徐建龍，中國農業科學院作物科學研究所二級研究員。
綠色超級稻的「超能力」
“從不同的過去到共同的未來”主題演講
2024.07.07 北京
大家好，我是徐建龍，來自中國農業科學院作物科學研究所。今天，非常榮幸能與大家分享我的水稻育種之路，以及我們團隊在非洲做的一些工作。
關於水稻育種，大家肯定都知道袁隆平先生和他培育的雜交水稻。我想先跟大家講一講，為什麼水稻育種工作很重要。
水稻是全球近一半人口的主食，在我國更是有65%的人以大米為主食，因此水稻對於我國糧食安全來說至關重要。
最近華北特別是河南出現高溫乾旱，南方出現了暴雨和冰雹，極端天氣越來越頻發，洪水、旱災都會嚴重影響糧食的產量。
根據研究預測，到2030年中國糧食消費量將達到1.6萬億斤。這個形勢對我們的農業生產提出了更高要求。
那怎樣才能提高糧食產量呢？耕地面積已經很難再增加了，能用的化肥也基本上都用了，但還有一個環節，也就是育種環節將能繼續發揮作用。從育種階段提高作物的產量和品質，使它更高產、更抗病、更能抗擊惡劣的氣候條件，這就是我們團隊做的主要工作。
剛才我提到了袁隆平先生的雜交水稻，我們團隊採用的方式跟袁隆平先生有一些區別，我們做的叫水稻分子育種。
什麼是分子育種，我是怎麼走上這條道路的呢？這還得從三十多年前講起。
我的水稻分子育種之路
1990年，我碩士畢業分配到浙江省農業科學院，主要從事水稻常規育種工作。常規育種是透過不同品種之間雜交，進而在雜交後代中選育新品種的過程。
先科普一下，我們通常看到的性狀如穗子大小，穀粒顏色等都是受基因控制的，基因看不到摸不著，但基因表現出來的性狀我們可以測量和選擇。常規育種就是在育種群體所表現出來的各種性狀中，選擇對我們有利的、優秀的性狀。
常規育種方法除了雜交，還有誘變，包括物理、化學和航天誘變，就是改變水稻種子所處的環境，誘導它的基因發生變化，把這些種子種下去，再從中挑選優良的後代培育種子。
但是常規育種存在明顯的缺陷，比如雜交之後產生哪些性狀的變異，只能等種子種下去生長之後才能觀察到；誘變會產生哪些基因改變也同樣不可控。所以有人戲稱常規育種不是一門科學而是一門藝術，只可意會不可言傳。
上世紀90年代末，隨著DNA分子技術的發展，出現了一種新的育種方法，分子育種。那分子育種是什麼呢？
前面說了，我們以前都是靠觀察穗子的大小、穀粒顏色等這些表現出來的性狀來選擇水稻的優秀基因的。
現在我們可以先分析促使水稻表現出某種性狀的基因，然後透過分子育種技術直接針對性狀的基因進行選擇，進而把各種優良性狀的基因聚合起來，再結合常規育種的方法培育出具有這些優良性狀的種子。
相對於常規育種基於表型選擇來說，分子育種在選擇效率和精準度方面具有明顯的優勢。我們可以在水稻處於幼苗期，甚至是在種子階段就檢測水稻是否具有某種優良基因，而不用等到它長大，等到性狀表現出來之後再觀察。
90年代末，分子育種這項新技術才剛剛出現，我當時就注意到了它的巨大潛力，所以我在1997年又考入浙江大學讀了水稻生物技術方向的博士，博士畢業後又到菲律賓國際水稻研究所做了兩年水稻分子育種的博士後。
2003年我回到國內，在中國農業科學院作物科學研究所開啟了水稻分子育種之旅。
上世紀90年代，我們國家在糧食生產上面臨的主要問題是要解決全國人民的溫飽，所以在雜交稻基礎上，袁隆平先生又提出了超級稻概念，要在產量上再上一個新臺階。目前超級稻在試驗條件下的畝產已經突破1千公斤，奠定了我國水稻育種科研在國際上的領先地位。
