海歸科學家夏新界和他的巨型稻標本。
株洲基地水稻負責人蔣海雲1.7米的個頭,仍比巨型稻矮。
株洲基地正在灌漿的巨型稻,一蔸平均有35個稻穗,每穗多的有800粒左右的稻穀。
夏新界課題組打造的「巨型稻―青蛙―泥鰍共生」稻田生態種養基地。
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「它比常規稻的生物量大50%以上,每畝可以增產15%到20%。試想,徜徉在兩米多高的水稻下,稻花飄香,金穗垂腰;腳下是一田清水,水裡遊著的是自然放養的魚、泥鰍、青蛙;頭頂是無人機監控生長、施肥、收割;富含蛋白質、身形頎長的稻杆被專用設備切條加工成優質牛羊飼料……屆時,一畝以巨型稻為核心的立體生態種養結合稻田的產出將達到四萬到十萬元,圓農民的種田致富夢。」
2017年6月,因洪水淹沒而意外走紅的巨型稻(又稱「姚明稻」),近期頻頻見諸報端,人們在驚訝於這種畝產可達1000公斤、最高可生長為2.2米的新稻種的同時,也對它背後的研發團隊產生了好奇:究竟是何方神聖,將神話變成了現實,讓禾下乘涼不再遙遠?
放棄高薪毅然回國,海歸科學家開啟「中國試驗」
中國科學院亞熱帶農業生態研究所夏新界課題組正是巨型稻的創造者。這支平均年齡不超過40歲的科學家團隊,帶頭人夏新界是團隊的「靈魂人物」:一位從事植物分子遺傳學、遺傳育種和分子生物學研究20餘年的海歸科學家,2005年獲中國科學院第十四批引進國外傑出人才「百人計劃」資助,毅然回國並在湖南開啟他的水稻育種「中國試驗」。
「任何一名愛國的科研工作者,都會有一顆科研報國的赤子心。」說話猶帶「湘音」的夏新界,是地地道道的湖南人。
科研成果突出的夏新界,在國外做得如魚得水。然而,他感覺似乎缺了點什麼。「國內在相關領域,雖然起步較晚,但發展勢頭迅猛,尤其是國內巨大的基因庫資源,具有的比較優勢無可匹敵。」2005年,中國科學院啟動引進國外傑出人才的「百人計劃」,夏新界獲得資助,毅然捨棄美國孟山都公司的高職高薪,投向祖國懷抱!
回國後,他先後主持和參與了中科院、國家、湖南省各類科研項目15項。最具爆炸性的是,對全球水稻育種界來說,一場極具創新意義的水稻新品種開啟的「颶風」即將來臨!
從實驗室到田間,一顆稻種創造的奇蹟
2013年,一百畝巨型稻在常德西洞庭種植基地試種成功,畝產達1000公斤;2016年,夏新界課題組和湘豐集團合作,巨型稻產量再次實現1000公斤/畝。這意味著,夏新界團隊已成功培育出產能穩定的高生物量巨型水稻!
成功的背後是默默的付出和等待。10餘年來,數不清有多少個日日夜夜,經歷了多少風風雨雨,經過突變體篩選、遠緣雜交選育、分子標記定性改良等多種技術手段,夏新界團隊在實驗室先後培育出湘巨1號、湘巨2號等巨型水稻。
「現在,經過培育更新,第一代巨型稻畝產穩定在1000公斤左右, 第二、三代巨型稻將更高產、更優質,且具更好的抗逆性,希望有一天我們能像種植小麥一樣種植巨型稻,減少對水的依敕性。目前,研發工作進展順利。」夏新界說。由於巨型稻「身形高大」且產量不菲,很快作為水稻界的「奇葩」一路走紅,並獲得我國雜交水稻之父袁隆平院士及多位水稻專家的一致認同與讚許。
為挖掘巨型稻增產潛力,夏新界課題組與袁隆平院士組建的國家雜交水稻工程研究技術中心聯合,通過多級雜交配種組合篩選技術,開展巨型稻雜交組合超高產攻關研究。
2016年11月,雙方在有「中國種植業矽谷」之稱的三亞水稻種植基地試種巨型稻,並結合「良種+良田+良法+良態」的「四良」配套技術的實施,利用海南冬季特有的光溫,生態、土壤環境等條件對育種材料進行加壓篩選,繁殖加代。
同時,在湖南邵陽、株洲、長沙等地,課題組分別進行了試種,尤其是位於株洲的試種基地對研究海拔50米至100米巨型稻的種植,具有重大的科研價值。
