如果告诉你，水稻可以少施30%的化肥却不减产，小麦自带“免疫盾牌”可大幅减少农药用量，甚至鱼肉里烦人的小刺都可能消失——这听起来是否像农业的“科幻小说”？
但这正是中国科学家交出的现实答卷。12月22日，中国科学院在北京举行A类先导专项“种子精准设计与创造”（以下简称种子专项）系列科研成果新闻发布会，系统展示了专项通过创建精准设计育种新范式，在打造种业振兴的“中国芯”方面取得的系列突破。
“经过六年攻关，专项取得了覆盖理论、技术、产品的全链条体系化突破，实现了‘三新’——新理论、新技术、新产品。”种子专项首席科学家、中国科学院院士李家洋介绍。
六年攻关，实现全链条突破
据介绍，种子专项于2019年11月启动，针对我国新时期粮食安全、生态安全及农业供给侧改革的重大战略需求，中国科学院联合院内外30家优势单位协同攻关，聚焦水稻、小麦等主要农作物和鱼等动物，以实现“一增二减”——增产提质、减投提效、减损促稳为核心目标，最终实现精准创造增产10%~20%、减投15%~20%和减损15%~20%的动植物品种。
李家洋表示，六年来，种子专项挖掘了一批高产优质、氮高效利用、抗逆抗病等关键基因与调控网络，实现了基因组精准编辑、四倍体野生稻快速从头驯化等核心技术创新，创制了37个“一增二减”先导型品种，累计推广先导型作物新品种1448万亩，取得了显著的社会经济效益，获得“中国十大科技进展新闻”等多项荣誉，切实发挥了战略先导专项的引领作用。
中国科学院可持续发展科技研究局局长薛强表示，未来这场抢占种业科技制高点的胜利标志，不仅在于我们是否拥有“备份”的种源，更在于我们是否构建起自主的、引领性的种业科学体系与创新生态，要培育更高产、更营养、更节水、更抗灾的“智慧种子”，为早日实现种业科技高水平自立自强，建设农业强国贡献力量，为全球粮食安全与农业可持续发展贡献“中国方案”。
硬核突破，让种子拥有“智慧”
面对化肥过量、病虫害频发、资源约束趋紧等农业“痛点”，种子专项的科学家们以“精准设计”为路径，找到了破局的关键“钥匙“，在新理论、新技术、新产品三个维度取得的多项“硬核”突破，让种子能够“更智慧”地应对现有挑战。
中国科学院院士、植物研究所研究员种康介绍了两项直击农业生产痛点的理论突破。其一是让水稻“减肥”不减产，种康介绍，研究团队克隆了氮高效基因OsTCP19，使水稻在氮肥减少20%~30%的情况下产量保持稳定，为破解化肥过量使用难题提供了“基因钥匙”，有助于实现水稻“绿色革命”。
其二是给小麦装上“免疫盾牌”。种康表示，面对白粉病、赤霉病等农业“杀手”，研究团队不仅挖掘出我国地方品种特有的广谱抗白粉病且兼具麦瘟病抗性的Pm24基因，还利用新型赤霉病抗病模块成功培育出抗赤霉病的高产小麦新品种“中科166”，让农药用量大幅下降，推广面积已近150万亩，筑牢了主粮安全“防护网”。
如果说基因是生命的代码，那么中国科学家不仅需要拿到打开代码的“钥匙”，还要成为优秀的“程序员”。
中国科学院遗传与发育生物学研究所研究员高彩霞团队自主研发的多重基因组编辑技术，一举打破“抗病不高产”的育种魔咒，创制出既抗白粉病又高产的小麦新种质。2024年，这项成果拿下我国首个口粮作物基因编辑生产应用安全证书——是通行证，更是里程碑。
李家洋团队的另一项技术开辟了全新的育种路径。团队首次提出并实践了异源四倍体野生稻快速从头驯化的新路径。他们像“农业工程师”一样，从零开始改造野生稻，攻克野生稻遗传转化、基因组注释等重重难关，成功创制出新型四倍体水稻材料，被国际同行赞誉“启动了人类农业新文明”，为全球粮食安全提供了前瞻战略性技术储备。
从田间到餐桌，从作物到水产，不同产业中，都能看到精准设计振兴种业的力量。
面对我国大豆进口量大，生产力不足的难题，研究团队绘制了全球领先的大豆图形结构泛基因组图谱，开发了多维组学数据库SoyOmics，精准聚合优良性状，成功培育出“科豆”“东生”系列等10个高产高营养大豆新品种。
专项还引领了“水产”设计育种的新浪潮。中国科学院院士、中国科学院水生生物研究所研究员桂建芳团队首次提出“双三倍体”概念，创建了基于生殖方式转换的设计育种技术体系，培育出具有高产、抗病、节粮三大优势性状的异育银鲫“中科6号”候选新品系；相较于底盘品种异育银鲫“中科3号”，“中科6号”生长速度平均提升25.0%，养殖存活率平均提升66.5%，饲料效率平均提升20.1%。
值得一提的是，桂建芳团队还将“非减数融合”生殖与基因编辑相结合创建育性可控设计育种技术体系，创制出既“无肌间刺”又不育的可用于养殖的无肌间刺异育银鲫。这意味着，这种鲫鱼天生没有那些烦人的“小刺”，食用体验有望得到显著改善。
从“跟跑”到“领跑”，迈向种业强国
“作为中国科学院A类先导专项，种子专项始终践行‘目标清、可考核、用得上、有影响’的十二字要求。”李家洋说。
李家洋带领团队研发的“中科发”系列水稻新品种，生动诠释了从理论到产业的贯通之力。针对我国东北稻区及南方双季稻区的重大需求，研究团队通过“分子设计育种”理念，精准聚合了粒型、产量、抗病、抗倒伏、耐盐碱等一系列优良基因，培育的“中科发”系列水稻已经成为“明星品种”。
在东北稻区，“中科发5号”比当地主栽优质品种增产超20%，盐碱地亩产突破600公斤，还拿下全国优质稻食味品质鉴评金奖，2024年跻身全国常规水稻推广面积第五位；在南方稻区，“中科发早粳1号”实现我国双季早粳稻品种“零的突破”，将优质新米上市期提前2~3个月，让老百姓更早吃上当年的新米。
曾几何时，育种靠的是经验、运气和一次次等待；传统育种工作者如同在黑暗中摸索，不知哪个基因控制哪个性状，只能通过一代代杂交选育，周期长达8-10年，且难有突破性进展。而今天，在中国科学家手中，育种已蜕变为一门可预测、可编程、可定制的精密科学。
这场变革的重要引擎，正是分子设计育种理念的提出与实践。2013年8月，中国科学院启动战略性先导科技专项“分子模块设计育种创新体系”，掀起了一场育种革命。该专项提出的“分子设计”育种理念，让中国育种从“经验”走向“设计”，也将中国的育种技术理念推向了世界前沿，获得国家自然科学奖一等奖。
种子专项为“分子模块设计育种创新体系”的新阶段，让我国在精准设计育种领域建立起自主可控的完整技术体系，并进入从“跟跑”“并跑”到部分“领跑”的新阶段。该专项的成功实施，是面向国家重大需求、发挥新型举国体制优势、抢占农业科技制高点的成功实践，为我国从种业大国迈向种业强国奠定了坚实的科技基础。
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