水稻是世界上最主要的糧食作物之一，20世紀(jì)后半葉，以袁隆平院士為標(biāo)志，我國(guó)水稻育種曾取得舉世矚目的成就，之后又面臨著高產(chǎn)徘徊的局面。
目前，探索新的水稻育種技術(shù)途徑有許多，多倍體育種是其中之一。2015年4月，袁隆平院士評(píng)論稱：“水稻今后要取得大幅度增產(chǎn)突破，多倍體水稻的應(yīng)用前景十分廣闊?！?/p>
9月13日，湖北大學(xué)聯(lián)合武漢市農(nóng)科院、武漢多倍體生物科技公司舉辦新聞發(fā)布會(huì)稱，湖北大學(xué)二級(jí)教授、多倍體水稻育種專家蔡得田為首的研究團(tuán)隊(duì)歷經(jīng)近20年研究，實(shí)現(xiàn)了多倍體水稻育種的重大技術(shù)突破，大而優(yōu)的“胖”米有望3到5年內(nèi)端上市民餐桌。
上圖為蔡得田教授
9月24日、25日，全國(guó)多倍體生物育種學(xué)術(shù)研討會(huì)在湖北大學(xué)召開，中國(guó)工程院院士、國(guó)家雜交水稻工程技術(shù)研究中心負(fù)責(zé)人袁隆平，中國(guó)科學(xué)院院士、福建省農(nóng)科院教授謝華安，中國(guó)工程院院士、武漢大學(xué)教授朱英國(guó)等國(guó)內(nèi)生物育種界權(quán)威專家齊聚湖北大學(xué)，聚焦多倍體生物育種與創(chuàng)新。
創(chuàng)新成果：多倍體水稻育種取得重大突破 引領(lǐng)國(guó)際多倍體水稻研發(fā)
1999年，蔡得田教授和袁隆平院士、湖北省農(nóng)科院盧興桂研究員，在多年研究實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，在我國(guó)最先提出了多倍體育種新戰(zhàn)略：利用遠(yuǎn)緣雜交和多倍體雙重優(yōu)勢(shì)進(jìn)行育種，在雜交產(chǎn)量達(dá)到極限條件下，實(shí)現(xiàn)水稻產(chǎn)量和質(zhì)量的倍數(shù)提高。該戰(zhàn)略的基本原理是：“超級(jí)稻”（即雜交水稻）同普通水稻均為二倍體，但在“超級(jí)稻”的優(yōu)勢(shì)基礎(chǔ)上，運(yùn)用多倍體技術(shù)培育多倍體水稻，就可以在“超級(jí)稻”產(chǎn)量達(dá)到極限的條件下，實(shí)現(xiàn)水稻產(chǎn)量和質(zhì)量的倍數(shù)提高。2001年，三人將這一水稻育種新戰(zhàn)略寫成著作共同署名發(fā)表，并于2002年獲國(guó)家發(fā)明專利授權(quán)。
多倍體指的是個(gè)體細(xì)胞中含有3套或3套以上的染色體。目前普遍種植的水稻，包括超級(jí)雜交水稻，都是二倍體，即2套染色體，而多倍體水稻植株發(fā)育高大粗壯，穗大粒大，比二倍體水稻重3/5以上，有米質(zhì)優(yōu)，抗逆性強(qiáng)，增產(chǎn)幅度大等優(yōu)點(diǎn)。
“不同于轉(zhuǎn)基因，形成多倍體是植物進(jìn)化的趨勢(shì)”，蔡得田介紹，在自然界中，許多農(nóng)作物及果樹、樹木為多倍體，如小麥、棉花、花生、煙草、甘薯、馬鈴薯、香蕉等均為天然的多倍體植物，而巨峰類四倍體葡萄、小黑麥、三倍體無(wú)籽西瓜等是人工合成的多倍體物種，在生產(chǎn)上得到廣泛利用。多倍體水稻能比二倍體雜交水稻增產(chǎn)10%至15%。
