科技日報記者 婁玉琳
農(nóng)業(yè)農(nóng)村部日前宣布，歷時三年的第三次全國農(nóng)業(yè)種質(zhì)資源普查工作已全面完成。農(nóng)業(yè)農(nóng)村部漁業(yè)漁政管理局局長劉新中介紹，此次普查首次查清了全國水產(chǎn)養(yǎng)殖種質(zhì)資源底數(shù)，對312個重點(diǎn)種質(zhì)資源進(jìn)行系統(tǒng)調(diào)查。調(diào)查顯示，我國水產(chǎn)養(yǎng)殖種質(zhì)資源數(shù)量、物種數(shù)量、品種數(shù)量均為世界第一。
水產(chǎn)養(yǎng)殖種質(zhì)資源世界第一背后，是一代代科研人員的不懈探索。中國科學(xué)院院士、中國科學(xué)院水生生物研究所研究員桂建芳便是其中之一。他長期從事魚類遺傳育種生物學(xué)基礎(chǔ)和相關(guān)生物技術(shù)研究工作。
水產(chǎn)養(yǎng)殖物種數(shù)量世界第一，質(zhì)量能否同樣過硬？魚類遺傳育種研究如何促進(jìn)我國水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)發(fā)展？前不久，桂建芳在接受科技日報記者采訪時分享了他的思考。
桂建芳院士 田晶娟繪
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桂建芳，中國科學(xué)院院士、發(fā)展中國家科學(xué)院院士、中國科學(xué)院水生生物研究所研究員，系統(tǒng)研究多倍體銀鯽的遺傳基礎(chǔ)和生殖機(jī)制，揭示銀鯽獨(dú)特的生殖方式及演化遺傳機(jī)制，首創(chuàng)多倍體銀鯽和全雄黃顙魚遺傳育種技術(shù)路線，研究成果獲國家自然科學(xué)獎二等獎、中國科學(xué)院科技促進(jìn)發(fā)展獎一等獎等。
讀懂基因組“天書”
記者：為什么要開展魚類遺傳育種？
桂建芳：中國有句古話“龍生九子，各有不同”。包括魚類在內(nèi)的養(yǎng)殖生物具有豐富的遺傳多樣性，會通過表型反映出來。比如，同一種水生動物，有的長得快，有的長得慢；有的個體抗病，有的容易被病毒侵害。這些表型差異就是遺傳多樣性的體現(xiàn)。
通過遺傳育種，可以選出人們需要的、更加優(yōu)良的品種，包括生長速度快、抗病害、產(chǎn)量高或風(fēng)味更好的品種，進(jìn)而促進(jìn)養(yǎng)殖業(yè)的發(fā)展。
記者：您從事魚類遺傳育種工作40多年，取得了很多成果。您是如何與魚類遺傳育種結(jié)緣的？
桂建芳：1977年恢復(fù)高考后，我考入武漢大學(xué)。讀研時，我和武漢大學(xué)教授余先覺、周暾做了幾年魚類細(xì)胞遺傳學(xué)研究。當(dāng)時，我對30多種魚進(jìn)行了細(xì)胞遺傳學(xué)分析，獲得它們的染色體組型。我發(fā)現(xiàn)，大多數(shù)魚類擁有48條或50條染色體，但銀鯽卻有150多條染色體。后來，我進(jìn)入中國科學(xué)院水生生物研究所，加入該所致力于銀鯽育種研究的蔣一珪研究員課題組，從此和銀鯽結(jié)下了不解之緣。
銀鯽比較奇特。它不同于一般二倍體魚類，是一種多倍體魚類，且具有單性雌核生殖的特征。經(jīng)過近半個世紀(jì)、四代人的不斷努力，中國科學(xué)院水生生物研究所打造出5個鯽魚新品種，即異育銀鯽、高體型異育銀鯽、“中科3號”“中科5號”以及和長江水產(chǎn)研究所合作培育的長豐鯽。
這5個鯽魚新品種帶動了產(chǎn)業(yè)發(fā)展，使我國養(yǎng)殖鯽魚年產(chǎn)量由20世紀(jì)80年代不足5萬噸增至約280萬噸。
記者：您認(rèn)為魚類遺傳育種工作的難點(diǎn)是什么？
