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怎样区别转基因水稻
一颗水稻种子，在肉眼观察下与其他同类无异。唯有放入精密仪器，种子里的神秘世界才能展现全貌。如何判断一颗种子是否包含有优良的基因？答案是利用基因测序技术。借助基因组学研究，十几年来种植面积萎缩严重的小米，有可能实现逆袭，重返中国主要粮食作物的舞台。近年，一批国际领先的生物育种项目陆续从深圳的实验室走向全国。没有农民、没有农村建制的深圳，正在利用仅有的10万亩农业用地打造一个“”。
1月22日，南都记者走进位于福田的深圳创世纪种业公司实验室。门口十几台聚合酶链反应(PCR)仪正忙碌工作，工作人员根据研究需要配好植物DN A样本，将反应液加到样本中。仪器看起来就像电饭煲，博士何云蔚打趣道，“就像烹饪，煲一锅老火汤之前，要先把各种汤料搭配好。”
打开PC R仪，放入样本，选择程序，合上盖子，1个多小时后就可以看到分析结果。利用仪器，研究人员可以快速地找出样本中是否包含实验所需的D N A片段，由此筛选出优秀的种子进一步培育。生物育种技术正被用于水稻、小麦、小米、棉花等作物。而创世纪公司拥有我国唯一大规模产业化转基因抗虫棉的核心技术专利。
全基因组测序为生物育种加速
“成本清晰、操作流程明确，相当于研究人员有了图纸，解决了传统育种过程的不确定因素。”华大基因研究院副院长、华大农业与循坏经济首席执行官张耕耘说，把基因组测序技术与传统育种相结合，科学家们把生物育种过程变成了工程性的过程，就像一个庞大的建筑工程有了一张精细的工程图纸。
张耕耘说，农业相关物种基因组的三分之二由中国破译，华大基因拥有目前已获取的超过80%的全球农业基因组数据。目前，全基因组分子育种技术的参与，使常规杂交育种在成本、时间和精确控制上都极大增强，并被国内一些农业机构所采用。
全基因组测序技术，大大提高了育种效率，将使生物育种产业化大大加快。华大农业植物方向技术总监邹洪锋说，全基因组测序技术与生物育种是相辅相成的研究。研究人员可以通过测序技术了解一个物种的基因组，再通过基因定位，把各个基因的功能一一对应。比如找出影响产量、抗病虫等基因。利用找出来的基因，研究人员可以做出目标明确的定向育种。
尽管有先进的基因测序技术辅助，分子育种过程精确化了，不过，培育一个优良的农作物品种，仍是一个动辄十几年的庞大项目。仅在实验室里培育一株符合实验要求的幼苗，就需要半年以上的复杂过程。
在进入创世纪种业实验室前，工作人员要经过一道隔离门，这道门减少了外界空气进入实验室，可以保持实验室空气不受外部环境污染。实验室里空间相对封闭，明亮的光线模拟日光，照射着6排放置于培养皿的样本。何云蔚介绍，从5毫米的下胚轴长成一棵茁壮的小苗，要经历5个阶段，最快需要7个月的时间。
实验室有30多名工作人员，硕士研究生学历占了50%的比例，还有6名博士生。由于环境相对密闭，工作要求细致，实验室里的研究员清一色的是女生。培养皿中的营养液，每隔半个月需要更换一次。在培育第二阶段，研究员把不好的样本挑出来。每次更换营养液，使用镊子都必须十分小心，用力过猛就会伤害到小绿苗。
中国谷子欲借基因技术逆袭
“好比培养篮球队员，等到年轻人长到身高两米以上再进行培养，为时已晚。”邓启云博士打了个比方说，当前的基因测序技术，已经可以通过遗传学寻找有身高优势的小朋友，尽早进行篮球教育。分子标记辅助育种，就是分析水稻的D N A，寻找具有优势潜力的种子进行培育。
邓启云是创世纪公司首席水稻育种科学家，还是袁隆平院士的学生。2014年9月，由邓启云团队自主选育的“Y两优900”杂交稻新组合，在农业部组织的国家级测产验收中亩产达到1026.7公斤，实现了国家第四期超级稻攻关目标。
历史长河中，物种的更迭不计其数。借助基因组学研究，十几年来种植面积萎缩严重的小米，有可能实现大逆转，重返主要粮食作物的舞台。
小米又叫谷子，是重要的禾本科作物之一，也是中国古代最重要的粮食作物。华大农业植物方向技术总监邹洪锋是谷子项目总负责人。2009年，华大农业植物平台搭建起来之后，团队即确立了将谷子项目作为战略发展项目。
华大基因董事长汪建看好耐旱农作物谷子的发展前景。他曾说，“70岁以后要做别的事情，就是去沙漠种地去，把中国的干旱和粮食问题彻底解决。”在他看来，在全球气候剧烈变化、耕地资源不断减少、水资源日益短缺的情况下，优良谷子品种将有助于提高土地利用率，节约灌溉用水，增加粮食产量。
