“十三五”十大農業科技標誌性成果
返回來稿:農民日報 -紫鑫生物        2020/12/3        浏览次数:470

核心提示:回顧“十三五”,我國農業科技基礎前沿研究取得一系列重大突破,推動農業產業發生一系列重大變革,對農業農村經濟社會發展做出一系列重大貢獻。農業農村部從2018、2019年公開發布的中國農業科學重大進展、中國農業農村重大新技術新產品新裝備、十大引領性技術以及獲得國家科技獎勵一、二等獎的成果中,遴選出了10項重大標誌性成果,讓我們一睹爲快。

編者按:實現鄉村全面振興和農業農村現代化,科技是根本性決定性力量。“十三五”期間,我國農業現代化建設取得明顯進展,糧食實現歷史性“十六連豐”,果菜茶肉蛋魚等產量穩居世界第一,這其中科技發揮了重要的支撐保障作用。

回顧“十三五”,我國農業科技基礎前沿研究取得一系列重大突破,推動農業產業發生一系列重大變革,對農業農村經濟社會發展做出一系列重大貢獻。農業農村部從2018、2019年公開發布的中國農業科學重大進展、中國農業農村重大新技術新產品新裝備、十大引領性技術以及獲得國家科技獎勵一、二等獎的成果中,遴選出了10項重大標誌性成果,讓我們一睹爲快。

水稻基因组学研究及应用国际领先

進入二十一世紀,隨着全球化、市場化農業產業發展和全球貿易一體化格局的逐步形成,我國種業正面臨前所未有的嚴峻挑戰,主要表現在:依靠傳統育種技術難以大幅度提高糧食單產;土地資源短缺、農業環境污染日益突出;種質資源發掘、基因組育種技術亟需創新等。水稻不僅是重要的糧食作物,由於其基因組較小且與其他禾本科作物基因組存在共線性,以及具有成熟的高效遺傳轉化體系,已成爲作物功能基因組研究的模式植物。水稻功能基因組研究的成果將輻射和帶動其他作物功能基因組研究,引領作物現代育種的技術前沿。

我國通過連續四個“五年科技計劃”設置重大專項資助水稻功能基因組研究,業已建成較爲完備的功能基因組研究平臺,包括大型的突變體資源、全長cDNA文庫、全基因組表達譜芯片、高密度基因型圖譜關聯分析、高通量表型組、代謝組及全球首張高密度育種芯片等研究與應用平臺。2016年啓動的國家重點研發計劃“水稻功能基因組研究與應用”項目進一步拓展功能基因組研究平臺,重點剖析重要農藝性狀形成的分子調控網絡,並將其應用於水稻品種的分子遺傳改良,主要研究成果包括:水稻重要農藝性狀形成的分子網絡解析;水稻生物信息分析平臺的完善;水稻高分辨率三維基因組圖譜的繪製;種質資源創新及基因組育種芯片的研發。

回顧我國水稻功能基因組研究歷程,我國水稻功能基因組研究領域全面佈局,繪製了多個代表性水稻品種的基因組精細圖譜,完成超過5000份水稻品種的變異組圖譜,在水稻功能基因組技術、資源與信息平臺的構建,重要基因的分離克隆和功能鑑定,產量、品質、抗逆、營養高效等重要農藝性狀的功能基因組等方面取得了一批顯著的成果。相關研究成果發表在國際最高水平的學術刊物上,提升了我國種業創新能力以及與國際種業巨頭競爭的實力,確立了我國水稻功能基因組研究整體水平的國際領先地位。

H7N9禽流感疫苗研发成功并大规模应用

2013年3月至2017年9月,H7N9病毒在我國連續引起五波次人流感疫情,對人類健康構成嚴重威脅。在每一波人H7N9疫情中,人們因爲恐懼而拒絕食用禽肉及禽蛋,致使大量禽產品被銷燬,每年給養禽業造成600億元至800億元人民幣的經濟損失,嚴重阻礙養禽業發展。中國農業科學院哈爾濱獸醫研究所陳化蘭院士研究團隊緊緊圍繞H7N9病毒防控的國家重大需求開展持續研究,在科學認知和防控H7N9病毒中取得了一系列原創發現和重大成果。

