讲座题目：透视新科技——稻米飘香
主 持 人：胜  春
做客嘉宾：李家洋，中国科学院院士。
                 种  康，中国科学院院士。
讲座时间：2026年9月7日～9月13日
（备注：讲座视频可循环播放）
https://article.xuexi.cn/articles/video/index.html?art_id=2240842980093551280&read_id=6ac10536-f6b9-4753-8269-a2cb1ea4e8dd&ref_read_id=99d5bfbf-ccb9-4569-80ad-3785ebeb0a1a&reco_id=&mod_id=&cid=&source=share&study_style_id=video_default
透视新科技——稻米飘香

讲座内容：
       各位好，欢迎收看今天的《透视新科技》节目！我是主持人胜春。水稻不仅仅是中国人，也是世界很多国家和地区人口的主要粮食品种之一，然而很多人知道，糖尿病患者由于病情的原因不得不减少甚至是放弃食用这些主食。但是，随着育种科技的不断进步和发展，未来糖尿病人也可以大胆放心地、健康地食用主食了。水稻是人类重要的主粮，几十年来我国科研人员攻坚克难，采用不同的育种方式，不仅极大地提高了水稻的亩产量，也培育出许多新品种水稻。如今，随着生活水平的提高，糖尿病已成为危害人类健康的三大杀手之一。而富含淀粉的大米，却是糖尿病患者餐饮中的大忌。为了让这些特殊人群吃上可口的米饭，近年来李家洋院士和他的团队尝试采用基因设计育种的方式，培育出适合糖尿病患者吃的水稻新品种。这项科研成果的诞生，将开启水稻人工育种走向定制的新时代。我们今天请来的两位嘉宾，第一位是中国科学院李家洋院士，欢迎您！另一位也是我们中国科学院院士种康，欢迎您，种院士！
       平时我们经常说，种瓜得瓜，种豆得豆，那现在我们的水稻这个种子到底是从哪儿来的？人类现在所吃的食物，包括动物类的、植物类的和菌物类的，实际上都是从最早的野生的培育选择过来的，从野生到现在我们种植或者饲养的这个过程，就是驯化和育种。驯化实际上是在人类早期的发展过程当中，对野生的动植物进行选择培育，然后获得的这样一些一定的群体。最早的这个水稻，它的特点是什么样的呢？最早的这些野生稻它在驯化过程当中，跟我们今天（的水稻）比其实差别非常大，不像我们今天稻米这么好吃，产量也没有这么高，比如说它容易落粒，它散生，不符合现在的这些高产种植的条件，也更不能适应现在的机械化，但是它的产量（在当时）较高，而且跟别的一些植物来比，它的淀粉含量和经济价值也比较高，而且相对比较稳定容易种植。我们现在能看到各种类的这个稻米、水稻，它们的祖先都是一个吗？
       水稻它也是个栽培稻，有两个种，一个是亚洲栽培稻，一个是非洲栽培稻，非洲栽培稻这个（种植）面积非常小，现在全世界栽培的绝大部分都是亚洲栽培稻，这个亚洲栽培稻里面有东北的粳米或者我们南方的籼稻、籼米，那么像粳稻，就是它直链淀粉含量低。直就是垂直这个直线，支链淀粉、分支，支链淀粉含量高，因此吃起来有黏的这个感觉，很多人都很喜欢吃。灿稻它是直链淀粉含量高，支链淀粉含量低，因此吃起来是一粒一粒，它适合做米粉，因此不同的栽培稻，它有不同地区人的喜欢。最早发现这个稻米的时候，经过驯化之后，这个给人类带来的改变到底是什么？首先在这个过程当中，它是为人类的发展提供了一个稳定的生物来源，这是很重要的能量来源。另外一个就是我们的生活方式发生变化，过去比如说早期的原始人，他靠狩猎为主，他获得的东西就不是那么稳定。今天你打到野生的动物，你可能就有食物能果腹，如果你打不到你不行，但是作物驯化出来以后，这个生产方式就发生了变化，把我们过去完全靠运气获得的猎物，变成我可以种在那儿，可以定期地定时地去收割。
