培育耐盐碱水稻品种难度有多大

由谢先芝团队选育的耐盐水稻新品系鲁盐稻69。

5月22日,“杂交水稻之父”、中国工程院院士、共和国勋章获得者袁隆平逝世。

最近几年,袁隆平领导组织科研攻关的项目主要有两个,一是培育超级水稻,二是培育“海水稻”。“海水稻”备受关注,今天就专门聊聊这个话题。

“海水稻”并不在海水中生长

提及“海水稻”,容易让人望文生义,以为它是能在海水中生长的稻子。其实有误。中国水稻研究所专家指出,所谓“海水稻”,实际上是指能在高含盐量的土地,比如盐碱地、滩涂上生长的一类耐盐水稻。

综观世界各地,在大江大河入海口的滩涂上,曾发现若干具有较强耐盐碱能力的野生水稻材料,在我国沿海的河口地区也有发现。不过,这些野生水稻材料普遍存在产量低、米质差等缺点,不适合作为粮食作物进行大规模推广种植。

近年来,许多国家尝试培育产量高、品质好又耐盐碱的水稻,有些国家甚至已经研究了几十年,但进展缓慢,收效甚微。

耐盐碱水稻价值几何

我国有近15亿亩盐碱地,其中山东省就有1590万亩。

科研人员经过多年试验对比发现,在盐碱地改良利用中,水稻具有其他作物无法比拟的优势,是改良利用盐碱地的首选粮食作物。它特殊的栽培模式能够降低土壤盐碱度,同时其根系具有分泌有机酸和吸收盐分的能力,进一步改良土壤结构。因此,培育高耐盐水稻并推广应用,有望成为改良利用盐碱地,保障我国粮食安全的重要选项。

然而,培育耐盐水稻新品种绝非易事。

科学研究证实,水稻耐盐性是由多基因调控的复杂性状,至今世界上仅有几例水稻耐盐基因的相关报道,并且因其效应值低,在育种中的应用效果并不理想。目前,仍需进一步发掘高耐盐的水稻种质资源,克隆高效应值耐盐基因。同时,水稻耐盐性是多基因相互作用的结果,因此水稻的耐盐调控网络极其复杂,有待进一步研究。

简而言之,水稻的耐盐性状是由多个基因调控的,调控网络复杂,有些机理至今尚不明了。

从事农作物育种的人都知道,即使某个优良性状是由一个基因控制的,要想通过常规育种方式培育出拥有这个性状的新品种,都需要几年甚至几十年的艰辛努力。而要发现、发掘多个水稻耐盐基因,或者找到、搜集具备耐盐性状的多个水稻优异种质资源,并且把这些基因、性状集聚到一个品种之中,可谓难乎其难。

选育“海水稻”的山东实践

位于湖南长沙的袁隆平团队,从2012年开始研究“海水稻”。

2017年5月7日,在山东省青岛市李沧区,青岛海水稻研究发展中心揭牌,袁隆平院士兼任中心主任,并出席揭牌仪式。据《大众日报》报道,当年在这个中心的试验基地里,试种了我国第一代“海水稻”。2017年9月28日,由国家杂交水稻工程技术研究中心等单位的30多名专家组成的测产专家组,实地挑选了灌溉用水盐度为6‰的4份试验“海水稻”进行测产。经过小区域收割、脱粒、除杂、测水分、称重环节,结果让人惊喜不已:4份亩产均超过400公斤,其中YC0045“海水稻”亩产高达620.95公斤。

随后,“海水稻”试验扩大到新疆喀什、陕西延安、黑龙江大庆、浙江温州和山东东营五大主要类型盐碱地上。2019年,全国“海水稻”试验基地扩大到9个,覆盖新疆、黑龙江、浙江、山东、陕西、河南等省份,示范种植面积近2万亩。

此前,在山东济南,山东省水稻研究所(现改名为山东省农业科学院湿地农业与生态研究所)的专家们,也已经开始了培育耐盐碱水稻的艰辛探索。2013年,组建了谢先芝博士领衔的耐盐碱水稻研究创新团队,启动了耐盐碱水稻新品种培育、水稻耐盐分子机理解析等研究工作。

2014年起,他们以常规水稻品种为受体,与筛选到的高耐盐水稻种质资源杂交,再经一系列筛选和鉴定,到2018年育成多个耐盐水稻新品系。2018年、2019年,在多处盐碱地开展耐盐新品系的试种,其中鲁盐稻69均表现优异:在多处盐碱地上,5‰盐水灌溉条件下,平均亩产超过400公斤。

2020年,继续试种。地点是位于东营的国家耐盐粳稻育种创新基地,试验田土壤全盐3‰,pH值8.1。参与试验的除了鲁盐稻69,还有鲁盐稻13、鲁盐稻34、鲁盐稻68。4个品系均于5月6日播种,6月10日人工插秧,6月20日开始浇灌3‰-5‰的微咸水,浇灌30天之后,用5‰盐水灌溉至成熟。　

当年10月11日,该研究所在国家耐盐粳稻育种创新基地,召开观摩会。记者应邀前去采访,在现场看到试验对比情况:耐盐水稻新品系生机勃勃,发育良好,稻穗沉甸甸的；而相邻地块,作对照的普通水稻,耐受不住高盐分的“折磨”,枯萎死亡了。这个耐盐能力特别强的水稻新品系,正是鲁盐稻69,是谢先芝团队选育的。

头一天下午,专家组走进试验田,现场实打测产。测产结果显示:鲁盐稻13、鲁盐稻34、鲁盐稻68、鲁盐稻69亩产量依次为472.73公斤、471.87公斤、460.32公斤、498.17公斤。专家称,这一成果在国内处于领先水平。

中国科学院东北地理与农业生态研究所研究员梁正伟介绍,在含盐量3‰以下的轻度盐化土壤中种植水稻,减产不大,可以获得较好的收成；在含盐量3‰-5‰的中度盐化土壤中种植水稻,则产量锐减；在含盐5‰以上的重度盐化土壤中种植水稻,减产严重甚至绝收。

梁正伟说,谢先芝博士主持选育的鲁盐稻69等4个粳稻新品系,插秧返青后用5‰的盐水灌溉至成熟,不仅生长良好,而且正常抽穗结实,亩产均超过460公斤,最高的接近500公斤,这是水稻耐盐高产育种的一个重大突破。

盐碱地变良田并不遥远

培育耐盐碱的水稻,并大面积推广,是袁隆平院士晚年规划的一个科研课题,一个维护国家粮食安全的梦想。

2020年4月14日,在海南省三亚崖州湾科技城,国家耐盐碱水稻技术创新中心试验现场观摩及建设推进会上,袁隆平提出明确目标:在10年内,选育出耐盐度在3‰-6‰、耐碱在pH9以上的耐盐碱水稻新品种,且年推广面积达1亿亩,平均亩产300公斤。这样每年就可增产300亿公斤粮食。

斯人已去,目标犹在。

如今,我国多个科研团队正开足马力,培育耐盐碱水稻新品种,完善配套栽培与植保技术措施,试验示范推广。有理由相信,距离实现这一目标的日子,不会太久。