科技日報記者 馬愛平
當前，我國種業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵在于加速提升種源創(chuàng)新能力，融合生物技術(shù)與信息技術(shù)，以促進育種技術(shù)向數(shù)字化、信息化及智能化轉(zhuǎn)型。
水稻種質(zhì)資源專家、中國科學院院士、中國農(nóng)業(yè)科學院作物科學研究所研究員錢前長期從事作物種質(zhì)遺傳資源學研究。圍繞如何將我國種質(zhì)資源優(yōu)勢進一步轉(zhuǎn)化為育種創(chuàng)新優(yōu)勢、如何通過新技術(shù)實現(xiàn)精準育種等問題，科技日報記者日前專訪了錢前。
種質(zhì)資源突破性挖掘與利用至關(guān)重要
記者：幾十年來，您一直專注于水稻優(yōu)異種質(zhì)資源的創(chuàng)制與育種利用。您為何潛心這項研究，其重要意義是什么？
錢前：從作物育種的發(fā)展歷史看，歷次重大突破都以種質(zhì)資源突破性的挖掘與利用為前提。比如第一次綠色革命的水稻矮稈育種利用了半矮稈基因和種質(zhì)；雜交水稻的成功是基于海南野生稻雄性不育株的發(fā)現(xiàn)與利用；理想株型基因發(fā)掘與雜種優(yōu)勢相結(jié)合，培育出了新一代超級稻品種。因此，優(yōu)異種質(zhì)資源的挖掘、創(chuàng)新與利用對突破性品種培育至關(guān)重要。幾十年來，我們專注于發(fā)現(xiàn)和創(chuàng)制各種重要功能基因和新種質(zhì)?，F(xiàn)在我們發(fā)現(xiàn)的很多基因和圍繞這些基因開發(fā)的分子標記已經(jīng)廣泛應用于新品種培育。
記者：您培育的矮稈水稻品種“小薇”被問天實驗艙帶上了天。為什么和傳統(tǒng)水稻相比，“小薇”更適合在空間站種植？
錢前：人類探索地外空間現(xiàn)在仍然在起步階段，離滿足大面積種植作物的生存需求還有很長的路要走。在狹小的空間站內(nèi)，任何空間都需要被高效利用，“小薇”恰恰符合這一條件。它雖然生物量小、生育期短，谷草比卻很高。未來如果空間站中種植面積更大、生長環(huán)境更好，“小薇”很可能成為支撐人類進入地外空間的第一批口糧。
記者：保持水稻高產(chǎn)仍是水稻育種技術(shù)不能放松的基本目標，水稻育種技術(shù)如何在高產(chǎn)的基礎上創(chuàng)新，提高水稻對各種環(huán)境的適應性？
錢前：高產(chǎn)和抗逆存在拮抗，這是業(yè)內(nèi)共識。越來越多的分子證據(jù)已經(jīng)證明，植物在正常生長和抵御脅迫方面存在著非常精妙的平衡關(guān)系。
從人類的角度看，希望作物高產(chǎn)、抗逆，但從植物自身生長的角度看，它生長的目的首先是存活。當遇到逆境脅迫，植物會調(diào)動各種資源優(yōu)先進行逆境抵御，保證自己能存活，之后才會把資源重新用于生長。因此，我認為，在栽培方式上，應盡量提供良好的水肥條件，讓植物少遭受逆境。從種質(zhì)資源角度出發(fā)，我們可以篩選更加抗逆的品種，比如利用野生稻的高抗逆性，通過與高產(chǎn)基因的聚合，不斷提高高產(chǎn)和抗逆的平衡性。
數(shù)字化技術(shù)將加速育種進程
記者：當下，我國種業(yè)發(fā)展關(guān)鍵在于進一步提升種源創(chuàng)新效率，將生物技術(shù)與信息技術(shù)融合，推動育種技術(shù)向數(shù)字化、信息化、智能化方向發(fā)展。在您看來，如何將我國種質(zhì)資源優(yōu)勢進一步轉(zhuǎn)化為育種創(chuàng)新優(yōu)勢？