       我们有储备了？对，有储备，而且可持续。那最早人类种植水稻应该是一个自然繁育的过程，这样的一个过程，它的局限性体现在哪些方面呢？首先就获得的这些材料，能不能是一个比较稳定的。第二这些材料，它会不会有很好的生产性状，比如说在某一个地区把这个驯化出来的（作物）换到另一个地区，它很可能就长不好，那这样的话，这也是对它有很大的一个限制。随着以后的科学技术这种发展进去以后，我们慢慢就打破了这个过程，就要把这一个早期育种的选育为主的这样一个方式，就进化到有组织的大规模的科学研究，培育更好的品种。在人类漫长的发展史上，水稻从散生颗粒容易掉落、不高产、口感差的野生稻，经过无数次的自然选育，发展到相对稳定适用种植的栽培稻，随着人口逐年的大幅增加，自然选育的方式已满足不了农业生产发展的需要。大约6000年前，水稻结束了野生驯化的时代，逐步进入人工育种的时代。
       这个人工育种具体都有哪些技术？这个过程大概可以分成，第一个在这之前就是靠自然变异，人工选择为主。人工育种在早期的时候主要是靠选择，选优就是你种在地里，你可以去看它。比如说水稻穗子大，长得好，长得壮，那这样的话，你就把它给选择下来，留下来，然后再去种，这个选择的基础是自然变异，就是天然的紫外线，或者是其他的因素造成的偶尔的一点点变化，我们在术语叫突变，那这种偶然的基因突变这个过程是非常漫长的。那第二个阶段，主要就是靠人为地增加遗传变异，然后进行选择，进行组合。但是遗传学介入之后，我们就通过遗传学的这些知识处理这些材料，让它产生更多的变异，变异多了，然后就选择。1856年，被誉为现代遗传学之父的孟德尔在种植豌豆时发现，豌豆是雌雄同花，想做自交可以控制豌豆自己给自己授粉，想做杂交就可以把一朵花的雄蕊去掉，让雌蕊接受所选择的植株花粉，在长达八年的时间里，他一共研究了28000株豌豆，通过具有明显差异性状的豌豆作为亲本进行杂交试验，在获得了大量的实验数据后，进行仔细的研究分析。最后发现遗传学中最基本、最重要的规律，这就是基因的分离定律和自由组合定律，从此杂交技术应运而生，水稻的人工育种也逐渐从1.0时代进入了2.0的杂交育种时代。
       最早这个杂交技术是直接就是用在水稻身上？杂交技术其实在育种学上是比较早，大概在上个世纪二、三十年代，在玉米这一方面，这个技术已经就发展起来了，也慢慢走向成熟。然后在不同的作物上，比如说像高粱或者是其他的一些作物上，包括蔬菜等等之类都会有应用。你比如说玉米，它本身雄性和雌性是分开的，就是说它长在上面的是产生雄花，它雌花这个穗子是长在叶腋里面，它本身是分开的，我们有个专门术语叫异花授粉，就是说自己一朵花里面雄的和雌的，它不能。不能在一起授粉？那这样杂交就很容易，另一个植株是雄性的，很容易这个花粉就飘到另一个植株的雌性的上面去，然后让它产生杂种，很多这一类的作物，最先完成了杂交育种的技术体系建立。水稻是比较严格的自花授粉，95%或者95以上的水稻都是靠自己一朵花里面自己就授粉了，所以水稻的杂交就是比较困难。简单地说，杂交育种就是人工选用两个在遗传上有一定差异，同时它们的优良性状又能互补的品种进行繁殖，生产出具有杂种优势的第一代杂交品种。然而，水稻属于自花授粉作物，雌雄同体，水稻的每朵花里面都有雄蕊和雌蕊，所以很难实现异交授粉，要培育出具有杂交优势的水稻，就希望母本植株它雄性部分是不育的，这样它不能给自己授粉，同时还得找到一颗性状优良的父本植株，给母本植株授粉，才能产生杂种一代。即使这样，杂种一代不一定就有希望成为水稻繁育的种子，寻找雄性不育的母本和优良植株的父本不断地杂交和选择，最终才有可能培育出优良的杂交水稻。