2015年，蔡得田團(tuán)隊(duì)選育的多倍體水稻結(jié)實(shí)率達(dá)到85%，突破了結(jié)實(shí)率低的技術(shù)瓶頸?！皥F(tuán)隊(duì)歷經(jīng)十余年，完成多倍體水稻從實(shí)驗(yàn)室到試驗(yàn)田、再到大田種植過程中一系列理論和技術(shù)難題，在國(guó)際上率先奠定了多倍體水稻育種的基礎(chǔ)理論基礎(chǔ)，建立了多倍體水稻育種的完整技術(shù)體系，將多倍體水稻育種理論成功應(yīng)用于品種選育?！?/p>
目前，該團(tuán)隊(duì)通過連續(xù)多年試驗(yàn)田種植，篩選出一大批育種新材料，其中20個(gè)品系具備進(jìn)入?yún)^(qū)域試驗(yàn)的條件，并有2個(gè)品系計(jì)劃申報(bào)省級(jí)品種區(qū)試，可進(jìn)入?yún)^(qū)域試驗(yàn)的水稻多倍體品系綜合經(jīng)濟(jì)性狀均顯示出明顯優(yōu)勢(shì)。
上圖為蔡得田教授展示培育出的多倍體水稻
“將用3年到5年的時(shí)間，完成技術(shù)‘三步走’，實(shí)現(xiàn)水稻單產(chǎn)增長(zhǎng)25%的目標(biāo)，屆時(shí)，‘又粗又大’的多倍體稻米有望端上武漢市民餐桌?！辈痰锰锝榻B。
攻關(guān)之路：做源頭創(chuàng)新的驅(qū)動(dòng)者 院士評(píng)價(jià)“國(guó)內(nèi)外領(lǐng)先水平”
“我的名字注定與水稻有一份不解之緣”，黝黑的皮膚，專注的神情，濃厚的鄉(xiāng)音，昨日，多倍體水稻育種領(lǐng)軍人、湖北大學(xué)蔡得田教授向媒體講述自己的水稻情結(jié)：因出生于1952年土改，父母給他取名“得田”以示感恩；1972年原本應(yīng)該學(xué)醫(yī)，結(jié)果被欣賞他的招生老師安排學(xué)農(nóng)學(xué)；1975年畢業(yè)后參加湖北雜交水稻協(xié)作組，見證了第一代三系雜交稻的誕生；1986年首批主持863無(wú)融合生殖水稻課題。從1999年至今，蔡得田一直專注于多倍體水稻的育種研究。
“持續(xù)學(xué)習(xí)與創(chuàng)新，尤其是做源頭創(chuàng)新的驅(qū)動(dòng)者”。1999年，美國(guó)訪問時(shí)，他讀到一篇關(guān)于化石生物倍性進(jìn)化論文而突發(fā)靈感：主要糧棉油作物是多倍體，它們都經(jīng)由二倍體進(jìn)化到多倍體后產(chǎn)量成倍增加，那么，利用遠(yuǎn)緣雜交和多倍體雙重優(yōu)勢(shì)選育超級(jí)稻的做法將具有廣闊前途。
回國(guó)后，與袁隆平院士、盧興桂研究員（湖北省農(nóng)科院，時(shí)任863生物領(lǐng)域?qū)＜椅瘑T會(huì)委員）仔細(xì)研究后，論文“二十一世紀(jì)育種新戰(zhàn)略——利用遠(yuǎn)緣雜交和多倍體化雙重優(yōu)勢(shì)進(jìn)行超級(jí)稻選育”于2001年發(fā)表于《作物學(xué)報(bào)》。由袁隆平在內(nèi)的四個(gè)院士和國(guó)內(nèi)頂尖專家組成的專家組評(píng)價(jià)其多倍體水稻研究是“原創(chuàng)性育種新途徑”、“居國(guó)內(nèi)外領(lǐng)先水平”。
