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中國水稻科技發展戰略 
作者:程式華 胡培松
來源:中國水稻科學
發布時間:2008-06-06

    

水稻作為我國第一大糧食作物,約占糧食總產量的40%。稻米是我國人民賴以生存的主食。水稻生產不僅擔負確保我國糧食安全的重任,并肩負實現種糧增效、稻農增收和全面推進新農村建設的重大使命,也是新階段我國農業和農村經濟發展的中心任務之一。人口增加和耕地減少是我國的基本國情,預計到2030年,我國人口將達到16億,我國農作物的單產需在現有的基礎上提高50%以上才能滿足糧食的安全供給[1]

進入21世紀以來,世界科技,包括水稻科技,出現了新的發展趨勢[2-3]。在充分吸收傳統農業精華的基礎上,分析未來10~15年我國水稻發展趨勢[3],瞄準現代水稻科學技術發展方向,堅持前瞻性、戰略性、方向性、繼承性和創新性的發展原則,從原創技術、共性平臺技術、關鍵技術、重大產品和產業化示范等五個層次,全面部署現代水稻科技發展戰略,對于大幅度提升我國水稻科技創新水平,實現水稻生產的“高產、優質、高效、生態、安全”的目標具有重要的戰略意義。

1 水稻科技與產業發展的國際趨勢與特點

目前,以追求高效高產、營養健康、安全環保、可持續發展為目標的新型現代水稻科學技術體系正在快速形成,并顯示出以下趨勢和特點:

一是相關科技革命深刻改變水稻的科技面貌。現代科學技術,特別是生物技術領域中功能基因組學、生物信息學、蛋白質組學等新學科和新研究領域的快速發展,使人類對生命本質、生物進化與起源的認識不斷深化,生物遺傳設計、食物營養與人類健康控制等進入了一個嶄新的時代。在探索水稻生長奧秘、水稻生命的本質、稻種起源等方面正在向前所未有的深度發展,由此帶來了深刻的水稻科技革命,使傳統水稻科技的概念、內涵和外延正在發生深刻的歷史性變化。

二是水稻科技的研究領域大大拓展。現代水稻科學在不斷分化和吸收新營養的基礎上,相互滲透、交融,形成許多新的交叉學科和邊緣學科,促進現代水稻技術研究不斷拓展新的領域,分子設計、環境修復、生態保護、數字農業、精準農業、食品科學等新領域不斷涌現,精彩紛呈,與傳統水稻科學結合,產生了眾多的新穎學科并具有深遠的經濟和社會意義。如生物技術的應用不斷拓寬,針對抗逆、優質、高產等問題可以對水稻進行遺傳設計和定向改良;在環境修復、食物營養等方面也顯示出水稻科技發展極大的潛能,這些都將產生巨大的潛在商業利益和機會,帶來難以估量的經濟效益和社會效益,并促進新的生產方式、倫理、觀念和文化的產生,進而發生影響深遠的社會革命。

三是水稻技術組織綜合化、技術應用集成化。在解決水稻某一重大問題時,越來越需要不同學科、專業的聯合協作。例如,優質高效高產多抗水稻新品種的選育,需要種質資源、遺傳育種、生物技術、生理生化、植物保護、土壤肥料、生態環境、數理統計、信息技術等不同學科領域技術專家的協同合作。同時,現代水稻技術更加強調技術各環節、方面的集成應用,如水稻病蟲害綜合防治技術、設施農業技術、農產品加工技術、全程質量控制技術等都是技術集成應用的典型,這種趨勢還在繼續發展。

四是水稻科技全面數字化和信息化。信息技術特別是數字技術對水稻的科研、生產、經營、流通、管理、服務等領域的發展正在產生深刻的影響。 數字水稻、精準施肥、精準施藥等技術已經成為新的研究熱點和發展前沿,預期將徹底改變水稻科研的組織方式和傳統水稻的生產經營面貌。

五是水稻科技研究理念、手段、方法、技術和組織方式的規模化。現代水稻科技愈來愈呈現出鮮明的大學科特點,功能基因組學、生物信息學、蛋白質組學等前沿學科的發展日新月異,推動一系列新的技術領域、技術標準、技術平臺、技術專利、知識產權、技術工藝和新興產業的產生和發展,其工業化、系統化、智能化、網絡化、集約化、一體化的研究和組織方式,產業化組織、社會化協作、企業化管理、規模化投入、高通量數據處理和計算等特征,帶來了水稻科技傳統研究方法、技術路線、組織方式的革命,使現代水稻科技不再是科技人員個人的事情,而是規模化、社會化、組織化、國家化、國際化、網絡化的協作和合作行為。

六是水稻資源高效利用化和生產環境保護化。在可持續發展的理念和原則下,實現人類社會的經濟發展、文明進步,提高資源的利用率,保護生態環境,保持生物多樣性,既是經濟與社會發展的要求,也成為現代水稻技術研發必需的約束條件和追求的目標之一。

