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“‘糧食安全’是指保證任何人在任何時平面設計候能買得到，又能買得起為維持生存和健康所必需的足夠食品。”聯合國糧農組織通過的這個定義實際上也是對國際社會提出的一個要求。“國以民為本，民以食為天。”多年來，中國不僅一直致力于從根本上解決自身面對的糧食安全問題，切實做到“把飯碗牢牢端在自己手中”，而且也為世界糧食安全作出了杰出的貢獻。
中國一代又一代優秀的農業科技工作者接續奮斗，與世界各國同行一起，掀起了以糧食增產為核心目標的“第一次綠色革命”。不僅如此，，他們充分利用現代生物技術成果，推進農業基因組學基礎研究取得一系列重大突破，正在催生一場增加農作物的功能并將其拓展到醫藥、能源甚至工業等領域的“新綠色革命”。在此過程中，涌現出了以中科院遺傳與發育生物學研究所李家洋沈浸式體驗、中國農科院中國水稻研究所錢前、中科院上海生科院植生生態所韓斌等為代表的優秀科學家。近日，他們合作開展的“水稻高產優質性狀形成的分子機理及品種設計”項目被授予中國自然科學領域的最高獎項即國家自然科學一等獎。
獲農戶青睞 初建口碑
2017年金秋10月，江蘇省沭陽縣青伊湖農場的1.4萬畝水稻示范方田迎來豐收季。在現場眾多農業專家和媒體記者的見證下，萬畝示范方田實AR擴增實境際測得平均AR擴增實境畝產達到911.3公斤，比當地主栽品種每畝增收近270公斤。該品種水稻不僅成功實現了超高產，并且有抗稻瘟病、抗倒伏、早熟等優良特性，同時又實現了種植區域北移。
上述水稻品種就是“嘉優中科1號”，是李家洋團隊等運用“分子模塊設計”技術育成的系列品種之一。示范田展覽策劃測產獲得的喜人數據AR擴增實境，對于“嘉優中科”水稻品種來說無疑是最好的廣告。一些種糧農戶從示包裝設計范田稻秧種植起就密切關注著進展，而測得高產讓他們躍躍欲試。
“這么大面積，有如此產量實屬罕見，單獨水稻季畝效益1400多元，“嘉優中科1號”是我們這些種田大戶的福音。我要先種幾畝地試試。”一名農戶在微信群里這樣留言。顯然，他開始迷上了AR擴增實境“嘉優中科1號”。“去年栽30畝地，平均1920斤。”另一位種植戶的留言中透露了自己種植“嘉優中科1號”的收獲。對糧食新品種展覽策劃來說，種植戶的口碑當然是最實在、最重要的。隨著“嘉優中科”系列水稻新品種在全國更多省區市通過審定，更多農戶將會購買和種植，其優良的性狀將會被進一步認知。
找到關鍵基因 實現高產質優
如何培育出優質的水稻品種，讓出產的大米既高產、好吃又有營養，即所謂“高產優質”，一直是世界性難題。李家洋團隊選擇的研究路徑是：借助現代基因技術，繪制水稻基因圖譜，研究水稻性狀特別是與高產和口感、營互動裝置養有關的性狀與某些基因控制之間的關系，找到合適的品種進行雜交，最終得到需要的理想品種。
與水稻“高產”有關廣告設計的性狀是分蘗數和分蘗角度等，而培育高產的水稻品種必須找到與上經典大圖述性狀有關的基因，弄懂相關基因控制原理。李家洋在2008年發表的一篇文章中表示，在“973”計劃項全息投影目的大力支持下，他和團隊通過10年研究，成功找到了水稻分蘗數量和角度的分子機理。