多年來，在那些一株株飽滿的稻穗伴隨下，蔡得田對(duì)多倍體水稻的研究從無(wú)到有，從精到尖。2012年，湖北大學(xué)與武漢同創(chuàng)工程設(shè)備有限公司開展多倍體生物技術(shù)合作，共同成立“武漢多倍體生物科技有限公司”，蔡得田教授為公司首席科學(xué)家，共同致力于以多倍體水稻為代表的多倍體生物技術(shù)的研究與推廣應(yīng)用?！翱蒲信c市場(chǎng)結(jié)合，做到產(chǎn)學(xué)研一體化，才能真正可能通過推廣應(yīng)用多倍體水稻實(shí)現(xiàn)緩解糧食危機(jī)的目標(biāo)?！辈痰锰镎f。
在產(chǎn)學(xué)研一體化過程中，蔡得田團(tuán)隊(duì)在多倍體水稻的研究和育種上取得重大進(jìn)展，獲得5000多個(gè)多倍體水稻材料，200多個(gè)優(yōu)良品系，近10個(gè)可進(jìn)行品種區(qū)試的品系?！案鼮橹匾氖?，多倍體水稻畝產(chǎn)穩(wěn)定，結(jié)實(shí)率達(dá)到80%以上，已經(jīng)突破困擾業(yè)內(nèi)幾十年的瓶頸?！?/p>
2013年10月，袁隆平、謝華安、朱英國(guó)等三位院士在三亞觀看了多個(gè)結(jié)實(shí)率高的四倍體水稻株系后，對(duì)常規(guī)多倍體水稻品種的結(jié)實(shí)率能達(dá)到80%以上倍加贊賞，指出這是水稻育種的一個(gè)重大突破。
2015年5月，農(nóng)業(yè)部審批通過了“國(guó)家武漢多倍體水稻育種創(chuàng)新基地”。12月，科技部農(nóng)村司和農(nóng)村中心組織專家對(duì)多倍體水稻安全性進(jìn)行質(zhì)詢和研發(fā)論證，確認(rèn)多倍體水稻育種是基因組的加倍，不涉及轉(zhuǎn)基因，并建議國(guó)家在“十三五”相關(guān)科技計(jì)劃中予以支持。
2016年1月，武漢市市長(zhǎng)萬(wàn)勇批示，要用“革命性”改革財(cái)政專項(xiàng)資金的辦法支持多倍體水稻研發(fā)和“國(guó)家武漢多倍體水稻育種創(chuàng)新基地”的建設(shè)。6月，萬(wàn)勇一行參觀湖北大學(xué)蔡得田教授團(tuán)隊(duì)實(shí)驗(yàn)室，表示武漢市會(huì)繼續(xù)加大力度支持重大科學(xué)發(fā)現(xiàn)及研究課題。未來3－5年，市科技局、農(nóng)委、相關(guān)產(chǎn)業(yè)基金要為多倍體水稻研究項(xiàng)目提供有力的資金支持。
2016年9月24日，首屆全國(guó)多倍體生物育種學(xué)術(shù)研討會(huì)在湖大舉行，讓起源于湖北大學(xué)的多倍體水稻培育創(chuàng)新成果走向全國(guó)，走向世界，引領(lǐng)新的綠色革命。
研發(fā)未來：開辟水稻大規(guī)模增產(chǎn)新路徑 引領(lǐng)綠色革命
民以食為天。糧食產(chǎn)量的穩(wěn)定和質(zhì)量直接影響到一個(gè)國(guó)家的糧食安全。目前，農(nóng)藥化肥和除草劑過度施用，工業(yè)化進(jìn)程帶來的環(huán)境污染，讓不少人對(duì)食品心存畏懼。
湖北大學(xué)自上世紀(jì)70年代成立水稻激光育種課題組開始，展開水稻培育研究，多年來形成了較為成熟的早稻培育團(tuán)隊(duì)和多倍體水稻研究團(tuán)隊(duì)。以周勇、居超明、徐國(guó)成組成的早稻培育“鐵三角”，30余年來培育稻種3800余種，其中，歷經(jīng)十余年的早稻種子兩優(yōu)287，成為我國(guó)第一個(gè)稻谷品質(zhì)達(dá)到國(guó)標(biāo)一級(jí)的早稻品種，是農(nóng)業(yè)部首批確認(rèn)的超級(jí)稻品種、目前唯一的國(guó)標(biāo)一級(jí)超級(jí)早稻品種。截至目前，團(tuán)隊(duì)已獲三項(xiàng)湖北省科技成果一等獎(jiǎng)。