這些年來，為了提高水稻產量，我們使用了大量的化肥和農藥，雖然水稻獲得了高產，但最終也造成了環境汙染。化肥農藥排到了江河裡，病蟲也對農藥有了抗藥性。現在我們解決了溫飽之後，逐漸開始重視環境和健康，強調農業的可持續發展，不能再以破壞環境為代價。
所以，目前在袁先生提出的超級稻基礎上，我們正在攻關綠色超級稻。所謂綠色，就是儘量少施化肥，少打農藥，節約水資源，抗病抗蟲，讓水稻既高產又好吃。
我在回國工作之後一直在參與全球水稻分子育種工作，就是從全球的水稻種質資源中挖掘優異基因來改良水稻的產量、品質和抗逆性，取得了許多突破。
最近這些年我們培育和合作培育了多個優質高產水稻品種，包括“綏粳18”“吉粳809” “春兩優華佔”“春9兩優30”等等，這些品種抗病、抗倒而且產量高，在農戶那裡得到了很多好評。
“綏粳18”和“吉粳809”主要是在黑龍江和吉林推廣種植。2017年“綏粳18”種植面積超過了1000萬畝，成為我國單個品種年推廣面積最大的品種。
我們國家的水稻品種很多，單個品種的種植面積一般不會太大，目前在南方單個品種年種植100萬畝就算是大品種了。
為非洲培育綠色超級稻
比爾·蓋茨先生一直非常關注非洲的貧困和糧食安全，想利用中國在水稻育種上的技術和成功經驗幫助非洲的農業生產。
2007年他訪問中國，找到了我們實驗室，我們團隊當時做了個報告，跟他一起交流了我們的工作成果和經驗。
當時蓋茨先生還很正式地問我們，願不願意把中國的綠色超級稻品種和育種技術應用到非洲，幫助解決非洲人民的溫飽問題？我們認為使命光榮，當即表示同意。
水稻是非洲的主糧之一，而且近年種植面積佔比越來越高，但是糧食缺口依然很大，比如奈及利亞每年大概有60%的大米要依靠進口。
非洲受氣候變化的影響很大，農業基礎差，水稻品種培育和推廣技術落後，也就相當於我們國家上世紀七八十年代的水平。
2008年，我們和蓋茨基金會合作的“為亞洲和非洲資源貧瘠地區培育綠色超級稻”專案就正式啟動了。
這個專案的目標就是，因地制宜地培育出適合在亞洲和非洲資源貧瘠地區種植的高產優質的綠色超級稻品種。服務的國家包括亞洲的印度尼西亞、巴基斯坦、孟加拉等，還有非洲的奈及利亞、馬裡、莫三比克等，一共有18個國家。
在非洲，我們首先是把在中國培育成功的優良水稻品種帶到當地試種。試種階段我去過一次坦尚尼亞考察，發現他們那裡基本沒有像樣的農業基礎設施，種水稻完全是靠天吃飯，如果天不下雨就沒有灌溉用水；另外他們也很缺農藥化肥，農藥化肥大多靠國外進口，所以價格自然就比較貴。
在品種試種示範期間，我們也下到田間地頭，去指導農戶們怎麼種植水稻，包括在水稻不同生長季節如何灌水、施肥和噴藥等特別具體的技能。
這張圖是我們給農戶們“上課”，一般我們和農戶一起先到現場觀摩水稻，講解品種的特徵特性，再回到這個棚子裡，給農戶們一一解答問題。
由於非洲跟中國的土壤和氣候條件差異很大，我們拿過去100個品種試種，可能最後只有一二個品種能成功。
試種之後，我們也和非洲國家的農科院合作，把從中國帶去的品種和當地的水稻品種雜交，教當地的技術專家學會培育綠色超級稻品種，還有雜交稻制種和栽培技術，讓他們有自己造血的能力。