       那早期的杂交水稻，到底解决了哪些问题？最早期的主要是想提高产量，作物产量有大幅的提高，那主要有化肥、种子、农药的整个在一起，那就是说做这个杂交水稻，主要是解决最初是产量问题。目前我们的杂交技术，它的局限性体现在哪些方面呢？其实还是有很多的局限。首先这个杂交是建立在杂种优势的这个基础上，就是要找到合适的父母本，第二个问题就是说有了父母本还不行，还要知道父本和母本它们之间在配对之后，就是它俩杂交以后，这个杂种一代要性状特别好，这需要成千上万不同的这个尝试，我们叫杂交组合。一个育种专家一年可能要做几千到几万个杂交组合，才能有可能才找到一对、两对的杂交组合，这两个配合起来有很强大的生产效益。第三个，我们现在这个杂交一定要有一个母本，它指的是雄性不育的，但是你想，如果它自己是雄性不育，它怎么保持下去，所以这是困难很大的。第四个杂种优势，杂交那一定要杂种一代产生，那杂种一代的种子产生技术比较复杂。
       通过这个杂交技术是需要时间的，它培育出一个成功的种子，大概需要多长时间？就是你选亲本，选不育系，选恢复系，这个是要花很长时间，那么这个配好了以后，你要能够拿出来比较稳定的F1代，就是每一次种这个F1代，它都可以有高产的性状，那么你才能够去审定成品种，第一个这就叫区试。区域试验，你就先种两年来看看是不是能够稳定，然后区域试验完了以后，还有一个试验，那么你必须要经过三年时间的试验，然后你才能够变成品种，后面就是一个我们审定的一个过程，那这个是也不可少的，因此你要从一个真正杂交品种能够推广，大概也得十几年时间。
        杂交技术作为人工育种的一种方法，在农业生产中得到广泛应用，尤其是袁隆平发明的杂交水稻，已于2004年、2012年分别实现中国超级稻百亩示范田亩产800千克、900千克。2018年5月22日，位于三亚水稻国家公园的试验示范田进行测产验收，测得亩产1065.3千克，创下海南省水稻单产历史最高纪录。杂交水稻不仅从根本上解决了中国人吃饱饭的问题，而且已经推广到全世界30多个国家和地区，也解决了世界部分人口粮食不足的难题。杂交育种技术不仅大幅度提高农作物的产量，同时也对人类社会产生了巨大影响。那目前我们水稻除了杂交育种技术，还有哪些育种技术呢？还有分子育种技术，实际上说是在基因水平上了解的这样一个技术。那分子与基因之间的关系是什么？基因从我们现在认为，它就是一种分子，说它是属于分子育种这个范畴里的，那分子育种可能包括的东西更多一点点，但是最终所有育种的活动，最终都会追踪到基因上面去。比如代谢产物，有一些比如是一些蛋白质，平常我们是叫分子育种，分子育种的核心的就是以基因组为基础，相当于一个导航系统，原来就像我们做研究的时候，瞎子摸象，摸到哪儿说哪儿的事。现在有基因组了，这个全基因组我就可以知道这个基因有什么功能，它这个基因动了以后会影响哪个基因怎么样，这就像我们讲育种上的一个导航系统，你就像我们比如从中关村到我们电视台来，我可以走三环，可以走四环，还可以直接走，那你原来没有导航系统的时候，我走一条路，这一条路不堵那就来了。那现在有导航系统了，我知道哪一条是最佳的，那么育种，现在也是有全基因组这样一个导航系统，我就会避免走很多的弯路。