多倍體水稻研究團(tuán)隊(duì)在基礎(chǔ)研究階段先后獲得國(guó)家自然科學(xué)基金9項(xiàng)資助、農(nóng)業(yè)部重點(diǎn)專項(xiàng)、湖北省科技廳、武漢市農(nóng)委和武漢市科技局的各類研究項(xiàng)目資助，獲批建設(shè)武漢市農(nóng)科院國(guó)家多倍體水稻育種創(chuàng)新基地、武漢市農(nóng)科院作物研究所院士工作站及武漢市多倍體植物育種研究工程技術(shù)等幾個(gè)研發(fā)平臺(tái)。2014年8月，多倍體水稻研究獲得由科技部、農(nóng)業(yè)部等6部委組織的第二屆全國(guó)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科技創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽三等獎(jiǎng)。2015年8月，多倍體水稻研究團(tuán)隊(duì)首席專家蔡得田教授榮獲2015年3551“光谷人才計(jì)劃”、“榮譽(yù)證書”。
科學(xué)研究方興未艾。2016全國(guó)多倍體生物育種學(xué)術(shù)研討會(huì)的召開，聚焦水稻多倍體育種取得的成果，借鑒油菜、小麥、棉花等農(nóng)作物取得的成功的經(jīng)驗(yàn)，研討中國(guó)多倍體生物育種研發(fā)戰(zhàn)略、發(fā)展方向及應(yīng)用前景，籌建多倍體生物育種戰(zhàn)略聯(lián)盟，搭建協(xié)同創(chuàng)新研發(fā)平臺(tái)，以此推進(jìn)多倍體生物育種，引領(lǐng)新的綠色革命，促進(jìn)“中國(guó)種都”建設(shè)?！岸啾扼w水稻育種技術(shù)研發(fā)與推廣將開辟一條水稻大規(guī)模增產(chǎn)新途徑，不僅將改變我國(guó)糧食供給日益依賴外部市場(chǎng)的局面，還將重新奠定我國(guó)作為世界優(yōu)質(zhì)、安全水稻大國(guó)的地位?！辈梺喼拚搲芯吭簣?zhí)行副院長(zhǎng)楊希雨說。
武漢多倍體生物科技有限公司董事長(zhǎng)陳柏林介紹，武漢先后召開3次多倍體水稻項(xiàng)目專題調(diào)研、推進(jìn)會(huì)，將多倍體水稻研究納入“武漢中國(guó)種都”和生物健康產(chǎn)業(yè)予以重點(diǎn)支持。
“水稻是世界上最主要的糧食作物之一，全世界仍有8億到10億人飽受饑餓，必須不斷探索新的育種技術(shù)途徑。自2001年我與袁隆平院士一起提出了‘多倍體水稻育種’原創(chuàng)性育種新途徑以來，目前我們又解決了多倍體水稻結(jié)實(shí)率低的國(guó)際性瓶頸問題，使多倍體水稻育種成為新綠色革命的推動(dòng)者，一批特色的、高產(chǎn)多倍體水稻品種將首先在中國(guó)出現(xiàn)，以湖北—武漢為核心，擴(kuò)展全國(guó)，影響世界，使多倍體水稻引領(lǐng)綠色革命的宏愿即將成為現(xiàn)實(shí)。”稻花香里說豐年，暢談未來，蔡得田滿懷期待。
