生物育种是指利用遗传学、细胞生物学、现代生物工程技术等方法原理,通过转基因、基因编辑、全基因组选择和合成生物学等技术培育生物新品种的过程。生物育种技术体现着当代生物科学研究的最新成果及应用,是发展现代种业、解决粮食安全问题的重要工具。

我国生物育种发展面临着怎样的挑战？端牢″中国饭碗″,生物育种技术将发挥哪些作用？中国农业科学院生物技术研究所副研究员柳小庆对此进行解读。

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我国生物育种产业链还需进一步升级

″从技术层面分析,我们现有的育种技术,对某些性状的培育,比如产量、抗逆性等,已经达到瓶颈,如果不用新技术参与突破,我们种业整体竞争力的提升就会比较缓慢。″柳小庆举例说,现在的育种中,抗病虫害和抗耐除草剂这两个性状,如果不使用转基因技术,传统育种是难以获得的,所以必须要应用新技术去和传统综合育种技术进行融合,才能进一步提升我们种业的竞争力。

柳小庆从两方面分析我国生物育种产业链的发展情况：第一,从企业层面来讲,目前我们的种业企业总体呈现小而多、研发能力较不足,面对国际大型种业公司竞争力不够的情况。第二,从科研院校来讲,虽然鉴于我国体制特点,科研院校的研发能力很强,传统育种中很多经典品种都是来自科研院校。但科研院校的不足之处在于相当一部分品种培育出来后,没有真正投入规模种植,因此科研院校的转化能力、转化效率需要进一步提高。

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生物育种融合信息技术,打造″理想株型″

当前,我国正在进行第三次种质资源调查,这与生物育种有怎样的关系呢？柳小庆解释,不管是基因编辑还是重组,最重要的是对基因进行操作,如果我们连拥有哪些作物优质基因,或者这些基因的具体功能都调查不清楚,就是″巧妇难为无米之炊″,所以种质资源调查,其实就是给科研工作者提供一个良好的平台支撑。比如某些种子里面有很好的资源,那我们把基因转到现有的主宰品种里面去；或者说某个基因容易感病,我们可在了解后通过基因编辑技术把它编辑掉,这样我们主宰品种的抗病能力就可获得提升。

世界种业经历了原始驯化选育、常规育种、分子育种。近年来,基因编辑、新一代测序等新型生物技术与图像识别、机器学习等信息技术融合,已推动育种技术进入了″生物技术+信息技术+人工智能″的育种″4.0时代″。″十四五″规划《纲要》明确提出,推动生物技术和信息技术融合创新。对此,柳小庆表示,当今生物学领域诞生出新兴的″生物信息学″,可依靠信息技术作大数据分析,把有用的数据进行提取分类,为研究提供指导。在获得海量基因信息后,从中可将优质基因提取出来构造″理想株型″,为预测好的品种提供强大支撑。

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面对食品消费更高层次的期待,生物育种能做什么？

不久前,国家发展和改革委印发《″十四五″生物经济发展规划》,提出顺应″解决温饱″转向″营养多元″的新趋势,发展面向农业现代化的生物农业,满足人民群众对食品消费更高层次的新期待。对此,生物育种技术如何提供支持？

柳小庆介绍,目前我国试点的转基因大豆和玉米,主要是抗逆和耐除草剂,这两个性状主要是为简化农业生产、保产稳产服务的。对于营养多元这方面的需求,我个人理解为生物育种的第二代产品,比如国内有团队通过基因编辑技术去编辑水稻里面的一个基因,培育出吸收铬比较低或者不吸收铬的水稻,对我们人体健康大有好处。再比如,华南农大的刘耀光院士,通过生物育种技术让水稻积累花青素。花青素作为保健品常含有的成分,可以为我们健康提供助益,而花青素水稻通过吃饭就可完成保健,不再需要额外补充。

″我本人目前在做的研究也是培育富含花青素和虾青素的玉米,其中虾青素抗氧化能力更强,对于玉米的营养附加值也会更高。″柳小庆说,生物育种技术可以让作物获得多个性状,也就是说我们既可以提升作物抗逆性又能够赋予它更多的营养价值,既提升农产品的″质″又提升″量″。