錢前：育種技術(shù)向數(shù)字化、智能化發(fā)展是大勢所趨，但要真正實現(xiàn)育種的數(shù)字化、智能化，還需要經(jīng)歷一個過程。還有很多基礎性的理論、技術(shù)、管理體系需要探索。其中，我國雖然擁有非常豐富的種質(zhì)資源，但種質(zhì)資源的收集、保存、鑒定工作都還存在很大提升空間。
例如，我國現(xiàn)有技術(shù)很有希望在短時間內(nèi)實現(xiàn)智能化地收集、保存種質(zhì)資源，但要保證準確甄別這些收集、保存起來的種質(zhì)資源，恐怕難以在短時間內(nèi)實現(xiàn)，因為相同名字的種質(zhì)未必就是真正的同一個種質(zhì)。如果沒有用對應的基因型和表型信息等基礎數(shù)據(jù)為種質(zhì)資源精準標簽，簡單的數(shù)字化恐怕不僅不能提高效率，可能還會因為大量重復、未整理的信息，額外為科研人員帶來甄別上的負擔。因此要把我國在種質(zhì)資源方面的優(yōu)勢真正應用于育種創(chuàng)新，還需要做很多基礎性的工作。當然，隨著各種組學的快速發(fā)展，我們相信，種質(zhì)資源的精準鑒定將會進入快速發(fā)展期。有了這些精準的基礎信息，再利用人工智能算法進行高通量預測，就有可能實現(xiàn)精準設計育種，加快培育突破性新品種。
記者：為什么說精準應用數(shù)字化技術(shù)是水稻育種未來的發(fā)展航線？利用好數(shù)字化技術(shù)的前提是什么？
錢前：傳統(tǒng)的育種方式之所以慢，主要原因是所有基因的配組都是隨機的，只能憑借育種科研人員的個人經(jīng)驗，做主觀判斷。近20年來，功能基因組學的迅猛發(fā)展，令基因型對表型的調(diào)控作用逐漸明晰，科研人員找到了很多影響產(chǎn)量、品質(zhì)、株型、抗逆等重要功能的基因。以這些基因為靶標，科研人員通過全基因組單倍型分析和不同基因型的組合篩選，使精準設計育種成為可能。與傳統(tǒng)育種相比，利用數(shù)字化技術(shù)進行設計育種，可以讓我們擁有更多的選擇權(quán)，實現(xiàn)更多定制性的品種選育，速度也會更快。
但所有的高通量數(shù)字化和預測便利性的前提，都是基于一個前提，即我們在基礎理論方面擁有足夠堅實的積累。用一句簡單的話概括就是，我們想知道怎么用，就得先知道什么能用，基礎理論的不斷突破是所有應用研究得以開展的必要條件。
記者：保障糧食安全是我國農(nóng)業(yè)的首要任務。育種是提高糧食產(chǎn)量的重要手段，但想破解水稻高產(chǎn)基因密碼，選育高產(chǎn)水稻品種卻并不簡單。在您看來，如何通過新技術(shù)實現(xiàn)精準育種？
錢前：過去幾十年，科學家們已經(jīng)建立了較為完善的基因密碼破解路徑。但是以前由于技術(shù)的局限，科研人員只能一個一個破解基因密碼。隨著測序技術(shù)和各種組學方法的快速崛起，現(xiàn)在可以通過各種高通量測序技術(shù)，批量獲得不同品種或種質(zhì)的基因型，再利用已知的基因型與表型的對應關(guān)系，快速對其他的各種基因型和表型測配進行預測，進而加快新品種的精準選育。近年來，我們在基因組序列信息獲取方面已經(jīng)有了足夠的積累，但表型的鑒定需要大量田間工作作為支撐，各種表型的復雜性也為我們的工作帶來挑戰(zhàn)，未來如何快速地將基因型和表型進行對應，提高表型觀測的效率和準確性，是我們需要重點突破的問題。
農(nóng)業(yè)科技人才要能吃苦、愿奉獻
記者：推動農(nóng)業(yè)科技創(chuàng)新，離不開農(nóng)業(yè)科技創(chuàng)新人才。您常說，要成為農(nóng)業(yè)科技創(chuàng)新人才，非常重要的一點是要能吃苦。這是為什么？