2013年春季,我國出現人感染H7N9病毒並死亡的公共衛生事件後,陳化蘭院士研究團隊依託國家禽流感參考實驗室研究平臺,立即在家禽中深入開展H7N9病毒的溯源工作,進一步研究發現,新出現的高致病性H7N9病毒進化迅速,通過基因重組產生多種基因型病毒,使部分毒株對鴨和哺乳動物致病力增強,更重要的是該病毒在人體內複製後可突變爲對人高度致死、且有可能高效傳播的病毒,對公共衛生蘊藏更大風險。這些原創發現爲從家禽源頭徹底控制人H7N9流感疫情的提供了科學依據。

爲有效從家禽源頭控制H7N9病毒,中國農業科學院哈爾濱獸醫研究所陳化蘭院士團隊利用成熟的疫苗研發平臺,及時創制出重組禽流感病毒(H5+H7)二價滅活疫苗(H5N1Re-8株+H7N9H7-Re1株)。並開始在我國10家高致病性禽流感疫苗定點生產企業轉化生產和應用,獲得國家一類新獸藥證書一項,相關產品近三年累計生產銷售171.58億毫升,銷售收入33.25億元,累計在家禽中應用363億羽份。

疫苗在家禽中應用後,極大地降低了H7N9病毒在家禽中的流行和傳播,更重要的是,疫苗的應用在阻斷人感染H7N9病毒中發揮了“立竿見影”的效果。完全消除了人們對人H7N9疫情的擔憂,禽蛋產品消費信心恢復,每年爲養禽業挽回600~800億的經濟損失,產生巨大的社會經濟效益,取得了舉世矚目的防疫成就。我國H7N9流感的成功防控已成爲從動物源頭控制人獸共患傳染病的典範。該項成果入選2019中國農業科學重大進展。

猪病毒性腹泻三联活疫苗研发成功并应用

我國是世界第一養豬大國和豬肉消費第一大國。“糧豬安天下”,生豬產業事關國計民生。豬傳染性胃腸炎病毒、豬流行性腹瀉病毒和豬輪狀病毒感染是哺乳仔豬死亡的“第一殺手”,尤其是7日齡以內仔豬感染後死亡率可高達100%,每年經濟損失超過100億元。

我國科研人員歷經12年科學攻關,發明了我國首個安全、高效的豬傳染性胃腸炎、豬流行性腹瀉、豬輪狀病毒三聯活疫苗(以下簡稱豬病毒性腹瀉三聯活疫苗),填補了我國無豬輪狀病毒疫苗及豬病毒性腹瀉聯苗可用的空白,實現了一針同時預防三種重大疫病的“一箭三雕”效果。該疫苗對所有豬隻均安全,可用於所有豬隻的免疫,具有針對性強(針對混合感染及豬輪狀病毒優勢基因型G5型)、免疫效果好和適用範圍廣的優點,對單一感染與混合感染均有效。該疫苗於2014年獲得國家二類新獸藥註冊證書,爲國內率先創制成功,是目前我國唯一預防三種病毒混合感染及豬輪狀病毒感染的疫苗,同時也是世界上僅有的兩個三聯活疫苗之一。該產品累計推廣應用超過6000餘萬頭母豬,爲我國生豬產業健康發展做出了重要貢獻。

建立了豬病毒性腹瀉分子流行病學研究技術平臺,明確了我國豬隻腹瀉的主要病原及其混合感染情況,確定了豬輪狀病毒流行毒株的優勢基因型,爲疫苗候選株的篩選及疫苗研發策略提供了強有力的科學依據。創立了獨特的豬腹瀉病毒致弱技術體系,通過篩選敏感傳代細胞系,確定了病毒分離用最佳細胞系,成功解決了豬腹瀉病毒難以適應細胞的難題。在病毒體外傳代致弱過程中結合5-6次固相病毒蝕斑克隆,優選出了安全且免疫原性好的克隆株,並通過未吃初乳仔豬交替傳代保持弱毒株良好免疫原性,解決了傳代致弱過程中弱毒株免疫原性減弱或喪失的關鍵問題。解析了三種病毒強、弱毒株的全基因組序列,發現了豬傳染性胃腸炎病毒和豬流行性腹瀉病毒強、弱毒株具有獨特的分子標記,爲強、弱毒株的鑑別診斷提供了科學依據。

