专访中国科学院院士种康：像设计工业产品那样设计农作物品种 分子设计育种是育种未来的方向

春种一粒粟，秋收万颗子。

多少年来，我们在诗歌中抒发着农田里的浪漫，如今除了抒怀，我们还多了理性思考——新时代农业生产的要求是什么？我们到底应该如何“端牢饭碗”？

“加快推进农业农村现代化”“坚持藏粮于地、藏粮于技”“推动种业科技自立自强、种源自主可控”……《中共中央关于党的百年奋斗重大成就和历史经验的决议》指明方向。

农业要发展，种子的力量不可忽视。

党的十八大以来，我国农业现代化建设迈上新台阶，农作物种源自给率超过95%，粮食作物良种基本实现了全覆盖。

种子，不再只是小小的一粒，它蕴含了越来越多的科技元素。这十年间，我国农业生物育种技术取得了哪些成就？它又是如何服务于粮食安全的？

党的二十大召开前夕，《每日经济新闻》（以下简称“NBD”）记者专访了中国科学院院士种康，希望在他那里得到答案。

种康

嘉禾优7号的意义在于技术路线的成功

NBD：先进的生物育种技术是支撑和推动我国种业发展的基石，这十年来，在这一领域，您及团队取得了哪些进展和成就？

种康：进展主要有两个方面，一是发现了植物感知温度的感受器以及信号转导网络。

植物感知温度依靠细胞的感受器。现在，我们能够看到感受器引起的细胞里的防御反应，这也是植物为什么在一些不利环境下能够耐受胁迫的原因，这个机制从理论上讲也是很重要。

植物感知温度后，在细胞里会引起一系列信号转导，把外部环境的物理信号转换成细胞里的生化反应形成的信号途径，最后我们能够看到植物对环境耐受的表现。这应该是近十年我们团队很重要的一个研究进展，主要是在水稻和小麦上完成的。

举个例子，亚洲栽培稻有两个亚种——籼稻与粳稻，它们也是我国主要栽培稻品种。温度是影响水稻品种栽培地域的主要限制因子，粳稻耐低温，通常在东北、华北等北方地区种植；而籼稻在南方栽培，主要分布于华南热带和淮河以南的亚热带地区，其低温耐受性较弱。

虽然它们各自“地盘不同”，但南方常出现的倒春寒气候也要求籼稻具有耐寒性。我们的工作就是通过分子模块设计的方式改良水稻品种，让它遇到低温也一样能够存活，保持产量稳定。这样既可以解决现有生产区域水稻稳产问题，又有可能在高纬度地区大面积种植水稻，为粮食安全提供保障。

我们另外一个重要进展就是在应用方面。理论如何指导实际生产，这是我们国家特别强调的目标导向的基础研究。

对于我们团队而言，就是如何把研究机制和分子育种、分子设计育种结合起来，使育种技术升级换代，加快育种周期。

传统育种很重要，但是传统育种有短板，一是周期长，二是更多的依赖经验。那么如何给传统育种的技术路线升级换代？从我们的角度来讲，就得做基础理论研究。我们做了基础研究，能够指导育种，缩短原来的育种周期。

在过去的十年中，我们和钱前院士研究组合作，利用分子模块的育种理念，培育成功一个新品种——嘉禾优7号。

嘉禾优7号的重要性并不只是多培育了一个品种，它的重要性体现在技术路线上。我们以这个品种为载体告诉大家，可以用分子模块的理念，在较短的周期内，育成一个优质高产，同时又对环境温度耐受、抗病虫害的品种。

这能给传统育种的同仁们一个示范，就是可以把基础研究、把我们做的模块直接体现在品种上，而且用时很短。

我国水稻种子审定数量有较大规模增长

用分子模块设计理念使育种技术升级换代

NBD：生物育种是农业核心技术之一，我国水稻生物育种领域在全球处于什么水平，近年来还有哪些新进展？

种康：可以说我国水稻育种在国际上是处于引领地位的。大家都知道袁隆平的杂交水稻，这就是利用一种很重要的生物学现象——杂种优势。两个亲本亲缘关系越远，它的子代优势越强。对于水稻来说，我们希望得到的“优势”是什么呢？就是产量的增加。