桂建芳：解析物種的基因組、找到?jīng)Q定某一性狀的主效基因，以及基因編輯技術(shù)都是魚類遺傳育種的難點(diǎn)。其中，最難的就屬解析基因組?；蚪M像一本“天書”，想讀懂這本書要頗下一番功夫。
我們要在“天書”中找到?jīng)Q定某一性狀的主效基因，對其進(jìn)行編輯。比如，鯽魚美味，但刺很多，特別是有不少很小的肌間刺，吃起來很麻煩。5年前，華中農(nóng)業(yè)大學(xué)教授高澤霞和學(xué)生在模式魚斑馬魚中鑒定出了調(diào)控肌間刺發(fā)育的主效基因。之后，我們團(tuán)隊和高澤霞團(tuán)隊一起，采用基因編輯方式，抑制了這一基因的表達(dá)，從而去掉了惹人煩的肌間刺。預(yù)計未來2年至3年間，這個新品種將通過審批并得到推廣。
除此之外，培育一個新品種要經(jīng)過多代篩選，導(dǎo)致育種周期較長。這給育種工作造成一定難度。我們選育一個新品種，一般要經(jīng)過四代篩選。特別是一些大型魚類，比如青草鰱鳙四大家魚，每一代都要經(jīng)過4年至5年才能成熟，四代就需要近20年。之后，科研人員還要對新品種進(jìn)行2年的中試。
培育“綠色”魚類品種
記者：您認(rèn)為目前水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)發(fā)展存在哪些問題？
桂建芳：水產(chǎn)養(yǎng)殖會給水體造成一定影響。近年來，我們積極倡導(dǎo)生態(tài)養(yǎng)殖，希望水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)遵循生態(tài)農(nóng)業(yè)的理念，走上綠色發(fā)展道路。
稻魚綜合種養(yǎng)就是一種生態(tài)養(yǎng)殖模式，將水稻種植與魚類養(yǎng)殖有機(jī)結(jié)合。農(nóng)民在稻田中放小龍蝦、黃鱔、泥鰍等水產(chǎn)動物，一方面可以提高稻田產(chǎn)量；另一方面這些水生動物進(jìn)入稻田捕食害蟲，可以少打農(nóng)藥。我們提倡的另一種生態(tài)養(yǎng)殖模式是大水面養(yǎng)殖。這種利用大型水域進(jìn)行水生生物養(yǎng)殖的模式，既能夠保水和凈水，又可以產(chǎn)出品質(zhì)更優(yōu)的水產(chǎn)品。
這給遺傳育種工作提出了新要求，比如育出適合在稻田淺水中養(yǎng)殖的新品種。近年來，我國相關(guān)部門已經(jīng)審定了一些適于稻田養(yǎng)殖和大水面養(yǎng)殖的新品種。
總體而言，為實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量發(fā)展，水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)應(yīng)該朝四個方向發(fā)力：一是培育優(yōu)質(zhì)的水產(chǎn)品種；二是選擇合適的養(yǎng)殖模式；三是精準(zhǔn)投放養(yǎng)殖餌料；四是有效防控水產(chǎn)病害。
記者：您覺得科研人員為助力產(chǎn)業(yè)發(fā)展可以做什么？
桂建芳：我們要通過魚類遺傳育種推進(jìn)水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)生態(tài)化發(fā)展。舉例來說，不同魚類對餌料蛋白質(zhì)的吸收轉(zhuǎn)化率不同。有些魚可能只需吃蛋白質(zhì)占比25%的餌料就可以長得很好。如果給它們投喂蛋白質(zhì)占比35%的餌料，不僅會浪費(fèi)餌料，還會導(dǎo)致水體富營養(yǎng)化。而通過育種，我們可以培育出餌料吸收率更高的魚類，讓魚長得更好，也對水環(huán)境更友好。
記者：您在研究中是否會使用人工智能、大數(shù)據(jù)等新技術(shù)？