錢前：我常說，做水稻育種研究，“低頭一身汗，抬腿兩腳泥”是常態(tài)。這說起來容易，但做起來挺難。
40多攝氏度的天氣，普通人可能連門都不愿意出，即使出門也是“全副武裝”，要遮陽防曬。但對于我們來說，40攝氏度的氣溫，是水稻在田間生長時的常態(tài)。因為天氣太熱，我們早上5點多就下田調(diào)查水稻性狀、取樣等。中午給水稻授粉后脫下靴子，我們能從靴子里倒出一小盆的汗水，衣服上常年都是出汗留下的鹽印子。
但能因為苦就不下田嗎？當然不能。每天趴在實驗室，連田里材料長什么樣都不知道，是沒辦法做農(nóng)業(yè)科研的。因此，我們每年招研究生時，首先都要讓他們做好吃苦的準備。
記者：在實驗室里，您常講一句話：“小勝靠智，大勝憑德?！蹦鸀槭裁催@樣講？
錢前：從科學研究的角度看，如果僅僅著眼于局部細節(jié)的突破，有聰明才智和持之以恒的韌性就一定可以有所成就。但如果想開展創(chuàng)新性更強、立足于更高層面、面向國家戰(zhàn)略需求的科學探索，就需要能團結(jié)很多同行甚至不同領域的科學家共同努力。此時僅有聰明才智就遠遠不夠了，高瞻遠矚的眼光、容人容事的胸襟、甘于奉獻的情懷都必不可少。
“小勝靠智，大勝憑德”這句話不僅適用于科研領域，也適用于很多其他行業(yè)。如今校園中的學生將來會在各行各業(yè)開展工作，我希望他們都能成為德才兼?zhèn)涞臈澚褐?，勉成國器，為祖國的發(fā)展貢獻自己的智慧。
記者：您說過，在取得農(nóng)業(yè)科技創(chuàng)新成果的路上，肯定會遇到瓶頸、難題?？蒲衅款i期，看似困擾，實則契機。如何理解這句話？您認為應如何度過科研道路上的瓶頸期？
錢前：科研瓶頸期有很多種。例如，前一項工作階段性地結(jié)束了，但新的工作方向還不明確；探索工作遇到重大挫折，取得的結(jié)果嚴重不符合預期；研究方向或其他條件發(fā)生較大變動，體系建立出現(xiàn)困難等。無論是哪一種瓶頸期，我們在做科研的過程中都一定會遇到。
在我看來，度過瓶頸期，要做到以下幾點。
要調(diào)整好心態(tài)。在做科研的過程中，遇到困難是常態(tài)。所以當工作陷入停滯，首先是要做好“甘坐板凳十年冷”的心理準備；其次，與其不斷重復焦慮，不如暫時停一停，跳出原有的思維方式，好好想想需要做什么，能做什么，怎么做。換一個角度去思考，也許可以另辟蹊徑。
要時刻關(guān)注學科的發(fā)展，多做方向性預判。除了自己的領域外，要多與其他領域的科學家進行交流，提高自己的認知水平和學科交叉能力。
以上這些都是科研人員順利度過科研瓶頸期的關(guān)鍵。當然，從管理層面看，通過提供相對穩(wěn)定的支持保證科研隊伍穩(wěn)定性，讓“冷板凳”能長期存在，也非常重要。
觀點聚焦
種子是農(nóng)業(yè)的“芯片”，對于農(nóng)業(yè)發(fā)展至關(guān)重要。而種質(zhì)資源又是“種子芯片”上最核心的元件，任何突破性新品種的培育都建立在優(yōu)異種質(zhì)資源的挖掘與利用上。半矮稈育種、雜交稻三系配套等農(nóng)業(yè)領域的重大突破已經(jīng)充分證明了這一點。
經(jīng)過幾千年的人工馴化，當代的水稻品種已經(jīng)聚合了大量對人類有益的基因，親本資源圃同質(zhì)化非常嚴重。在現(xiàn)有資源的基礎上繼續(xù)通過傳統(tǒng)育種的方式進行聚合，從而獲得突破性新品種的難度也越來越大。以各種種質(zhì)資源為基礎，結(jié)合分子遺傳學、功能基因組學及高通量組學等方法，不斷挖掘新的重要功能基因及優(yōu)異單倍型，利用基因編輯技術(shù)開展各種新種質(zhì)的創(chuàng)制、鑒定、評價，進而應用于育種實踐，將是未來農(nóng)業(yè)育種的必經(jīng)之路。
——錢前
