种子是农业的"芯片",其战略地位日益凸显。
面对新时期粮食安全、生态安全和农业可持续发展的重大战略需求,中国科学院于2019年11月启动了A类先导专项"种子精准设计与创造",联合院内外30家优势单位开展协同攻关。
该专项聚焦水稻、小麦等主要农作物和鱼等动物品种创制,六年来已在育种理论、关键技术和品种创新方面取得显著成效。
长期以来,传统育种存在周期长、成功率低、效率不高等问题。
为此,种子专项首席科学家李家洋院士创建了精准设计育种新范式,通过系统性、层次化的科学方法论,将育种工作从经验驱动转变为理论指导。
这一转变的核心是建立起科学的决策体系,确保每一步选择都有明确的目标和充分的理论支撑。
"五选一定"方法论是这一新范式的具体体现。
其中,"五选"涵盖了育种工作的全链条决策。
首先是选区域,任何农作物品种都受到区域环境因素的制约,包括气候、土壤、病虫害生态等因素,这些因素直接影响品种的适应性和表现。
其次是选目标,根据不同区域的主要生产问题,明确育种的主要方向,可能是高产、优质、高效、抗病、抗虫或对特定土壤环境的适应性。
再次是选性状,这一步要求将宏观目标分解为具体的农艺性状指标,例如在追求高产时,需要明确理想株型应以株高、分蘖数目、分蘖角度中的哪些要素为重点。
第四步是选基因,在明确目标性状后,需要找到决定这些性状的关键基因,特别是具有主效作用的基因。
第五步是选亲本,由于许多突破性品种需要通过杂交实现,选择含有更多目标基因的优良亲本就显得至关重要,这样才能通过杂交快速有效地聚合优异基因。
完成"五选"之后的"一定"是定路径。
这一步要求制定具体的实施方案,包括亲本杂交的先后顺序、方式方法等,明确最优路径以减少试错成本,从而高效率地培育出突破性的重大优异新品种。
这一完整的方法体系充分体现了现代育种学的科学性和系统性。
六年的实践表明,这一新范式已经显示出强大的指导作用。
种子专项通过创建精准设计育种新范式,在水稻、小麦等主要粮食作物和重要动物品种创制方面实现了全链条突破,涌现出一批具有国际竞争力的重大创新成果。
这些成果不仅提升了中国种业的自主创新能力,也为保障国家粮食安全提供了有力的科技支撑。
展望未来,种子专项在"十五五"期间将进一步聚焦高产、优质的重大品种创制研究,深化基础理论前沿和关键核心技术突破。
特别是在智能品种智慧创造方面,将进一步发挥中国科学院的科技优势,推动中国育种水平实现国际引领,为世界种业发展贡献中国力量。
种业的竞争,本质上是科技创新能力与产业组织能力的竞争。
把育种从“靠经验摸索”推进到“按路径设计”,不仅关乎一两个品种的成功,更关乎国家粮食安全的确定性与农业绿色转型的可持续性。
以“五选一定”为方法论牵引,持续夯实基础研究、关键技术和优异种质三大底座,方能在复杂多变的外部环境中增强主动权,让更多经得起区域考验、市场检验和气候挑战的重大新品种走向田间地头。