桂建芳：人工智能技術(shù)已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于魚類遺傳育種。進(jìn)行魚類遺傳育種，要對其表型進(jìn)行精準(zhǔn)測量。借助攝像頭追蹤技術(shù)和人工智能技術(shù)，可以對某個池塘或?qū)嶒炇抑械聂~類進(jìn)行觀察和識別，了解每條魚、每個品系的生長規(guī)律。有了這些數(shù)據(jù)，育種目標(biāo)會更明確。
建設(shè)新型研究平臺
記者：近年來，您一直在推動我國漁業(yè)“藍(lán)色轉(zhuǎn)型”。您能闡釋下“藍(lán)色轉(zhuǎn)型”的內(nèi)涵嗎？
桂建芳：我國對世界漁業(yè)的貢獻(xiàn)之一，就是在漁業(yè)“藍(lán)色轉(zhuǎn)型”上先行一步。“藍(lán)色轉(zhuǎn)型”即盡量通過水產(chǎn)養(yǎng)殖來獲取人類需要的水產(chǎn)品，而不只靠捕撈，從而推動漁業(yè)可持續(xù)發(fā)展。
最近10年，一些西方國家的有識之士紛紛發(fā)表評論文章，提出要重視水產(chǎn)養(yǎng)殖，推動漁業(yè)“藍(lán)色轉(zhuǎn)型”。而我國自新中國成立以來就一直在進(jìn)行這樣的探索，改革開放時就已經(jīng)提出了“藍(lán)色轉(zhuǎn)型”概念。這與我國幾千年的歷史積淀有關(guān)。
水產(chǎn)養(yǎng)殖是中國的古老智慧之一。我國著名政治家、軍事家范蠡在2500年前就寫了《陶朱公養(yǎng)魚經(jīng)》，又名《范蠡養(yǎng)魚經(jīng)》。2019年，一支國際團(tuán)隊在距今8000年前的河南省賈湖遺址中發(fā)現(xiàn)了一些魚骨。經(jīng)過比對研究，他們發(fā)現(xiàn)這些魚骨屬于養(yǎng)殖魚類。這讓我國水產(chǎn)養(yǎng)殖歷史一下就追溯到8000年前。
上個世紀(jì)50年代至80年代，我國漁業(yè)生產(chǎn)確立了“以養(yǎng)為主”的方針，盡量控制捕撈量。2020年，我國水產(chǎn)養(yǎng)殖產(chǎn)量占整個水產(chǎn)品產(chǎn)量80%以上，只有不到20%的水產(chǎn)品來自捕撈。近年來，聯(lián)合國糧農(nóng)組織不斷倡導(dǎo)“藍(lán)色轉(zhuǎn)型”。
值得一提的是，長江十年禁漁的實(shí)施與我國水產(chǎn)養(yǎng)殖占比提升密切相關(guān)。這一舉措將進(jìn)一步保護(hù)長江流域水生生物多樣性，保護(hù)人類賴以生存的生態(tài)系統(tǒng)，特別是淡水生態(tài)系統(tǒng)。資料顯示，2023年長江干流、洞庭湖、鄱陽湖水生生物完整性指數(shù)評價等級相較于禁漁前提升了2個等級。可以說，長江十年禁漁是我國對世界作出的重要貢獻(xiàn)。
記者：您剛才提到，我國80%的水產(chǎn)品來自人工養(yǎng)殖。這是一個理想狀態(tài)嗎？
桂建芳：實(shí)際上，這個比例有待進(jìn)一步提升。如果我國水產(chǎn)養(yǎng)殖量能夠占整體水產(chǎn)量的85%甚至90%，對于自然資源保護(hù)會更有效，可以為子孫后代留下更豐富的種質(zhì)資源。
記者：您認(rèn)為世界漁業(yè)“藍(lán)色轉(zhuǎn)型”的目標(biāo)是什么？
桂建芳：如果全世界都能夠像中國這樣，使水產(chǎn)養(yǎng)殖量占到水產(chǎn)品總量的80%以上，水生生物資源就可以得到更有效的保護(hù)，極大促進(jìn)自然資源的可持續(xù)發(fā)展。不過，現(xiàn)在一些西方發(fā)達(dá)國家水產(chǎn)養(yǎng)殖量占比非常有限，有的可能只有10%到30%，特別是一些靠近海洋的國家。
記者：在您看來，我國魚類遺傳育種研究還存在哪些短板？應(yīng)如何補(bǔ)齊？