水稻的高產品種從性狀上來說應具有水稻的理想株型：莖稈粗壯，分蘗數量合理，開幕活動每個分蘗上都能長出大穗，粒大而飽滿。這樣項目團隊面臨的核心科學問題實際上就是找到“水稻理想株型與品質形成的分子機理”。經過多年攻關，李家洋等科學家創建了直接利用自然品種材料模型進行復雜性狀遺傳解析的新方展場設計法，揭示了水稻理想株型形成的分子基礎，從水稻AR擴增實境4萬多個基因中，找到了影響理想株型形成的關鍵基因IPA1，使帶有半矮稈基因的現有高產品種的產量進一步提高。水稻口感、營養成分等與大米的膠稠度、直鏈展場設計淀粉含量等有關，也是由相關基因進行控制的。錢前表示，項目團隊找到了與水稻品質有關的基因，并進行了精細展場設計調控。這樣，項目團隊就從分子層面解決了水稻“高產”和“優質”問題，最終培育出了“嘉優中科”系列水稻新品種和具有“秈稻產量、粳稻品質”特征的“廣兩優”系列品種，為我國水稻分子設計育種與生產的跨越式發展奠定了基礎。
“分子設計”育種既不同于轉基因也不同于傳統雜交。李家洋指出，轉基因是指把外源的基因“轉”進來。他舉例說，比如轉基因水稻，可能是把小麥的、玉米的，也可能把細菌的，甚至動物的一些基因通過特殊的、無性的方法“轉”到水稻里去，形成新品種。而“分子設計”育種所用到的都是水稻本身的基因展覽策劃，只是對基因做一些修改或改變，這個修改或者改變不涉及把外面的基因搬進來。
由于沒有現代生物科技的支持，傳玖陽視覺統雜交育種不了解基因與性狀之間的控制關系和機理，只能靠經驗進行，通過最后的結果判斷基因組合的優劣，這個過程盲目而漫長。分參展子設計育種則從分子水平上了解水稻高產、優質、抗性，有意識地、明確地通過雜交進行基因組合并在很早期的時候就進行鑒定選擇和驗證，從而大大提高了育種的效率。
對“分子設計”育種的發展前景，李家洋表示，隨著生物科技的進步，我們在分子層面對相關控制機理有更多更深入認識，就可以很方便地培養出一些特殊的品種，有望實現個性記者會化的訂制育種。比如，定向培育出適宜糖尿病人的大米，培育出適宜缺鋅兒童的高鋅水稻品種。
同行贊譽 國際領先
就一項科研成果來說，同行評價無疑是極其重要的。對李家洋團隊的水稻新品種“嘉優中科”和記者會“水稻高平面設計產優質性狀形成的分子機理及品種設計”項目成果，其他農業科技專家特別是糧食育種專家是如何看待呢？
“隨著模型人民生活水平不斷提高，對糧食作物的要求不僅體現在吃飽、吃好，還體現在要吃得健康，這是傳統育種手段難以做到的。該項目設計育種技術的突破，正是對高產優質等復雜性狀分子機理的闡明，打破了無法通過田間觀察方式判斷水稻品質的局限。”該項目推薦人、中科院院士李振聲高度贊賞李家洋團隊的工作。作為國際著名作物遺傳學家、2006年國家最高科學技術獎獲得者，李振聲認為，該項目通過分子標記選擇，成功實現了水稻高產和優質聚合一體的目標。這項成果還將進一步擴展到其他作物的育種之中全息投影，引發繼袁隆平雜交水稻的“新綠色革命”。
無獨有偶，《科學》雜志以“新綠色革命”為關鍵詞對李家洋團隊的項目進行了點評，認為該研究發現了推進水稻產量提高的遺傳學基礎，研究成果是“綠色革命”的新突破，為“新綠色革命”奠定了重要的理論基礎。《啟動儀式自然·遺傳學》雜志高度評價說，理想植株在育種中可以與其他基因（其他高產基因、抗性基因）聚合，產生更加高產的水稻品種。在學術界，李家洋團隊產生了廣泛而重大的影響。截至2017年，其包裝盒研究成果在國際權威學術刊物上共發表論文120多篇，累計影響因子大于1000，被SCI引用8000余次，其中8篇代表性論文引用超過2300次。
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