在过去几十年里，我们在育种中追求的第一个重要性状就是产量。近些年来，我们开始考虑培育的品种是否优质，是不是“绿色”，对环境有没有影响？从这几方面来看，我认为我国都处于领先地位。

至于新的变化，最明显的是从以前强调高产优质转变到除了高产优质，还要讲绿色。“绿色”就是在生产过程中，把对环境的负面影响减到最低。

农业生产中对环境的负面影响主要是两方面：农药和化肥。如果化肥施得过多，超过了植物的吸收极限，就会排放到江河里，这就是对环境造成的污染。农药更是如此，如果不注意，会对人类健康和环境都产生很大影响。

我们现在追求既要少打农药、少施化肥，也要保证高产优质，我想这就是近些年的新变化。

NBD：生物育种技术发展经历了哪几个时期，在分子育种技术方面，您及团队开展了哪些重点研究，目前有何进展？

种康：生物育种技术大概可以分为四个阶段：第一个阶段是驯化和选择，就是从野生到栽培的过程，通常需要几千年甚至上万年的时间。比如大家餐桌上常见的黄瓜，野生黄瓜是圆的，而且有苦味，如今我们吃到的黄瓜是长条状的，并且去掉了苦味，这就是驯化的结果。

第二个阶段是杂交育种，主要是由遗传学理论指导的，即我们选择亲本，通过杂交找到性状较好的子代。

第三个阶段是分子育种，可以通过特定的办法来改变一些简单的性状，或者用分子标记的方法辅助育种。

第四个阶段叫设计育种或者分子设计育种，就是像工业产品那样去设计农作物品种，每个分子模块控制一种类型或一种性状，我们希望获得什么性状就用相应的分子模块。分子设计育种可以说是4.0版，是育种的未来方向。

我们团队的研究重点就是希望用分子模块设计的理念使育种技术升级换代。我们现在能够用这种方法成功培育出品种，就说明这个技术路线是能走通的，这是可以实现的。

粮食安全要从种子入手

NBD：粮食安全非常重要，从您的专业入手，该怎样确保我国的粮食安全？

种康：从我的专业来讲，就是要从种子入手。当你有了自主的品种，才能够实现自由生产。如果我们的品种受制于人，就等于在源头被别人卡住。一旦进入这种境地，即便种植环节的土壤条件、栽培条件等再好，也无法保证粮食安全。

那么，该怎么解决种源的问题呢？我认为要挖掘我们已有的野生资源和丰富的种质资源，同时也要加强基础研究，这是保证我国粮食持续安全、永久安全很重要的基础。

NBD：在您看来，为什么说推进草牧业是解决我国饲料粮缺口的重要途径？在牧草育种方面，如何突破品种少、质量低的瓶颈？

种康：现在我们把饲草提到了很重要的位置上，这和我国经济社会发展到现有阶段、人民群众的饮食结构发生变化紧密相关。我们不光研究人吃的粮食，还要研究牛羊吃的粮草。我国牧草、乳肉进口需求增加，国内供给不足，牧草种业是保证我国食物供应安全的上游。

在过去的30年里，我们的饮食结构发生了巨大变化，主粮摄入量降低约20%，城市居民可能更多。肉蛋占比大大增加，约增加18%，也就是说蛋白质的需求量提升了。那么问题来了，蛋白质的供应主要靠牛羊肉、奶制品、水产、畜禽等,饲料饲草是个新的大问题。

而我国粮食作物中的大豆、玉米等，很大一部分都用于饲料。当前，粮食安全的主要压力在饲料粮，促进饲料粮减量的一个重要渠道就是增加优质饲草供应，减少牛羊养殖精饲料用量。如果我们能提高饲草或牧草的品质，就可以间接解决一部分粮食问题。

目前我国牧草种业存在三大问题，一是育成品种少，二是品种环境适应性不突出，三是丰富的牧草资源未得到充分发掘。牧草育种在我国过去几十年里有长足的进步，但无论是研究队伍还是研究水平，都不能和作物育种业相比，仍停留在较低的发展阶段。