玉米籽粒机收新品种及配套技术体系集成应用

攻克了宜機收品種選育、收穫時籽粒破碎率高等技術難題,集成了從病蟲害防治到專用聯合收穫機械的綜合解決方案,使我國玉米籽粒機收新品種推廣面積從“十二五”末的零星起步,發展到2019年的2000多萬畝,實現了育種目標和生產方式的變革。2018年至今,“玉米籽粒低破碎機械直收技術”連續三年作爲全國十大引領性農業技術,經過持續聯合攻關、技術集成和示範推廣,取得了顯著效果。

配“三良”。良種、良技和良機是玉米籽粒機收的三大支柱,是良種良法結合、農機農藝配套的具體體現。選育了京農科728、鄭源玉432等耐密、抗倒、適應籽粒機械收穫的玉米品種32個。科學施肥、化控降高、防控病蟲。圍繞破碎率低,不跑糧的要求,研發適合玉米籽粒收穫的機型。提“三度”。提高種植密度、出苗整齊度和籽粒成熟度是提高玉米產量和實施玉米籽粒機收的主要途徑。開展最適種植密度、種植模式和行間距的理論研究和試驗示範,不斷實現增密高產。在增加密度的前提下,株高、穗位高、穗長、穗粗、穗行數、行粒數等整齊度不斷提高,同時對種子質量和播種質量要求更高,玉米田間整齊度不斷提高。篩選應用早熟脫水快品種,配套玉米適時晚收技術,延長灌漿時間,增加光照和日曬時間,不斷提高玉米田間成熟度。降“三率”。降低玉米籽粒含水率、機收破碎率和田間損失率是玉米收穫效率和質量的必要條件。通過品種選育和農藝措施,收穫時籽粒含水率明顯降低。通過改變收穫機械滾筒脫粒元件和凹板結構、降低滾筒轉速等措施實現柔性脫水,破碎率進一步降低。根據橫軸流和縱軸流兩種不同形式和作業條件變化,不斷加強機具選型和改進熟化,規範技術參數,降低收穫損失率。

2019年我國玉米機械粒收技術推廣面積達到2095.9萬畝。玉米籽粒低破碎機收比果穗機收節約成本15%,降低糧損6%左右,提升品質等級1級以上,畝節本增效150元左右,相當於每斤降低成本0.1-0.15元。同時,將秸稈直接粉碎還田,有利於培肥地力,減少碳排放,具有巨大的生態價值。

油菜生产全程机械化取得重大进展

油菜是我國最主要和最具發展潛力的油料作物,發展綠色優質高效油菜產業是緩解日益緊張的食用油供給矛盾、保障國家食用油安全的迫切需要。“油菜全程機械化高產高效技術研究與示範”主要針對我國油菜機械化生產程度低和技術集成度差的瓶頸問題,在對品種、栽培、土肥、植保和機械等單項技術原始創新的基礎上,再進行技術、產品和裝備的集成創新和中試熟化,形成全程機械化高產高效技術模式,並向農業主管部門和農民進行示範推廣,實現了油菜生產種、管、收的全程機械化和高產高效的目標。

以全程機械化高產高效爲目標,進行一體化設計,力求品種、種管技術和農機裝備三融合,在此基礎上對品種、栽培、土肥、植保和機械等全生產鏈的各項關鍵技術進行重點攻關和突破;以全程機械化高產高效生產爲核心進行鏈式集成創新,從播種、產中管理、收穫等環節均實現機械化,爲油菜全程機械化生產提供了全生產鏈的技術支撐;集成創新與展示示範相結合,提升對產業的實際影響力和帶動力。

油菜全程機械化高產高效生產技術研究與示範一共集成了9項核心技術。即:土壤適墒管理技術。適宜機械化收穫的油菜品種。密度調控技術。緩控釋全營養一次施肥技術。聯合機械播種技術。芽前封閉除草技術。“一促四防”技術。機械收穫技術。秸稈(菌核)腐解技術。