七是水稻科技自身的產業化。現代水稻科學技術本身正在成為重要的高技術產業。現代種業、食品制造、設施農業、生物肥料、生物農藥、數字化農業信息服務、高技術旅游觀光等農業新興產業正在快速崛起,并且出現了研究、開發、產業一體化的新的經濟發展模式。

2 我國國民經濟和社會發展需求分析

進入21世紀后,人類將面臨人口、資源、環境等問題,這些問題將對農業科技特別是水稻科技產生強大的壓力。雖然我國水稻已取得舉世矚目的成就,但目前也面臨著新的挑戰。稻米數量問題也只能說是基本解決,今后絕對不能掉以輕心。而稻米品質差、類型結構不合理、稻作生產效益低的問題尚未根本解決。水資源短缺、耕地減少、水土流失、土地沙化和環境污染嚴重阻遏水稻的深度發展。稻米出現結構性、區域性相對剩余,資源與市場雙重制約的問題更加突出。水稻生產成本高、比較效益低、國際競爭能力弱的情況依然存在。如果沒有水稻科技的跨越式發展,沒有新的水稻科技革命,就不可能從根本上解決我國農業問題、農村問題和農民問題。因此,新階段水稻可持續發展,根本出路在于新的水稻科技革命。

首先,經濟發展、人口增長和耕地減少直接影響水稻的總產。目前全世界有800多萬人仍然處于饑餓和寒冷之中,解決溫飽問題仍然是十分嚴峻的挑戰,并且預計到2010年發展中國家谷物缺口將從目前的1億t增加到1.6億噸以上。在中國,為充分滿足今后對稻米的需求,必須在2010年前育成一批產量比現有品種增產25%左右、品質較好的突破性新品種。因此,優異基因資源挖掘和基因克隆及突破性水稻新品種的選育將是水稻可持續發展中具戰略性意義的研究內容。同時,要大力開展稻谷的精深加工研究,采用高新技術改造傳統產業的模式,提高稻谷及其產品的附加值和國際競爭力。

其次,全球氣候變暖和種植結構的調整有利于病蟲害的發生和繁殖蔓延。除了發掘和利用抗病蟲基因,通過常規育種手段或轉基因技術培育抗病蟲水稻新品種外,通過研究稻作生產新形勢下主要病蟲害發生的新特點和新問題,從稻田生態系統的整體性出發,研究、建立與特定稻作區域相適應的重大病蟲害可持續控制技術體系顯得非常重要。水稻重大病蟲害的防控,重點是突出自然控制、生態調控,人為增強稻田生態系統的自然抗害能力,同時加強研制和引進開發低毒或無毒新型藥劑,既能有效控制病蟲害又能生產無公害稻米和增加農民收入。

第三,亞洲和中國水稻生產將面臨嚴重的人力資源危機。稻農數量不斷減少,平均年齡上升,而其教育和專業技術水平卻沒有提高。要應對稻作勞動力短缺這一長遠存在的問題,需加強水稻機械化、集約化、輕簡化栽培技術研究,建立標準化生產模式。同時,還應加強適應上述栽培技術發展的專用品種選育

3 水稻科技創新體系的建立

建國以來,我國從中央到地方相繼建成了一批從事水稻科研的農業大學、省級農業科學院和地區性農業科學研究所。改革開放以后,我國又相繼建成了中國水稻研究所、國家雜交水稻工程技術研究中心、國家水稻改良中心等一批國家級水稻專業研究機構。形成了包括由國家到地方,由高校、農科院、農科所等專業研究機構以及企業組成的龐大且有重復的縱橫交錯的水稻產業研發體系。集聚了一支包括院士、知名專家的碩大研究隊伍。通過協作攻關,先后取得矮化育種、雜交稻和超級稻等國際領先的成果,強力支撐著我國水稻生產持續旺盛的發展。

3.1 初步完善了現代水稻科技創新組織體系

“九五”和“十五”前期,由國家投資建設了一批水稻研究中試基地,涵蓋了資源研究、品種改良、良種良法、產品檢測等各個領域。其中:

1)“國家水稻改良中心及分中心”和“國家水稻工程技術中心”重點從事水稻品種改良及其產業化,是國家水稻種質創新技術體系的應用性研究機構;
2)“水稻基因資源庫”主要進行水稻種質資源的基因型鑒定,基因資源分子檢測,基因定位與分離、克隆,基因功能研究,作物基因生物信息學研究等,是國家水稻種質創新技術體系的基礎性研究機構;
3)“國家植物基因研究中心”、“國家轉基因水稻檢測和監督中心”等重點開展規模化、系統化植物基因研究,帶動我國植物基因研究整體水平的提高;
4)“水稻區域技術創新中心”重點開展水稻生產技術研究,為水稻生產提供技術支撐;
5)“農業部稻米及制品質量監督檢驗測試中心”重點開展稻米品質檢測及產后加工研究;
6)由國家及地方投資建設了一批育種和良種繁育基地。

