【編者按】在上海市科學(xué)技術(shù)委員會資助（項目編號：22DZ2304300）下，澎湃新聞聯(lián)合《世界科學(xué)》對獲得國家及上海市科技獎勵的獲獎成果進行科普化報道。

本篇報道圍繞2020年度國家科學(xué)技術(shù)進步獎一等獎項目“水稻遺傳資源的創(chuàng)制保護和研究利用”展開。該項目由上海市農(nóng)業(yè)生物基因中心研究員、首席科學(xué)家羅利軍領(lǐng)銜團隊聯(lián)合完成。

節(jié)水抗旱稻與傳統(tǒng)水稻對比試驗

種水稻也能節(jié)能減排？

羅利軍看起來像農(nóng)民。他戴著草帽，經(jīng)常下田，臉被曬得黑紅。作為一位扎根土地的農(nóng)業(yè)科學(xué)家、水稻育種專家，他的研究成果也在這片他深愛的土地上孕育而生。

他說，育種是一門藝術(shù)，所以，他離不開土地?！捌贩N不好的話，老百姓會罵你的?！?

水稻是我國最重要的糧食作物之一，近年來，水稻種植過程中耗水量大，化肥農(nóng)藥施用量增加。中國現(xiàn)有耕地中，有70%是中低產(chǎn)田。羅利軍瞄準(zhǔn)了中低產(chǎn)田。他帶領(lǐng)團隊培育的節(jié)水抗旱稻，甚至種在旱地里也能高產(chǎn)至600公斤。目前年栽種面積已經(jīng)超過500萬畝。

現(xiàn)在，他的目標(biāo)是在國內(nèi)新增水稻種植面積1億畝，增產(chǎn)稻谷500億公斤，減少200億噸水稻生產(chǎn)用水，減少200億公斤碳排放。

2021年11月3日，上海市農(nóng)業(yè)生物基因中心研究員、首席科學(xué)家羅利軍領(lǐng)銜團隊獲得了2020年度國家科學(xué)技術(shù)進步一等獎。這是上海市農(nóng)業(yè)領(lǐng)域研究成果首次獲得這一獎項。

前述獲獎項目還針對亞非國家生態(tài)條件選育了32個新品種，在生產(chǎn)上推廣，產(chǎn)生了顯著的國際影響，助力“一帶一路”建設(shè)。

水稻也要“節(jié)水+節(jié)能減排”？

10萬年前，野生水稻就已在長江下游地區(qū)分布，為先民利用、馴化水稻提供了條件；約1.1萬年前，水稻實現(xiàn)馴化，從而開啟了稻作農(nóng)業(yè)的起源。

這是中國科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所等單位5月24日在國際學(xué)術(shù)期刊《科學(xué)》（Science）在線發(fā)表論文中報告的發(fā)現(xiàn)。

時至今日，人們?nèi)栽诓粩嗟嘏嘤拘缕贩N。

“一般而言，生產(chǎn)一公斤稻谷需要消耗一噸淡水。”羅利軍說，這種方式不可持續(xù)。中國水資源有限，是全球13個嚴(yán)重缺水的國家之一。

羅利軍介紹，在我國4.5億畝的水稻田中，有1.8億畝缺水。北方部分稻區(qū)地下水超采，南方部分稻區(qū)旱災(zāi)頻發(fā)。此外，在4.5億畝稻田以外，中國還有大量的鹽堿地、灘涂地可以利用。

羅利軍決定在1.8億畝缺水的水稻田中“做文章”，他的目標(biāo)是，至少讓5000萬畝在缺水的條件下實現(xiàn)高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)。

羅利軍說，“我國的超級稻育種，較好地解決了高產(chǎn)稻田的問題，但是中低產(chǎn)田的問題還是要解決，還比較難。還要考慮到節(jié)水?！?strong>這是羅利軍算的“大賬”。