爲充分發揮體系對產業的技術支撐和引領作用,以“三高”(高產、高抗、高效)、“五化”(機械化、輕簡化、集成化、規模化、標準化)爲目標,油菜體系在全國主產區積極開展了可複製、可推廣的油菜全程機械化高產高效生產模式創建和示範推廣工作,推廣面積累計超過1億畝,節本增效300億元以上。全國油菜耕種收綜合機械化水平從2007年不足20%提高到2018年53.6%,油菜機械化作業性能指標達到國際先進水平。爲我國油菜生產全面實現機械化奠定了良好的工作基礎。

转基因玉米大豆新品种培育成功

玉米是我國重要的糧飼兼用作物,也是我國糧食安全的重要保障。蟲害和草害嚴重危害了玉米的產量和品質,蟲蛀玉米易受真菌侵染,產生的真菌毒素危害人畜健康,影響倉儲質量。

2008年以來,我國轉基因重大專項取得了重大進展,在抗蟲耐除草劑玉米研發方面,培育了瑞豐125、DBN9936、DBN9858、2A-7、CM8101和CC-2等一批具有產業化前景的抗蟲、耐除草劑轉基因玉米。其中,瑞豐125、DBN9936、DBN9858已經獲得生產應用安全證書,2A-7、CM8101和CC-2已經提交生產應用安全證書申請。專項後續還會有抗旱玉米、養分高效玉米等轉基因玉米等一系列新產品問世,這些成果可以顯著提高玉米產量和籽粒。

超级稻亩产突破1000公斤

超級稻是指採用理想株型塑造與雜種優勢利用相結合的技術路線等途徑育成的產量潛力大、配套超高產栽培技術後比現有水稻品種在產量上有大幅度提高、併兼顧品質與抗性的水稻新品種。農業農村部對產量、品質、抗性及面積等均達到指標的品種確認爲“超級稻”品種。全國水稻研究推廣優勢力量按照農業農村部部署要求,加強自主創新,強化聯合協作,在超級稻育種理論方法創新、育種材料創制、重大品種培育、配套技術集成等方面取得了重大突破,江蘇、浙江、湖南等地實現多年小面積畝產突破1000公斤。

品種選育取得新突破。挖掘了一批優質、抗病、高耐(冷、熱、鹽、旱、淹)、養分高效、籽粒低積累重金屬與高富集有益元素等遺傳調控新基因。創制了華佔、春江12等一大批不育系、恢復系,選育了一大批產量高、品質好、抗性強、適應性廣並在生產中大範圍推廣應用的超級稻新品種。

優質高產取得新進展。從品種特性選育和配套技術集成上發力,力求實現優質高產的協調統一。近年來新確認的超級稻品種優質率佔比高達81%,品種優質化率得到全面提升,適口性進一步改善。

融合發展取得新成效。超級稻以品種爲核心,強化栽培技術配套,與單項栽培技術、農機作業技術實現融合發展。研製了“水稻工廠化育秧精密播種流水線”等9大系列機具與成套設備,極大提高了超級稻生產全程機械化水平。

示範推廣取得新跨越。截至2019年底,全國超級稻累計種植16.1億畝,實現了超級稻的大跨越、大發展。2019年全國水稻單產470.6公斤,較2015年提高11.1公斤。與常規水稻品種相比,超級稻畝均增產66.3公斤,扣除種子、增加肥料、農藥等的投入,畝均增收近150元,實現了增產增收的協調統一,對於引導水稻種植品種更新換代發揮了重要作用。超級稻成爲農業科技自主創新的典範和協同攻關的標杆,爲保障我國及世界糧食安全發揮了重要作用。“袁隆平雜交水稻創新團隊”榮獲2017年度國家科學技術進步獎——創新團隊獎。