非洲本地稻種也有一些優勢，比如它的抗逆性強。世界上的栽培稻分兩種，一種是亞洲起源的，另一種是非洲起源的。非洲的氣候條件相對比較惡劣，高溫高溼，病蟲害也多，所以在這個環境中生存下來的水稻的抗逆性就比較好，耐高溫、抗病蟲，但是產量卻上不去；而我們亞洲稻種的產量很高，抗逆性相對較差，跟非洲稻種能形成優勢互補。
這張圖就是我跟當地的育種工作者一起在田地裡，教他們怎麼選配組合以及選種。非洲的農業科技水平相對落後，很多遺傳育種的基本原理他們也不太清楚，所以我們要先給他們講解，然後帶他們到水稻現場教他們。
他們都聽得非常認真，從他們的眼神中看得出來很想學，他們也特別希望能親自到中國來學習。
這個專案進行了10年，我們累計引種了5816份優異水稻品種和品系在亞非目標國家試種和篩選，育成和合作育成79個綠超稻透過品種審定或註冊，推廣面積達612萬公頃，幫助農民增收14億美元，還為亞非國家培養了58名研究生，舉辦各類培訓班50次，培訓4000人次。
透過審定的綠色超級稻品種有多好？
2013年，颱風“海燕”登陸菲律賓，菲律賓當地的水稻幾乎全軍覆沒，顆粒無收。
我們與菲律賓國際水稻所合作培育的綠色超級稻在遭遇颱風後又經歷乾旱，但很快恢復過來。正常情況下綠色超級稻每公頃能產出七噸多稻穀，颱風過境後，每公頃仍然有兩三噸產量。
我們的綠色超級稻抗旱耐澇又高產。經過這件事，菲律賓政府當即決定大面積迅速推廣綠色超級稻。
幫助非洲建立種業供銷體系
我們的這個專案在亞洲幾個國家取得的效果比在非洲更好，一方面是由於非洲的農業基礎設施比較差，另外一方面，雖然我們培育了很多適合當地種植的新品種，但是在非洲很難落得了地，很多小農戶拿不到種子。
比如奈及利亞政府會從大的種業公司購買稻種，免費送給各大農場，但小農戶偏遠且分散，很難享受這個政策，他們只能自己每年留種。而他們的稻種是老品種，一年年下來，就越種越雜，產量也就越來越低。所以要想辦法，讓我們的綠色超級稻能真正到達小農戶的手裡。
2021年9月，我們與蓋茨基金會開啟了“幫助西非國家建立水稻種業體系”專案，從上游育種、制繁種到下游種子推廣、營銷，形成完整的鏈路，推進西非國家水稻種業體系的建設。
我們首先在西非國家試點，在奈及利亞和馬裡建立水稻高產示範區。我們先是租用種植面積較大、有地域代表性的農田，一邊種植我們培育的綠色超級稻，一邊種當地種植面積最大的品種，統一管理。
等稻穀成熟後，我們邀請周邊的農戶現場觀摩，當著他們的面收穫兩種稻穀，現場測產。結果顯示我們的雜交稻品種能增產50%以上，農戶們一下子就被震撼了。
現場我們還免費發放種子，凡是受邀前來的農戶，我們每家送兩斤，讓他們回去試種。這樣一來，農戶們的積極性就更高了。
當然，光是在示範區送種子是不可持續的，政府派發的種子還是到不了最需要的小農戶手中，所以我們還正著手幫他們搭建種業體系。
我們中國已經有這樣一個完整的種業推廣體系，從省市縣到鄉鎮都有各級的種子代理商，我們想把這個模式因地制宜推廣到非洲。
在非洲的很多國家都有中國的種業公司，我們讓他們參與到這個專案中來，再聯合西非國家農業部門、種業公司一起搭建稻種供銷體系。
我們在西非國家的市級、縣級、鄉級設定經銷商，讓他們自下而上地統計每年每個品種需要採購的種子量，然後由中國公司統一制繁種，再把高質量的種子透過各級經銷商最終送達到分散的小農戶手中，讓他們真正能夠種植高產優質水稻並獲得增產的效果。這樣才算走完了非洲水稻生產的最後一公里。