“我一直認(rèn)為水稻（育種）的發(fā)展方向應(yīng)該是，從國家層面上來講，是資源節(jié)約、環(huán)境友好；從農(nóng)民的角度上，是農(nóng)田增值，農(nóng)民增收?！绷_利軍說。

他帶領(lǐng)團隊培育的節(jié)水抗旱稻既可以像水稻一樣在水田里進行節(jié)水栽培，又可以像小麥一樣在旱地種植。

基因資源庫

創(chuàng)新的源頭：在上海研究農(nóng)業(yè)，有前途嗎？

民以食為天。農(nóng)業(yè)事關(guān)糧食安全。

“（但）農(nóng)業(yè)是不受待見的?！绷_利軍直言。他說，“一杯星巴克要賣幾十塊錢，一斤稻子才賣兩塊錢。”“哪一天，大家不（爭著）讀清華、北大，（而爭著）讀農(nóng)學(xué)院了，農(nóng)業(yè)的地位就高了?！?

身處上海大都市，羅利軍表示，他不只是要種上海的田，而是要種全國的田?！吧虾２哦嗌倜娣e？我們應(yīng)該是原始創(chuàng)新的一個源頭?！薄吧虾５霓r(nóng)業(yè)研究，要產(chǎn)科學(xué)技術(shù)，要產(chǎn)優(yōu)良品種，而不僅僅是產(chǎn)糧食。”

“我很感謝上海市科委（上海市科學(xué)技術(shù)委員會）。我最困難的時候，是拿科委的基礎(chǔ)研究的資助?！绷_利軍表示。

2003年，羅利軍團隊培育出世界上第一個旱稻不育系“滬旱1A”，并選育出中國南方第一個節(jié)水抗旱稻品種，逐步完成三系配套，實現(xiàn)了節(jié)水抗旱雜交稻零的突破。羅利軍因此被稱為“從稻種資源寶庫中不斷挖掘金礦的農(nóng)業(yè)基因?qū)＜摇薄?/p>

經(jīng)過10多年的努力，羅利軍團隊已經(jīng)培育出包括秈型、粳型、雜交和常規(guī)四個系列的節(jié)水抗旱稻品種（組合），并在生產(chǎn)上大面積推廣應(yīng)用。

如今，羅利軍團隊選育的節(jié)水抗旱稻用一噸水可以產(chǎn)1.36公斤至1.4公斤稻谷，它的水資源利用效率提高了30%以上。

在不降低產(chǎn)量和米質(zhì)的前提下，節(jié)水抗旱稻可少灌水53.3%，少施化肥47.7%，而且大幅度地減少農(nóng)業(yè)面源污染。其中，總氮和總磷的排放量分別降低69.0%和36.6%，農(nóng)藥使用量減少80%以上，大幅度減少碳排放，從而實現(xiàn)了“資源節(jié)約、環(huán)境友好、農(nóng)田增值、農(nóng)民增收”的綠色農(nóng)業(yè)生產(chǎn)目標(biāo)。

把論文寫在大地上：育種是一門藝術(shù)

長在山上的水稻，你見過嗎？

早在1988年，羅利軍在廣西進行稻種資源考察，他第一次見到了傳統(tǒng)的旱稻。

當(dāng)?shù)厣矫裢ㄟ^放火燒山，清理出山坡空地，然后直接撒播或點播種子。10月中下旬，他們就開始上山收割。

雖然產(chǎn)量較低，但望著滿山的旱稻，羅利軍被其頑強的生命力震撼。他意識到，如果能整合旱稻的優(yōu)勢，培育出新品種，就能為水稻種植開辟新思路。

羅利軍和團隊研究發(fā)現(xiàn)，旱稻之所以產(chǎn)量往往較差，原因可能是產(chǎn)量基因與抗旱基因連鎖，且作用相反。

他培育出了第一個兼顧抗旱性狀和高產(chǎn)性狀的新型旱稻品種——節(jié)水抗旱稻。通過聚合旱稻品種的抗旱性與水稻品種的高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)特性，羅利軍團隊先后育成包括雜交和常規(guī)多個系列的節(jié)水抗旱稻。