目前,我國生產中所用的是非轉基因大豆,常常因除草劑的除草效果差、殘留時間長,使大豆減產,並嚴重影響輪作倒茬,造成大豆生產成本高、經濟效益低,影響了農民種植大豆的積極性。在轉基因重大專項支持下,我國科研單位和種業公司通過創新大豆遺傳轉化技術,突破大豆轉化難關,將自主產權基因分別轉入大豆,在國內首次培育出高耐草甘膦除草劑大豆,中黃6106和SHZD3201獲得生產應用安全證書,DBN-09004-6獲得阿根廷種植許可。三個耐草甘膦轉基因大豆分子特徵明確,其應用及特異性檢測已申請獲得國內和國際專利。環境安全和食用安全評價結果表明,轉基因大豆與非轉基因大豆具有同等的安全性,環境風險可控。利用耐草甘膦轉基因大豆與不同大豆生態區的主栽品種雜交和回交,培育出高耐草甘膦除草劑且綜合性狀優良的系列新品系,經過全國農技推廣服務中心組織的第三方鑑定和多點綜合農藝性狀測試,篩選出可耐受4倍草甘膦且綜合性狀超過非轉基因大豆國家區試對照的優良品系。這些新品系農藝性狀突出,田間大面積展示效果良好,爲國產耐除草劑轉基因大豆產業奠定了堅實的物質基礎。

黃瓜番茄白菜等蔬菜基因組學研究利用國際領先

我國是世界上最早使用第二代測序技術開展蔬菜基因組研究的國家,中國農科院、北京農林科學院、中科院遺傳所和華中農大等優勢團隊合作,先後繪製完成了黃瓜、番茄、西瓜、大白菜、甘藍等蔬菜作物的全基因組序列圖譜和變異圖譜,在國際上處於領跑地位。在利用組學大數據挖掘重要農藝性狀基因方面,我國也與世界先進處於同一水平,克隆了控制果實品質與調控、株型建成、開花時間、抗病抗逆等重要性狀的上百個重要基因。

中國農業科學院黃三文團隊是國際蔬菜基因組研究領域的領先團隊,組織了多個蔬菜基因組的國際合作計劃,繪製了第一個蔬菜作物-黃瓜的基因組圖譜,發現了黃瓜、番茄和甜瓜等作物馴化和種羣分化的遺傳基礎,奠定了國際蔬菜基因組研究的基礎,確立了我國在這一領域的國際領先地位,爲蔬菜育種創造了新理論框架和選擇工具。通過大規模品嚐實驗、化學分析和基因組分析,發現了決定番茄風味的33種重要代謝物和49個關鍵遺傳位點,爲培育美味番茄提供瞭解決方案。共發表SCI論文100餘篇,SCI他引1萬餘次,研究成果入選2017年、2018年中國農業科學重大進展。

中國農科院蔬菜所顧興芳團隊常年從事黃瓜育種工作,創制出聚合5-6個優質性狀和抗5-10種病害的自交系12個;培育出新一代保護地、露地等不同生態型的突破性新品種8個。新品種在全國累計推廣1187.9萬畝,新增效益91.61億元。爲推動黃瓜育種技術變革和蔬菜產業發展做出了重要貢獻。

華中農大葉志彪團隊在國際上首次研發出原創性的分子標記22個,首創番茄高通量分子標記基因分型系統,建立了高效的番種質資源綜合評價技術體系,創制新種質達572份。利用高效的分子標記輔助育種技術和創制的優異育種材料,育成了聚合多種抗性、品質優良的番茄新品種10個。育成的“華番12”是國際上首個兼抗青枯病和黃化曲葉病毒病的大果番茄品種。新品種累計推廣面積1230萬畝,新增產值165.7億元,其中近3年推廣面積768萬畝,新增產值105.3億元,經濟、社會和生態效益顯著。

寒地早粳稻优质高产多抗新品种国际领先

寒地早粳稻區是世界第一大粳稻區,水稻種植面積7000多萬畝,約佔全國粳稻面積的50%,畝產465公斤,總產3200多萬噸,是我國重要商品糧基地,對保障國家糧食安全意義重大。然而該稻作區生態條件特殊,種植品種爲寒地早粳稻生態型,存在着生育期短難創高產、稻瘟病和低溫冷害頻發難以穩產、優異種質資源匱乏、育種理論與技術體系不完善等問題,導致日本品種長時間占主導地位,嚴重威脅着我國的糧食安全。該項目組在國家863和省部重點計劃支持下,從新品種選育、關鍵優異種質創新、育種理論探索與技術體系創建與完善等方面歷經20多年研究,取得了突破性成果。