汪建带领的华大基因研究团队，已逐步将理想向前推进。2012年5月14日，由华大基因研究院和张家口市农业科学院等单位合作完成的谷子基因组研究成果在国际著名杂志《自然-生物技术》(N ature Biotechnology)上在线发表。张耕耘介绍，谷子全基因组序列图谱的完成是进行禾本科比较基因组学研究和功能基因挖掘的重要进展。此外，谷子基因组数据为谷子的生物学研究和新品种选育提供了一个全新的支撑平台。
谷子新品系2014年试种成功。邹洪锋介绍，试种的谷子亩产量有了显著提升，平均达到500公斤。准备今年提交进行区域试验，并在西北极度干旱的地方进行试验。
目前，水稻、玉米、高粱、短柄草等禾本科植物的全基因组已相继破译，科研人员希望能够破解更多的重要禾本科作物基因组，以期揭示重要禾本科作物的保守性及差异性，阐明禾本科作物的基因组进化过程，进一步挖掘作物重要性状相关基因。
分子育种助力杂交小麦技术
在基因测序技术未足够完善前，人类通过植物的外部性状选育具有不同优良基因的种子，比如植株的高矮、果实情况等，再将不同的种子个体杂交，在后代中通过选择育成具有亲本共同优点的纯合品种。正确选择亲本并予以合理组配是杂交育种成败的关键。
今年60周岁的冯树英自费研究杂交小麦40多年，他的时间大部分花在了田间地头。冯树英是山西运城蓝红杂交小麦研究中心创始人、创世纪种业有限公司F型三系杂交小麦首席科学家，于2012年被破格评为第五名深圳市杰出人才。之前深圳引进的四位全是院士，只有他是一名普通研究员。
时光倒转40年，在没有全基因分子育种的上世纪70年代，高中毕业的冯树英被安排回老家务农。经历过饥饿年代，冯树英知道粮食的重要性。在没有经费、没有土地、没有员工、没有设备的“四无”条件下，冯树英团队经过16年努力发现了近缘杂交方法，这种方法突破了传统的只有远缘杂交才能产生不育株的观点束缚。
冯树英说，小麦基因数含量多、生物复杂度高，杂交小麦是世界性科技攻关项目，研究难度极大。它的基因数目约是水稻的40倍，是人类的5.5倍。全世界杂交小麦的研究虽历时70多年，但至今没有大面积推广。目前，F型杂交小麦科研攻关的三个环节———小麦不育系创制、小麦杂交种选育、高产制种技术已基本完成，成为全世界最领先的小麦增产技术，为杂交小麦的产业化铺平了道路(注：不育系，将选择到的雄性不育单株与可育的个体杂交，再经连续回交培育而成的具有雄性不育特征且整齐一致的品种)。
杂交小麦研究的突破，让冯树英成为各路人马争夺的香饽饽。但他婉拒了许多机构的盛情邀请，最终加入创世纪种业。深圳市政府与企业家对种业技术的理解与产业化速度的支持，是冯树英选择深圳的重要原因。
与深圳结缘后，F型杂交小麦的研究明显加快，取得了重大进展。冯树英说，目前F型小麦不育系完成了升级换代，新选育出不育度高达100%，具有大穗、大粒、分蘖多、穗层齐等丰产性更强，配合力更好的新一代小麦不育系，为配置新的小麦杂交种奠定了基础。今年，由冯树英团队选育出的一批株叶型直立、抗病性强、籽粒品质好的新一代杂交种，增产幅度达10%以上，强筋优质的小麦杂交种，即将进入国家区域试验。
据专家测算，中国的杂交小麦推广在3亿亩左右。按增产15%计算，当推广到2亿亩时，每年可增产小麦150亿公斤，可满足1亿人的基本口粮，相当于节约耕地4000多万亩。
记者观察
有“地”用在刀刃上
2012年，深圳市经贸信息委现代农业处做的一项调研显示，中国是世界第一农业大国、第二种子大国，但我国种子企业规模小、国际竞争力弱，世界排名前20家跨国种业公司拥有世界90%的育种技术和75%的种子贸易。创世纪公司生物技术中心主任崔洪志博士认为，唯有掌握种业核心技术，才能改变被动的局面。尽管没有农民和农村建制，深圳十分重视掌握农业上游命脉的种业发展。但现实摆在眼前，约2000平方公里土地中，农业用地仅有10万亩。面对有限的资源，深圳优先保障科研试验用地，已安排1.7万多亩用于深圳国家科技园区建设，重点发展现代农业生物育种产业。如今，这些政策发挥的效力正逐渐显现。2009年，深圳实施生物产业振兴发展政策，每年集中5亿元支持生物产业发展。同年开始规划建设深圳现代农业生物育种创新示范区，整合多年积累但分散、弱小的育种资源，陆续引进和培育十个国内外一流的拥有生物育种核心技术和自主知识产权的生物育种创新团队。这些团队中就包括袁隆平院士领衔的超级杂交水稻创新团队、冯树英领衔的F型三系杂交小麦团队等。市经贸信息委现代农业处调研员张万巧说，这十来个团队没有一个是有重叠的，即使都是在研究水稻，方向也不一致。
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2015-02-05 20:29:09