在株洲基地,時刻記者看到水肥充足,處於灌漿期的巨型稻株高超過1.8米,最高達到2.23米,中等身材的成年人走進稻田,一會兒就沒入「水稻森林」不見蹤影。經測算,一蔸巨型稻平均有35個左右的稻穗,每穗有的多達800粒稻穀,每千粒稻穀重在28克左右,預計畝產可達1000公斤左右。
「此外,健壯結實的巨型稻抗病和抗倒伏能力強,病蟲害少,茂密的莖葉可為水產和蛙類動物提供類似林間的優質棲息地。」基地負責人蔣海雲告訴時刻記者。
一般來說,稻稈越高的品種越易倒伏,巨型稻有何抗倒伏的秘訣?夏新界介紹說:「利用優勢強大的亞種間組合,使根系十分發達;稻穗要下垂,使重心下降;利用莖稈非常堅韌和基部節間短、粗、腳重頭輕的稻種資源;栽培時採取多蔸合植加大株距的方式,這樣多管齊下,就能選育出高度抗倒的超高產組合。」
為保障我國糧食安全和減少貧困提供了新方案
「預測到2020年,我國稻米需求量比2010年要新增150億公斤以上,才能基本滿足人口增加對糧食的需求。」在夏新界看來,當前我國耕地面積急劇減少,水稻種植面積基本已達上限的現狀下,提高單位面積產量是增加水稻總產量的唯一途徑。
多年來,提高單位產量一直是全球水稻育種工作者的首要目標,以袁隆平院士為首的中國團隊一直走在前列。
然而,水稻產量受其本身的總體量(生物量)的制約。「要想在產量上有較大的突破,有必要培育出高生物量的水稻品種,並結合傳統育種手段與現代分子育種方法,以增加品種的產量潛力。」這樣的想法,驅使夏新界投入十餘年心血追尋水稻增產秘密。
如今,巨型稻已成為夏新界課題組擁有獨立智慧財產權的超大生物量水稻新品種,位居全球水稻高產第一方陣。
「下一代巨型稻的畝產目標,瞄準1200—1500公斤,通過種養結合立體生態農業模式,實現每畝產出至少4萬元!」在夏新界的巨型稻發展藍圖中,瞄準中國農業的短板,提高中國農民的收入,改變中國農村的面貌,一直是他決心回國並為之奮鬥的最大「動力源」。
中國式種養模式或「輸送」一帶一路
今年1月,中國科學院亞熱帶農業生態研究所長沙農業環境觀測研究站打造了一個30畝的「巨型稻―青蛙―泥鰍共生」稻田生態種養基地,實現青蛙、泥鰍等「和諧共處」,以挖掘巨型稻的產量潛力和生態效益。
夏新界說,「這種新型種養模式,充分利用巨型稻的高杆、茂葉特性,營造優質棲息環境,利於青蛙、魚等自然生長,一種多得,尤其適合城市近郊觀光農莊和農家樂使用。農民採用這種模式,每畝產出可由目前的不足萬元,提高到4萬—10萬元。」目前,夏新界課題組正與珠海方面展開合作,計劃在珠海種植100畝種養結合巨型稻生態種養示範田。
展望巨型稻的未來,夏新界謹慎而樂觀,「巨型稻的成功培育和實現高產、穩產,只是一小步,離商業化和市場化還有很長的路要走。但是,我相信,以巨型稻的優良品質和優美外形,實現市場化目標指日可待。尤其是通過『一帶一路』,將巨型稻還有中國式的種養模式輸送給全球人民,是我們最大的期盼。」
(紅網時刻記者 楊斌)
連結:夏新界博士簡介
夏新界本科畢業於湖南師範大學,1985年獲北京師範大學植物學碩士學位,1992年於加拿大University of Guelph 獲分子遺傳學博士學位。
作為中國科學院亞熱帶農業生態研究所首席研究員,作物耐逆境分子生態學研究中心原主任,夏新界在分子育種、基因克隆與調控、基因結構與功能、基因啟動子、分子標記、基因組圖譜構建以及作物遺傳轉化、分析等方面具有豐富的經驗,先後在美國、加拿大多所大學和世界最大的農業生物技術公司孟山都 (Monsanto) 任職。
夏新界先後在國內外發表各類科研論文90餘篇,其中SCI或同類論文50餘篇,成功申請與獲得國家級發明專利20餘項,國際發明專利(PCT)1項。
(原標題:「身高」2.2米畝產突破一噸 水稻界奇葩成網紅——專訪巨型稻研發團隊帶頭人夏新界)