3.2 基本形成了適應社會和經濟發展的水稻科技創新體系

稻作科技發展,不僅對糧食安全起著十分重要的保障作用,而且對農業科技進步起著十分重要的領頭羊作用。水稻作為禾谷類模式作物,近年來其高新技術研究突飛猛進,為開展新的農業科技革命打下了良好基礎。

在生物技術方面,通過花藥培養、體細胞組織培養以及組織培養與輻射誘變相結合手段,育成了一批水稻新品種,已大面積推廣;通過遠緣雜交與花藥培養相結合技術,已將野生稻有利基因導入栽培稻,獲得優異種質材料。水稻重要農藝性狀基因定位研究,尤其在育性基因、抗性基因、產量性狀及其他數量性狀基因方面,已取得較大進展。利用分子標記輔助育種手段,育成的一些新品種已開始在生產上示范推廣;利用分子標記檢測雜交水稻種子真偽亦已在生產上試用。應用水稻轉基因技術育成的抗除草劑轉基因雜交稻、B噸克螟稻等,已進入大田釋放和環境評價階段。隨著基因組學、生物信息學、蛋白質組學等研究的一系列突破,水稻分子育種技術體系已初步形成。

在信息技術方面,計算機信息網絡技術發展迅速。信息技術已滲透到水稻研究和生產所涉及的設計、控制、管理的全過程,實現了現代信息技術與水稻產業的有效融合,各種數據庫系統已用于水稻技術服務,提供水稻生長情況、病蟲害預防、防治技術以及水稻生產資料市場等信息。遙感(RS)、地理信息系統(GIS)與全球定位系統(GPS)(RS、GIS和GPS簡稱3S系統)在水稻領域,特別是在水稻苗情監測與精準生產中也得到了廣泛應用。

在水稻相關物化產品研發方面,生物農藥、生物肥料和植物生長調節劑等傳統化學品或制劑的替代產品研究進展顯著,其中高效、安全和環境友好的新型生物藥物的研發在國際上已占有一席之地。

在水稻產后加工方面,在原料處理、加工包裝過程、營養和活性物質保持、質構和風味修飾等方面新技術不斷涌現。如以微生物、酶和基因工程為代表的食品生物技術,以膜分離、超臨界流體萃取、納濾等為代表的新型分離等技術日趨成熟。

3.3 水稻科技創新全國大協作推動水稻科技發展

“六五”以來,國家科技攻關計劃、國家科技支撐計劃、863計劃、973計劃等國家和部門的科技計劃對水稻科研給予了大力支持,初步形成了水稻遺傳育種、稻作技術研究協作攻關隊伍,促進了水稻的研究與科技交流。組織全國力量開展協作攻關,是創造突破性成果的組織保證。水稻育種上的兩次飛躍——高產矮稈品種和雜交稻的育成,就是全國大協作的碩果;中國超級稻研究全國大協作,也已取得階段性成果,為世界矚目。

4 現代水稻產業體系建設與發展重點

我國的水稻科技創新體系在保障國家糧食安全中發揮了重要作用,同時,我們也應清晰地看到,目前我國水稻科技創新研究還存在上下一般粗、重點不突出、分工不合理的弊端,事關基礎、公益性的研究得不到特殊的支持。此外,受目前成果評價體系的負面影響,課題組越來越小,研究課題越分越細,協作攻關越來越難,急功近利現象越來越突出,而主要體現公益效應的研究也越來越不為科技人員所重視,造成科技創新后勁嚴重不足,成為科技創新發展的瓶頸。鑒于此,農業部、財政部于2007年12月正式啟動了國家現代農業產業技術體系建設,在首批啟動試點建設的10個行業中,水稻列于其中。

4.1 現代水稻產業技術體系建設

根據對水稻不同行業的調研,明確了水稻產業技術發展的重點是解決大面積提高單產、改善品質和提高種稻效益的技術研發和示范推廣。因此,水稻產業發展的總體思路是:“穩面攻產,優化結構,推進可持續發展”。穩面攻產,就是要在穩定水稻種植面積的基礎上,依靠科技實現總產提高,實現水稻增產方式的根本性轉變;優化結構,就是要根據市場需求的發展趨勢,優化品種結構、品質結構和季節結構;推進可持續發展,就是要提高水稻發展的質量,不單純追求總產的提高和品質的高檔化,而是追求產需基本平衡、品質不斷改善的產量品質協調發展道路。