如何突破这一瓶颈，我们的基本思路是用分子育种的理念实现饲草或牧草育种的跨越式发展。用一个高的起点，吸引新一代、有现代生物学知识背景和育种学背景的年轻人加入进来，提升这个领域发展模式。

有了优质的牧草种子，我们可以用更少的草地饲养更多的牛羊。让更多的天然草原恢复生态功能，有效解决草场退化问题，种植业与草牧业的比例也能更加合理优化。这种发展模式方精云院士总结为“以小保大”模式。

NBD：您认为生态草牧业如何服务国家“生态优先、绿色发展”？

种康：生态草牧业这一概念是2015年提出来的，包括三个行业——生态、草业、畜牧业。在我看来，它的重要意义就是把“草”和“牧”用产业链结合起来，这不仅有应用上的意义，而且在指导生产方面也具有一定意义。

生态草牧业服务“生态优先、绿色发展”有很多科学问题，比如不同类型的草原适合的载畜量是多少，如果能科学地解答这个问题并指导生产，那这就是服务的一种方式。

另外，对一些退化草原，或者盐碱地等种不了粮食的土地，我们可以种草，以草通过牛羊获得我们需要的蛋白食物。利用这些土地，生产出来的草就能替代退化草原生产的牧业用草，这也是一种方式。这些都可以服务“生态优先、绿色发展”的目标。

要加大基础研究投入力度

NBD：您如何理解现代农业生态环境，在这一环境下该怎么实现农产品高质量、高产化？

种康：现代农业生态环境核心的问题就是把农业生产和生态做一个很好的平衡，不能顾此失彼。

现代农业是针对传统农业而言的，主要是指将自动化技术、网络技术、AI技术、基因组技术等应用于农业生产。不仅如此，环境保护、环境修复的一些技术也可以用于农业生产，它们可以相互促进。

经济社会发展到现阶段，越来越依靠科学技术，农业生产也不例外。农产品高质量的核心就是科技。在这里我要特别强调科学规律的发现，这是技术的源头，没有科学规律的发现，就不可能有新的技术。只有发现科学规律，依靠技术创新，才能实现农产品的高质量发展。

你提的高产化也是同样道理。就像刚才说到的作物育种高产，这是我们想要获得的很重要的一个性状。如何挖掘这些性状控制分子模块，就要利用不同时期我们所掌握的基础理论，去指导品种培育工作，从而让作物产量更高、质量更好。

NBD：我们知道，基础研究和原创性工作对于科研来说非常重要，您认为我国在这方面的现状如何？未来的发展方向又是什么？

种康：基础研究，特别是原创性的基础研究工作是新技术或新产业发展的源头。我们现在一些行业被别人卡脖子，其中很大一部分原因就是基础研究做得不够，导致由此产生的技术被垄断。因此，要想很好地解决这些问题，就要加强基础研究。

作为科学研究，我们需要有一部分人去做完全自由的探索，但更需要有国家目标的国家战略研究力量，围绕国家产业重大需求中的科学问题，去做基础性研究。

在研究中，我们要强调对失败的宽容，只许成功不许失败，这不现实，也不科学。

此外，我认为国家应该加大对基础研究的投入力度，包括目标导向型的基础研究和完全自由探索的基础研究。

NBD：在求学阶段，您为何会选择植物生理专业，对这一专业的学子，您有何寄语？

种康：其实我的中学阶段是没有学过生物的，受我父亲的指点，我在大学进入生物系。植物生理专业实际上是老师给我做的选择，但是我觉得这个专业有一些神秘感，我挺向往。

至于给年轻人的建议，我有一点想法。以前我们的大学教育理念，是要培养专门人才，专业划分非常细。现在从科学发展和社会需求以及高等教育的发展趋势来看，越来越需要复合型人才，要有多学科知识背景，因此现在没有这么细的专业。

我觉得对于植物科学的学生来说，核心课程很重要，它们是基础。地基挖的多深，决定了楼能盖多高。这对学术生涯或职业发展非常重要。

但在打好专业基础的同时更要强调数理化的学习，尤其是数学，这对于生物学、基因组学很有益处，不可或缺。