       2008年的时候，我用了一个星期，在东北（黑龙江省）农科院的一些专家领导的陪同下，了解到东北所要解决的水稻现在一些主要问题，比如说它的粒形，需要从圆粒的变成一个长粒的。第二它需要抗倒伏，有很多品种不抗倒伏。第三是稻瘟病，稻瘟病是东北（稻米）一个重要病害，第四从好多消费者来说，需要更好吃，口感要更好。第五米业加工的企业，他们希望这个出米率要高，当地有很多的主要的品种，它的精米率比较低，比如说50%或者50%多一点，但如果你能提高一个八个到十个百分点的话，它的利润就大大高了。所以我们当时了解这些情况以后，在这个做之前，把一些相对的这些品种在东北地区的一些主要的品种，甚至东北之外的品种，它含有哪些有益的基因，然后看一看这两个亲本，两株杂交，或者几个不同的亲本去杂交之后，它能够把这些最有益的基因，分别对什么抗倒伏，对这个粒形，都能够一一地解决，然后你就把这些有目的地，把这些基因放到一起来。那这些就是材料，这些材料你要不知道过去就不清楚，你就瞎杂交，盲目地杂交，然后再盲目地选。现在我就知道从材料就一定知道有这个重要的好的基因，这样你可以用最少的杂交次数，最短的时间就得到你想要的，所有这些优异性状的这样一个混合体的这样一个品种。
       科学家通过水稻关键基因，所表达出的性状和功能的认识，采用搭积木的方式，对水稻的产量、品质、抗逆性和特殊营养价值等各种形状的基因重新组合，就能设计出他们想要的水稻新品种。说到这个分子育种技术，目前有哪些种形式？比如抗虫棉，这就是你只要转了这一个基因，它就能够抗虫，那其他性状它不影响，这个叫简单性状。另外一个复杂性状，就比如我们讲高产，它是这一个性状，它有多个基因控制，它这个性状一改变，又影响其他性状，比如优质性状。因此这些性状，这就需要我们用分子模块育种，就是我们可以用遗传操作来控制的一个功能基因单元，相当于我们一台计算机，有显卡，有声卡，有内存，那我原来不知道这个显卡是干什么的时候，我把它拔掉不显示了，我知道这个模块是干这个。那么我要在显卡上面解决问题，最后我们就能够看到一个完整的东西了，这样就是能够非常精准地对某一个基因元件发现它有什么样功能，然后我们再利用它的功能在我们育种上去应用。
       在育种的过程当中，分子育种技术时间是一个什么样的概念？不同的途径你需要的时间是不一样的，特别是你现在我们用分子育种这样的一个途径，获得的这个品种，那么这就大大地缩短了这个时间，你原来一般的我们不管从辐射育种，还是做一些杂交选择的，一般都得十多年时间。那么后面的审定，那就按《（中华人民共和国）种子法》的这个审定，我们一般都需要三年或者四年的时间，这个是不管是哪一个途径得到这个品种，那都是一样，这是法律规定的，关键是前面，前面比如分子育种可以从十几年我们变到五六年。说到这个分子育种技术，可能我们最关心的一个问题，安全，这个安全性怎么保障呢？就是这个分子设计，它这个基本过程，这个分子设计更重要的是在前面的设计，以及在操作过程中怎么样能够减少一些无效的杂交，但是怎么样实现设计的这个蓝图，还是基本的手段就是杂交。这也就是说，为什么我们不避开杂交这个过程？因为按照现在我们国家这个法律，你要通过这个过程，那就是按常规品种去审定，因此这就是安全性，也是没有问题的。