創新或引入新的機制是現代水稻產業技術體系順利運行的保障,這些機制包括穩定支持和適度競爭的投入機制、聯合攻關的協作機制、科研與產業良性結合的互動機制和業務分類分級的指導機制。要明確水稻產業技術體系中國家水稻產業技術研發中心、功能研究室和綜合試驗站三個層次各自的職責和任務,形成各層次和各環節的相互聯系。

4.2 水稻學科發展重點

根據水稻學科發展的國內外動態,社會對水稻的需求,未來水稻學科發展的重點應該包括以下內容。

4.2.1 水稻分子生物學研究與遺傳育種

1)水稻種質資源的挖掘、利用與優異育種材料的創新。對我國豐富的水稻種質資源進行廣泛研究,發掘水稻重要農藝性狀的新基因,創制優異種質材料,進行基因克隆,為我國水稻育種提供基因源。
2)水稻現代育種新技術、新方法創新。圍繞我國水稻育種面臨的突出問題,以高效育種技術創新為主要目標,重點開展現代高效水稻分子育種技術研究,解決育種技術瓶頸,為高產、優質、多抗水稻品種選育提供技術支持。
3)水稻高產、優質、多抗新品種(組合)選育及產業化示范。圍繞我國糧食安全問題、“三農問題”和我國水稻新品種選育面臨的突出問題,與常規育種技術相結合,建立水稻高技術育種的規模化平臺,選育高產、優質、抗病、抗蟲、抗逆的廣適性新品種,并進行產業化示范。

4.2.2 稻作技術研究及物化產品開發

1)稻作技術研究。21世紀以來,我國農業生產正在從單純追求數量型增長逐步向數量與質量、效益并重和以質量、效益為主轉變,發展“優質、高產、高效、安全、生態”的“十字農業”勢在必行。稻作技術研究,要根據新形勢,圍繞新要求,研究新理論,開發新技術,創新種植模式,為水稻可持續生產服務。
2)物化產品開發。圍繞生態安全與食品安全,必須加快開發水稻生物農藥、生物肥料和新型植物生長調節劑,為水稻重大病蟲害的科學防控及水稻可持續發展提供技術支撐。

4.2.3 數據的交流、整合和共享


1)數據的交流、整合和共享。目前已積累了大量與水稻育種相關的數據,包括水稻突變體信息,分子育種有關的基因定位、標記和克隆數據,應將分散的水稻生物信息進行整合,建立水稻生物信息的交流和共享平臺,為水稻生物技術和遺傳育種服務,并在此基礎上進一步開展以應用為主的水稻生物信息學的研究。
2)信息技術應用。國內外農業信息技術發展得很快,但由于水稻生產的特點,相對于其他主要農作物,信息技術在水稻生產上的應用相對滯后。應以內容建設為重點,信息技術為抓手,技術推廣為突破口,提高稻農和農業技術人員科學種田水平,加速稻作科研成果的推廣應用。

4.2.4 稻米質量標準、檢驗與產后加工

1)稻米品質與質量安全標準。稻米質量標準及檢驗涉及水稻生產、消費、流通和加工的方方面面,是食品安全的基本點。應加強研究水稻生產、加工的質量安全關鍵控制點,開展稻米農藥殘留和污染的風險評估,進一步完善水稻技術標準體系,研發快速、微量的檢測技術。
2)稻米產后精深加工。開展稻米產后精深加工,對有效提升稻米產品的市場品位,提高我國稻米產品在國際市場的信譽度和競爭力具有重要作用。要關注稻米營養及功能特性的機制,研究稻米陳化機理和控制稻米陳化的關鍵因子。

4.2.5 稻米產業經濟研究

水稻產業經濟是水稻產業在科技、生產、流通、加工、消費、儲藏、信息與咨詢等各個環節所發生的經濟行為。它是一個完整的經濟體系與經濟鏈,并與糧食、農業及其他產業形成一個有機的、協調與發展的產業環境,構成一條暢通無阻與充滿生機和活力的鏈條。開展稻米產業經濟研究,對水稻產業結構調整和提高水稻生產、消費、流通與加工的經濟效益,用科技支撐水稻產業發展等具有積極意義。

主要參考文獻:

[1]程式華,曹立勇,陳深廣,等.水稻遺傳育種回顧與展望//翟虎渠.科技創新成就輝煌——中國農業科學院建院50周年學術文集. 北京:中國農業科學院,2007:84-91.

[2]路甬祥. 世界科技的發展趨勢. 中國科技信息,2005(11B):F003.

[3]IRRI. Bringing Hope, Improving Lives-Strategic Plan 2007-2015. Manila:IRRI,2006.

[4]程式華, 李建. 現代中國水稻. 北京: 金盾出版社, 2007.

    注:
    (1)文章來源:中國水稻科學,2008,22(3):223~226;
    (2)程式華 胡培松中國水稻研究所

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