如果告訴你，水稻可以少施30%的化肥卻不減產，小麥自帶“免疫盾牌”可大幅減少農藥用量，甚至魚肉里煩人的小刺都可能消失——這聽起來是否像農業的“科幻小說”？
但這正是中國科學家交出的現實答卷。12月22日，中國科學院在北京舉行A類先導專項“種子精準設計與創造”（以下簡稱種子專項）系列科研成果新聞發布會，系統展示了專項通過創建精準設計育種新范式，在打造種業振興的“中國芯”方面取得的系列突破。
“經過六年攻關，專項取得了覆蓋理論、技術、產品的全鏈條體系化突破，實現了‘三新’——新理論、新技術、新產品。”種子專項首席科學家、中國科學院院士李家洋介紹。
六年攻關，實現全鏈條突破
據介紹，種子專項于2019年11月啟動，針對我國新時期糧食安全、生態安全及農業供給側改革的重大戰略需求，中國科學院聯合院內外30家優勢單位協同攻關，聚焦水稻、小麥等主要農作物和魚等動物，以實現“一增二減”——增產提質、減投提效、減損促穩為核心目標，最終實現精準創造增產10%~20%、減投15%~20%和減損15%~20%的動植物品種。
李家洋表示，六年來，種子專項挖掘了一批高產優質、氮高效利用、抗逆抗病等關鍵基因與調控網絡，實現了基因組精準編輯、四倍體野生稻快速從頭馴化等核心技術創新，創制了37個“一增二減”先導型品種，累計推廣先導型作物新品種1448萬畝，取得了顯著的社會經濟效益，獲得“中國十大科技進展新聞”等多項榮譽，切實發揮了戰略先導專項的引領作用。
中國科學院可持續發展科技研究局局長薛強表示，未來這場搶占種業科技制高點的勝利標志，不僅在于我們是否擁有“備份”的種源，更在于我們是否構建起自主的、引領性的種業科學體系與創新生態，要培育更高產、更營養、更節水、更抗災的“智慧種子”，為早日實現種業科技高水平自立自強，建設農業強國貢獻力量，為全球糧食安全與農業可持續發展貢獻“中國方案”。
硬核突破，讓種子擁有“智慧”
面對化肥過量、病蟲害頻發、資源約束趨緊等農業“痛點”，種子專項的科學家們以“精準設計”為路徑，找到了破局的關鍵“鑰匙“，在新理論、新技術、新產品三個維度取得的多項“硬核”突破，讓種子能夠“更智慧”地應對現有挑戰。
中國科學院院士、植物研究所研究員種康介紹了兩項直擊農業生產痛點的理論突破。其一是讓水稻“減肥”不減產，種康介紹，研究團隊克隆了氮高效基因OsTCP19，使水稻在氮肥減少20%~30%的情況下產量保持穩定，為破解化肥過量使用難題提供了“基因鑰匙”，有助于實現水稻“綠色革命”。
其二是給小麥裝上“免疫盾牌”。種康表示，面對白粉病、赤霉病等農業“殺手”，研究團隊不僅挖掘出我國地方品種特有的廣譜抗白粉病且兼具麥瘟病抗性的Pm24基因，還利用新型赤霉病抗病模塊成功培育出抗赤霉病的高產小麥新品種“中科166”，讓農藥用量大幅下降，推廣面積已近150萬畝，筑牢了主糧安全“防護網”。
如果說基因是生命的代碼，那么中國科學家不僅需要拿到打開代碼的“鑰匙”，還要成為優秀的“程序員”。
中國科學院遺傳與發育生物學研究所研究員高彩霞團隊自主研發的多重基因組編輯技術，一舉打破“抗病不高產”的育種魔咒，創制出既抗白粉病又高產的小麥新種質。2024年，這項成果拿下我國首個口糧作物基因編輯生產應用安全證書——是通行證，更是里程碑。
李家洋團隊的另一項技術開辟了全新的育種路徑。團隊首次提出并實踐了異源四倍體野生稻快速從頭馴化的新路徑。他們像“農業工程師”一樣，從零開始改造野生稻，攻克野生稻遺傳轉化、基因組注釋等重重難關，成功創制出新型四倍體水稻材料，被國際同行贊譽“啟動了人類農業新文明”，為全球糧食安全提供了前瞻戰略性技術儲備。
從田間到餐桌，從作物到水產，不同產業中，都能看到精準設計振興種業的力量。
面對我國大豆進口量大，生產力不足的難題，研究團隊繪制了全球領先的大豆圖形結構泛基因組圖譜，開發了多維組學數據庫SoyOmics，精準聚合優良性狀，成功培育出“科豆”“東生”系列等10個高產高營養大豆新品種。
專項還引領了“水產”設計育種的新浪潮。中國科學院院士、中國科學院水生生物研究所研究員桂建芳團隊首次提出“雙三倍體”概念，創建了基于生殖方式轉換的設計育種技術體系，培育出具有高產、抗病、節糧三大優勢性狀的異育銀鯽“中科6號”候選新品系；相較于底盤品種異育銀鯽“中科3號”，“中科6號”生長速度平均提升25.0%，養殖存活率平均提升66.5%，飼料效率平均提升20.1%。
值得一提的是，桂建芳團隊還將“非減數融合”生殖與基因編輯相結合創建育性可控設計育種技術體系，創制出既“無肌間刺”又不育的可用于養殖的無肌間刺異育銀鯽。這意味著，這種鯽魚天生沒有那些煩人的“小刺”，食用體驗有望得到顯著改善。
從“跟跑”到“領跑”，邁向種業強國
“作為中國科學院A類先導專項，種子專項始終踐行‘目標清、可考核、用得上、有影響’的十二字要求。”李家洋說。
李家洋帶領團隊研發的“中科發”系列水稻新品種，生動詮釋了從理論到產業的貫通之力。針對我國東北稻區及南方雙季稻區的重大需求，研究團隊通過“分子設計育種”理念，精準聚合了粒型、產量、抗病、抗倒伏、耐鹽堿等一系列優良基因，培育的“中科發”系列水稻已經成為“明星品種”。
在東北稻區，“中科發5號”比當地主栽優質品種增產超20%，鹽堿地畝產突破600公斤，還拿下全國優質稻食味品質鑒評金獎，2024年躋身全國常規水稻推廣面積第五位；在南方稻區，“中科發早粳1號”實現我國雙季早粳稻品種“零的突破”，將優質新米上市期提前2~3個月，讓老百姓更早吃上當年的新米。
曾幾何時，育種靠的是經驗、運氣和一次次等待；傳統育種工作者如同在黑暗中摸索，不知哪個基因控制哪個性狀，只能通過一代代雜交選育，周期長達8-10年，且難有突破性進展。而今天，在中國科學家手中，育種已蛻變為一門可預測、可編程、可定制的精密科學。
這場變革的重要引擎，正是分子設計育種理念的提出與實踐。2013年8月，中國科學院啟動戰略性先導科技專項“分子模塊設計育種創新體系”，掀起了一場育種革命。該專項提出的“分子設計”育種理念，讓中國育種從“經驗”走向“設計”，也將中國的育種技術理念推向了世界前沿，獲得國家自然科學獎一等獎。
種子專項為“分子模塊設計育種創新體系”的新階段，讓我國在精準設計育種領域建立起自主可控的完整技術體系，并進入從“跟跑”“并跑”到部分“領跑”的新階段。該專項的成功實施，是面向國家重大需求、發揮新型舉國體制優勢、搶占農業科技制高點的成功實踐，為我國從種業大國邁向種業強國奠定了堅實的科技基礎。