       说到这方面技术的研究，我们国家的创新体现在哪些方面？比如像我们李院士他做的一个品种，就叫中科804，还有中科发5号。东北米大家都喜欢吃，很香，但是它在生产上有两个重大的问题，一个问题就是这个倒伏。果实太重了之后支撑不了？支撑不了，它关键是收获前经常会有下雨，一下雨就一倒，倒了以后稻米的品质什么，收获产量影响非常大，这是一个问题。另外一个是稻瘟病，这两个问题，那么育种学家用传统办法也在解决。但是李院士他用，刚才提到的理想株型的基因，拿这个作为一个主干，还有其他的分子模块去解决它这个品种这个问题。因此，很快地我们就得到这个中科发5号，它这个米质也很好，产量也是比较高的，而且不倒伏，稻瘟病也解决了，那么这个就是一个很鲜明的一个例子。几十年间，水稻育种经历了从传统田间地头的杂交育种，到现代实验室的分子育种的精准时代，通过科学家们的不断努力，都是为了提高水稻的产量和质量，让稻米口感佳，味道香，更是为了让老百姓吃得好，牢牢抓住我们自己的粮食“命脉”。2021年7月，我国科学家利用分子设计育种技术，培育出了我国首个可用于农业生产的双季早粳品种，实现了早粳品种“零的突破”，这意味着今后我们可以提前一个季度吃上外观品质优良，香气四溢的新稻米。
       当分子育种技术不断地推广，对未来我们国家农业的生产以及百姓的生活，会带来怎样的改变？比如现在我们糖尿病人，吃这个米饭，吃这个馒头，要很谨慎，因为害怕血糖吃完以后马上升高，那么我们李院士他们就做的一个高抗的抗性淀粉，它这个淀粉吃了以后，它这个人的吸收是非常少的，而且它降解非常慢，体现出来血糖吃完以后并不高。我要让你糖尿病人能够适合的，我就一定要培养高抗性淀粉，那高抗性淀粉怎么样去做，那我就要知道这些基因是哪些基因所产生的这样一些东西？我首先要找到这些基因，然后去进行改造，然后去培育它。那这样培育出来的这一些品种，糖尿病人吃了之后它就让你血糖比较稳定，人就比较健康，这是一种方式，我可以定制。第二种定制我是家里有小孩，我可能他需要一些高锌高铁（饮食），那我能不能从生产角度上，我培育一些品种，这些品种有高的维生素含量，高的锌的含量，或者高铁的啥。说白了，影响我们吃的东西，影响我们食物的结构、营养，甚至我们的感官，比如说好看不好看等等之类，都受到影响，它是对我们未来人的健康、生长发育和我们的这个对美食的这种享受都有影响。
       实际像高血压的，现在我们也有科学家在去做，利用水稻去做，也许可能在将来，在高血压上面可以用，但是现在在动物实验里面正在做是成功的。那么另外一个还对环境，你比如说现在我们这环境污染其中一个途径，就是农田里面氮肥施得太多，真正作物它吸收没有那么多，那其他干吗去了？它都污染了，污染河流了。我们怎么样能够让少施氮肥，这样也是我们分子设计育种的一个非常重要的目标，就是环境友好型的，那么这就是为人类造福的一个基因改变。那说到目前这些新型的育种技术，它具体除了农作物之外，还有应用在哪些植物上？比如说我们在主要农作物当中，可能水稻走在前面，这跟我们国家在上个世纪90年代，做水稻基因组的支持、研究是有关的。因为水稻基因组的这个研究，它在本世纪初的时候就有一次重大的进展，它基础好，所以它走得快。另外一些作物，它可能走得慢一点，但是现在也是发展速度非常快。包括玉米、高粱、油菜，还有大豆，还有各种各样的蔬菜水果，都在全面地利用现代的科学生物技术在往前发展。好，今天非常感谢两位院士来到我们演播室当中，共同跟我们聊关于育种的这样一个话题。同时，为了了解我们更多的节目内容，您也可以下载央视频。好，感谢您收看我们今天的《透视新科技》！我是胜春，咱们下期节目再见。