再过几天，湖北大学生命科学学院副教授张献华就要启程，前往位于海南陵水的50亩南繁育种基地。相比武汉一年最多种植两季水稻，南繁育种基地可以做到一年四收，成倍提高了筛选水稻品种性状的效率。因此每年武汉入冬，他和团队成员就会着手赴琼，准备新一轮的播种，“和时间赛跑”。
据了解，自1975年开始水稻研究，近20年来，湖北大学生命科学学院教授、多倍体水稻育种科学家蔡得田及其科研团队先后突破了多倍体水稻穗粒结实率低（20%—30%）、诱导率低（低于5%）的世界级难题。2012年，由湖北大学、武汉市农科院、武汉同创工程设备有限公司三方组建的武汉多倍体生物科技有限公司，成为武汉多倍体水稻研发团队的载体，目前整体已达国际领先水平。今年，该公司延续了逐年向好的研发势头，在技术专利和创新育种方面均新获成果。
利用持续高温 筛出300多份多倍体水稻
“多倍体化是植物进化的重要趋势，70%以上的高等植物是多倍体。”张献华介绍，目前世界范围内，多倍体技术在提高产量方面已经被大量使用。时至今日，生活中常见的多倍体植物就有油菜、小麦、棉花、土豆、无籽西瓜、草莓、香蕉、苹果等。
“该技术的原理是植物在应对自然环境压力时，会通过染色体加倍，进化成更强大的个体，如小麦通过上万年的自然进化，从二倍体植物成长为现在的六倍体。”张献华说，“多倍体技术就是加速这一进化过程。”他补充道，目前，全世界水稻都是二倍体，即细胞里只含有两组染色体，而四倍体水稻的细胞里面有四组染色体，其植株茎秆粗壮、籽粒增大、营养成分增加、抗逆性强，具有大幅增产的潜力。
多倍体稻米粒（右）肉眼可见比常规稻米体积更大
多倍体技术和转基因技术有什么区别？张献华表示，两者有着本质上的区别，“多倍体技术不引进任何外来基因，因此不具备生物安全性隐患，安全性很高。”他介绍，多倍体水稻育种有可能是应对粮食危机的重要新方法，有着广阔的开发前景。
为了展示多倍体技术的应用成果，张献华拿出了常规稻米和多倍体稻米进行对比，多倍体稻米粒肉眼可见比常规稻米体积更大。“从重量上看也是一样的，多倍体稻米的千粒重会高出二倍体稻米40%—60%。”然而，可投入市场应用的多倍体水稻品种，必须同时在千粒重、穗粒数、结实率、分蘖力、品质、抗性等硬指标上证明自身的优良表现。
“一个性状的稳定就需要经过十几代验证，将众多优良性状综合在一个品种上，相当于是把几万年的植物演化过程加快，压缩到几十年内。”张献华说，所以多倍体水稻的育种没有捷径可走，就是在利用现代生物技术的基础上“和时间赛跑”。
品种选育并非单纯的时间积累，也需要创造极端的生长条件以检测抗逆性。今年的持续高温天气给武汉水稻种植带来了极大挑战，但对进行选育工作的武汉多倍体水稻研发团队而言，却是“可遇而不可求”的极端测试环境。最后，团队从1000多份多倍体水稻材料中，成功筛选出耐热性好、结实率高的多倍体水稻300多份，“把握住了这一筛选良机”。
张献华在多倍体水稻智能育种工厂中查看水稻生长情况
四倍体回变二倍体 新品种获省级审定
目前，武汉多倍体水稻育种研究，正走在正式市场应用前的“最后一公里”上。“即持续基础性研究、完善品系选育，并进行多地区、多地点专项试验。”张献华解释道，“而在不断攻关、探索的‘最后一公里’上，我们也注重将现有积累的科研成果及时转化，‘两条腿走路’。”
据介绍，近年来，武汉多倍体生物科技有限公司将二倍体水稻作为四倍体水稻研发的基础资源的同时，也在利用“多倍体水稻倍性循环育种技术”，将四倍体水稻作为基础资源，反向培育优良的二倍体水稻新品种。“其技术原理是四倍体水稻杂种减数分裂过程中非同源染色体自由组合类型多样，遗传物质交换重组频率高。以这些四倍体水稻为中间材料，利用倍性回复技术，可以创制出类型丰富的二倍体种质资源。”张献华说。
2024年7月，该公司通过该技术选育的二倍体常规稻“多籼占2号”，成功通过了湖北省水稻新品种审定，其具有耐热性好，在当年持续高温条件下结实率可达84.3%，产量646公斤/亩。“在极端高温条件下，这个产量非常令人振奋。”张献华说。
据统计，今年，武汉多倍体水稻研发团队硕果累累，不仅荣获“国家稻米产业技术战略联盟”产品创新奖，而且在其团队多方技术支持下的HUBU-WUCHANG-CHINA团队，10月在巴黎获颁2024年全球遗传机器工程大赛IGEM全球金奖，更预示着多倍化技术在植物合成物学领域具备较大潜力。如今，团队已获授权多倍体水稻相关的国家发明专利16项、美国发明专利3项、荷兰发明专利2项。“在多倍体水稻技术领域，我们的发明专利时间早、数量多、布局全面，掌握了多倍体水稻研发的主动权！”张献华自豪地说道。
张献华在组织培养间查看多倍体水稻秧苗生长情况
“2025年，我们计划在武汉进行优良多倍体常规稻的大面积示范种植，进一步测试其产量和抗逆性。”武汉多倍体生物科技有限公司总经理助理陈龙表示，“多倍体水稻选育面向未来，研发是一个不断遇到问题、解决问题的前进过程。我们的最终目标，是选育出1—2个经济性状优势明显，且性状稳定、产量高、品质优良的新品种，让其正式走向市场，端上市民餐桌。”
来源： 长江日报