另外，把種子送到小農戶手中之後，還有一個問題。即便是同一水稻品種，由於水肥條件和管理水平的差異，在試驗田和在農戶田裡種出來的結果也不相同。一個品種在試驗田裡可以增產50%，實際上到農戶手裡可能只增產20%。
農業是一個系統工程，要提高產量，需要水、肥、藥和栽培技術的配套。如果非洲當地政府在農業基礎設施方面能有更多的投入，我們再把好的品種和技術帶過去指導他們，那就事半功倍了。
任何事情的成功內因是關鍵，外因終究還是要透過內因起作用，搭建種業體系這個工作也一樣，需要當地政府支援。
我們設想以點帶面，把成功經驗逐步向目標國家的全國範圍推廣，但由於非洲國家缺少經費，當地的農業部門在種業體系建設方面參與得少，我們最後能做的事情也比較有限。
“幫助西非國家建立水稻種業體系”一期專案為期2年，今年4月份結束了，雖然受到了疫情的影響，我們也做出了一些成績。
我們驗證了綠色超級稻在西非氣候條件下的增產效果，比如我們的綠色超級雜交稻比當地對照品種能增產50%以上，常規稻能增產20-30%以上，另外在推進雜交稻屬地化制種方面也做了不少工作。
同時，我們也正在與奈及利亞、馬裡等國家的科研單位合作培育新品種，目前我們又有一些新的苗頭組合在參加目標國家的品種審定試驗。雖然我們幫助西非國家培育綠色超級稻和搭建種子體系的工作做了十多年，但實際上我們在非洲的工作也還遠遠沒有結束。
中非互利 合作共贏
十多年來，我們把很多好的種質資源和育種、生產經驗帶到非洲，希望能幫助非洲農業增產，早日解決他們的溫飽問題。我們多年投入這項工作，完全是出於一種使命感。
中國已經走過了這個階段，我們不希望非洲重複中國的老路，避免走以犧牲環境為代價的路子。非常有意思的是，非洲雖然很窮，但是他們的環境保護意識很強，很注重人與環境的和諧相處。
在這十多年的工作中，其實也不只是我們單方面地幫助非洲，非洲也為我們貢獻了很多重要的種質資源。
比如，我們從非洲稻種資源中發現並克隆了水稻耐高溫基因、抗螟蟲基因，這些基因正好能解決亞洲栽培稻的抗逆性差的問題。
水稻開花如果遇到35度以上的持續高溫，一般品種花粉就散不開，就不能完成正常地受精，對產量影響很大。因此，利用來自非洲稻種資源的耐高溫基因，來改良我國水稻品種的耐高溫性就非常重要了。
另外我們目前種植的水稻品種是不抗螟蟲的，包括二化螟和稻縱卷葉螟等，以前要透過轉基因，從微生物中轉BT基因到水稻中，這個基因在水稻中表達後蟲子吃了就會被殺死，但遺憾的是轉基因水稻目前在國內還不允許推廣。
幸運的是，我們從非洲和東南亞稻種資源中意外鑑定到二份抗螟蟲資源，目前我們已成功克隆了這兩個抗螟蟲基因。將這兩個抗螟蟲基因匯入到推廣品種培育出抗螟蟲水稻品種，這樣就可以不打或少打農藥了。
目前這兩個抗螟蟲基因已經被國內一家知名頭部上市種業公司看中，未來很快會開發出抗螟蟲水稻新品種。所以我們和非洲的合作是優勢互補，互利互惠。
因為疫情，前幾年去非洲次數少了，到了那裡也因為安全原因沒能多接觸更多的小農戶。今年下半年我準備再去一趟非洲，多做一些考察，希望能把幫助西非搭建種業體系這個工作繼續推進下去。
謝謝大家！
內容根據現場演講與講稿綜合整理
策劃丨恆宇啊
剪輯丨大凱
本演講來自“從不同的過去到共同的未來”主題演講特別場。