節(jié)水抗旱稻只是羅利軍眾多的科研成果之一。

他告訴澎湃科技，獲得2020年度國家科學(xué)技術(shù)進步獎一等獎的項目包括三個方面：第一個是水稻種質(zhì)資源保護與利用平臺，第二個是“整個基因的挖掘，是理論的創(chuàng)新”，第三個是選育出一大批優(yōu)良品種，并進行了大面積推廣。

“育種是科學(xué)與藝術(shù)的結(jié)合。”他說，“目前，（在）我們沒有完全把抗旱的機理搞清楚的情況下，常規(guī)的育種是最有效的。反過來講，在這個基礎(chǔ)上改變了抗病抗蟲（的性狀），那么現(xiàn)代生物技術(shù)是有效的?！?

通俗地講，育種是通過一定的方法，把好的品種培育并選擇出來，然后加以推廣。選品種就是在選基因組合。好的品種，根本上是基因?qū)用嫔系摹皟?yōu)異”，加上良好的田間管理，最終獲得豐收。想辦法把好的基因搭配在一起，組合在一起，再選出來，這是育種家的工作。而把基因搭配的方法，包括雜交或者基因編輯、修飾等操作，它們帶來的都是基因?qū)用娴母淖儯罱K表現(xiàn)在品種的性狀上。

基因是什么？

動植物的遺傳信息主要儲存在長長的DNA（脫氧核糖核酸）鏈中?；蚩梢员豢醋魇且欢位驇锥蜠NA，它是決定著農(nóng)作物優(yōu)良性狀的遺傳物質(zhì)的最小單位。而育種，就是篩選不同的基因，然后組合在一起。

從野生稻到馴化后的水稻，上萬年的馴化過程中，累積出一個金礦一樣的水稻基因?qū)殠臁?

為了讓這門“藝術(shù)”更加精湛，羅利軍帶領(lǐng)團隊搭建了全球最大的水稻功能基因資源庫。歷時20年，他們在全球范圍內(nèi)收集保存和評價水稻種質(zhì)資源，建立了國內(nèi)領(lǐng)先、國際先進的“一庫三系統(tǒng)”的種質(zhì)資源保護和利用體系，實現(xiàn)種質(zhì)資源庫全程信息化可追溯管理。他們將全球93個科，360個種，總共23萬余份種質(zhì)資源收集至上海。在高稈和矮稈、糯性和非糯性、抗倒伏和易倒伏等各類性狀中，篩選最適合中國土地上耕種的、能夠提高產(chǎn)量的種質(zhì)資源。

羅利軍致力于挖掘不同的高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、抗旱、抗病、抗蟲等基因，在此基礎(chǔ)上進行創(chuàng)新：研究抗旱機理，進一步提高相關(guān)品種的抗旱性；把產(chǎn)量要做得像超級稻那么高；改善在種植過程中的整套栽培技術(shù)，提高抗病蟲害的能力；改良米質(zhì)，以適應(yīng)不同地區(qū)人民的愛好。

“最后一步必須要到田里去?！绷_利軍強調(diào)，“在實驗室里，它看上去很好，但這跟田間實際環(huán)境完全是兩碼事?！薄捌贩N不好的話，老百姓會罵你的。”

羅利軍和他的團隊還設(shè)立了“1522”發(fā)展目標(biāo)：要在國內(nèi)實現(xiàn)新增水稻種植面積1億畝，增產(chǎn)500億公斤，減少200億噸水稻生產(chǎn)用水，減少200億公斤二氧化碳當(dāng)量的碳排放。

他辦公室的墻上掛著一幅書法作品：大稻自然。羅利軍的聲音溫和、堅定。他帶領(lǐng)著團隊在金色的稻田里一往無前。