首次提出“寒地早粳稻早期繁茂多抗新株型”理論,創建完善了具有獨特性的寒地早粳稻育種技術體系,解決了寒地早粳稻理論與技術體系不完善的問題,爲寒地早粳稻育種開闢了一條新途徑。提出“一早三抗”寒地早粳稻株型育種理論,創新出寒地早粳稻早期繁茂多抗新株型,在育種實踐中發揮了關鍵性指導作用,引領了寒地早粳稻株型育種的航向;創新出“雙態雙層”花葯培養技術,提高了花葯培養力和育種選擇效率;創新出“三增一減”產量選擇技術,注重個體與羣體的協調,使羣體產量達到最大;創新抗病耐冷同圃鑑定的“二圃合一”抗逆性鑑定技術,提高了“雙抗”材料鑑定的穩定性和準確性。創建完善了具有獨特性的寒地早粳稻育種理論與技術體系,解決了寒地早粳稻育種理論與技術不完善問題,實現了高產與理想株型的結合,爲寒地早粳稻育種開闢了一條新途徑,對水稻遺傳育種學科的發展起到了重要推動作用。

該項研究育成的品種在黑龍江、吉林、內蒙古、新疆等省(自治區)累計推廣面積1.46億畝,新增利潤206.1億元。該項目技術難度大、系統性強、創新性突出、社會經濟效益巨大,達到國際同類研究領先水平,極大地推動了寒地早粳稻產業的發展,爲提升粳稻育種水平、保障國家糧食安全做出了重大貢獻。

冬小麦节水新品种与配套技术集成应用

華北麥區是我國小麥主產區,也是我國優質小麥的優勢產區。華北麥區因氣候乾燥,水資源缺乏是小麥生產主要限制因素。2008-2009年冬春之交,華北、黃淮等地降水量較常年同期偏少7-9成,小麥受旱1.19億畝,嚴重受旱麥田一片枯黃。深入調研發現,小麥品種變了、栽培技術變了、耕作機具變了,連麥季澆水也由過去的底墒水、越冬水、返青水、拔節水、開花水、灌漿水或麥黃水等6-7次,減少到只澆底墒水或越冬水、拔節水等2-3次。綜合技術的變革不僅提升了小麥生產性能,也明顯減輕了麥季乾旱少雨的威脅。小麥體系育種專家培育出系列節水高效型品種,突破了優質品種不節水,節水品種不增產的技術難題。“冬小麥節水高產新品種選育方法及育成品種”,2011年獲國家科技進步獎二等獎。

同一品種在不同栽培技術下的差異也很大,優良品種水分利用效率的實現需要節水栽培技術的配套應用。我國北方麥田節水栽培技術對水分利用效率的調控範圍爲1.2-2kg/m3。從理論上推算:在產量相同時,水分利用效率達到2的麥田比水分利用效率達到1.2的麥田可減少耗水40%;或者耗水量相同時,水分利用效率爲2的麥田比水分利用效率達到1.2的麥田可增產66%。小麥體系栽培專家建立的“冬小麥節水省肥高產技術”和“西北旱地小麥蓄水保墒與監控施肥技術”,連年被農業農村部推薦爲全國農業主推技術,爲資源節約型小麥產業發展作出了重要貢獻。

從多年生產實踐看,現有節水品種和節水栽培技術的綜合推廣應用比傳統小麥生產節省灌溉水10%-30%,平均每畝約減少灌水38m3,並維持穩產、節水、增效。當前,小麥體系栽培專家進一步針對華北地下水超採綜合治理的技術需求,深化節水技術機理研究,將季節性休耕與生育期休灌相結合,挖掘麥田種植系統的抗旱節水潛力,以科技進步支撐節水小麥生產的高效持續發展。

内容由李丽颖 孙眉整理报道

日期:2020-11-27