桂建芳：比如，我希望把魚類遺傳背景、餌料轉(zhuǎn)化系數(shù)等研究得更清楚，開拓出更高效、精準(zhǔn)的遺傳育種手段。而要實(shí)現(xiàn)這些目標(biāo)，就需建設(shè)優(yōu)質(zhì)的研究平臺。
過去，科研人員進(jìn)行遺傳育種，主要“靠天吃飯”。許多魚類有特定的繁殖周期，基本上一年才產(chǎn)一次卵，其繁殖受到季節(jié)和環(huán)境的嚴(yán)格限制。育種工作者只能在魚類自然繁殖季節(jié)進(jìn)行相關(guān)操作，如果錯過時間，就只能等到下一年。這使得育種進(jìn)程在很大程度上依賴于自然繁殖周期。而使用現(xiàn)代循環(huán)水系統(tǒng)的遺傳育種研究平臺，可以突破這一周期的限制，助力魚類遺傳育種發(fā)展。
很多人去過海洋館，那里的水體很大，許多大型魚類可以在里面生長、繁衍。我希望，未來建設(shè)的遺傳育種研究平臺像海洋館一樣，各種魚類都可以在其中可控產(chǎn)卵，育種人員隨時都能夠?qū)λ鼈冞M(jìn)行研究。
我們還可以利用新型遺傳育種研究平臺擴(kuò)充模式魚的種類。模式魚是指在科學(xué)研究中被廣泛用作模型生物的魚類。過去很長一段時間，遺傳育種研究都將斑馬魚作為模式魚，因為它體格小、具有強(qiáng)大的生存能力和繁殖能力，在室內(nèi)循環(huán)水系統(tǒng)中就可以大量養(yǎng)殖，能夠隨時產(chǎn)卵。利用新型遺傳育種研究平臺，我希望增加模式魚的種類，使青草鰱鳙這樣的大型魚類也能夠在溫控、光控條件下繁殖。這樣就可以大幅縮短育種時間，加快育種進(jìn)程。
在新型遺傳育種研究平臺建設(shè)上，有些國家已經(jīng)走在我們前面。比如，挪威通過遺傳育種平臺，持續(xù)對三文魚品種進(jìn)行改良，在世界范圍內(nèi)打響了挪威三文魚品牌。
記者：應(yīng)由哪些主體來建設(shè)這種研究平臺？
桂建芳：我認(rèn)為，研究平臺建設(shè)要依靠產(chǎn)學(xué)研緊密合作。我和一些公司打過交道，了解到大企業(yè)在經(jīng)費(fèi)上比較充裕，他們對參與建設(shè)新型研究平臺比較積極。我相信，企業(yè)、科研機(jī)構(gòu)和高校三方合力，可以推動育種研究平臺的建設(shè)。
記者：您可否結(jié)合自身成長經(jīng)歷，談?wù)勽~類遺傳育種領(lǐng)域需要怎樣的人才？又應(yīng)如何促進(jìn)人才培養(yǎng)？
桂建芳：回顧自身成長經(jīng)歷，我認(rèn)為科研人員應(yīng)在年輕時就堅定研究方向，做到“學(xué)一行、愛一行、專一行”。在自己的研究領(lǐng)域，他們不僅要知其然，還要知其所以然，給自己規(guī)劃一條科學(xué)的研究路徑。
近年來，我培養(yǎng)了一批研究人員，他們在各自的領(lǐng)域都做出了成果。我認(rèn)為讓年輕的博士、博士后迅速進(jìn)入科研主戰(zhàn)場，特別是支持成績突出的青年人更上一層樓，是學(xué)科發(fā)展的關(guān)鍵之一。目前，國家自然科學(xué)基金委員會已經(jīng)出臺了一些鼓勵青年人才發(fā)展的政策措施，我希望今后能有更多支持年輕人成長的政策。
院士談科普
結(jié)合自身從事科普工作的經(jīng)歷，我認(rèn)為院士做科普具有一些優(yōu)勢。首先，院士深入全面掌握相關(guān)領(lǐng)域知識，更能保證科普內(nèi)容的準(zhǔn)確性；其次，院士憑借深厚的學(xué)術(shù)造詣和卓越的專業(yè)成就，在公眾心中有較高的威望與公信力。院士做科普可以獲得更高的關(guān)注度，科普效果更好。
科普一方面可以更好地傳播科學(xué)知識、科學(xué)研究方法；另一方面可以在社會上形成尊重科學(xué)的氛圍，進(jìn)而促進(jìn)科技進(jìn)步。
——桂建芳
