調(diào)動各方積極性，加大野生稻瀕危居群的原生境保護。
(本報三亞5月9日電)
