有了綠色超級稻，我們能收穫多少糧食？_風聞

李紳《憫農》

鋤禾日當午

汗滴禾下土

誰知盤中餐

粒粒皆辛苦

不打農藥，我們還能收穫多少糧食？

2017年10月23-25日，華中農業大學舉辦了一個特別有意義的會議——綠色超級稻十週年。接下來就跟着大獅兄一起來看看吧！

科技部、農業部和項目課題組主要負責人150人蔘加了會議，中國科學院張啓發院士、謝華安院士、陳曉亞院士和韓斌院士出席了會議。

正好秋天是秋收的時節，荊州的試驗稻田裏都是一片黃澄澄的熟透的稻米。

小夥伴們你們想知道綠色超級稻是什麼嗎？那就來聽大獅兄來給你們科普一下吧！

我國是一個古老的農業大國，在幾千年的文明史中，我國的農業一直以精耕細作著稱於世，養活了一代又一代的中國人。新中國成立以來，我國農業更是發生了天翻地覆的變化。和平與繁榮，帶來了人口的急劇增長，造成了對糧食和農產品供應的巨大需求。

水稻是我國的主要糧食作物，其播種面積佔我國糧食作物播種面積的28%，總產約佔糧食總產的40%，在我國農業生產中佔有舉足輕重的地位。

面對資源約束趨緊、環境污染嚴重、生態系統退化的嚴峻形勢，我國科學家原創性的提出了“綠色超級稻”的理念。

呼喚“第二次綠色革命”：少投入、多產出、保護環境。

20世紀60~70年代作物矮稈品種和雜交稻的培育和應用，使我國糧食產量實現了兩次飛躍。但大量矮稈、耐肥高產作物品種的培育和大面積推廣，引發的化肥、農藥、用水以及勞動力的投入激增，導致農業生產與資源環境的嚴重矛盾。其中水稻生產與資源環境的矛盾尤為突出，展現出嚴峻局面。

第一，水稻產量水平多年徘徊不前。

第二，病蟲害造成的損失嚴重。大量農藥會產生一系列的負效應:(1)害蟲抗藥性增加，害蟲天敵遭殺害，進一步導致害蟲爆發;(2)破壞人類賴以生存的生態環境，還造成食物中的農藥殘留，危害人類健康;(3)增加生產投入成本，加重農民的負擔。

第三，施肥的增產效果已不再明顯。在我國很多地區，稻田的肥料用量已經超過了土地的承受能力。過量施肥也會產生一系列的負效應，如土壤退化、江河湖海的富營養化等。

第四，水資源的制約。我國農業耗水約佔全國總耗水量的70%，而水稻的用水約佔整個農業耗水的70%。 同時我國西北地區長期缺水、華北地區旱災頻繁，由於雨量分佈在季節上不平衡，旱災在長江流域和華南稻區的發生頻率近年也很高，近年來，我國主要稻區的旱災有加劇的趨勢。因此，要保證水稻乃至整個農業生產的可持續發展，水稻生產必須在高產、優質的基礎之上，注重資源節約，保護生態環境。

2007年中國科學院院士、華中農業大學張啓發教授撰文，比較系統地提出了綠色超級稻的理念，是指在高產優質的基礎上同時兼有多種病蟲害的抗性、肥料的高效吸收利用、以及較強的抗旱性或抗逆性等綠色性狀的水稻新品種。

“綠色超級稻"不僅是指具有綠色性狀的新品種，它還代表"資源節約、環境友好"的綠色發展的育種新理念和"高產、高效、生態、安全"的栽培管理方式。“綠色超級稻"的培育和推廣應用，將實現水稻生產中"少打農藥、少施化肥、節水抗旱、優質高產"的目標。

張啓發談綠色超級稻

左圖為傳統的高植株；中間位高產但高分櫱的植株；右圖為超級稻，低分櫱，植株硬實且每穗粒數多。圖nature

“綠色超級稻”簡單概括一下，也就是針對既要高產優質，同時也要使得環境能夠可持續發展，有16個字的目標：少打農藥、少施化肥、節水抗旱、優質高產。

現在全社會都在關注糧食安全問題。糧食安全是一個什麼概念呢？經過我們很多人的討論，糧食安全的概念應該是這樣的。第一，要滿足量的需求，首先必須要生產足夠的糧食。第二，要關注可持續發展。這兩個方面缺一不可。量的需求方面，在過去半個世紀中，糧食產量的增加和人口的增加基本上同步，所以人口的增加沒有造成糧食的嚴重不足，至少在全世界範圍內如此。

回顧一下過去幾十年當中，三大糧食作物即水稻、玉米、小麥的年增長率大約為1%，其中一個最大的進步就是作物育種，它發揮了非常重要的作用。當然，還涉及一些其他技術，包括化學、水利等等。在未來的若干年，在全世界人口到達高峯的時候（有預測説在未來的30-40年的時間裏人口要達到90億），我們的生活水平還需要提高。所以，不僅要保持過去連續遞增1%的速度，而且還希望有所增加，希望能夠達到年增長率1.2%-1.5%。這是我們在做糧食安全的預測當中，在做技術預測當中瞄準的目標。

第二個方面就是資源環境的需求是怎樣的，怎樣可以保持可持續發展？特別是在中國，這是一個比較嚴峻的形勢。在過去的幾十年當中，我們以7%、8%的耕地養活了世界22%的人口。但是，特別是本世紀以來，我們消耗掉了大量的資源。比如農藥、化肥，我們用量佔到了全世界的1/3多一些，大約在35%。水資源短缺是共識，中國是世界上缺水的國家，這一點大家都知道，資源環境限制的作用非常明顯。我們不僅要生產足夠多的糧食，而且還需要做到資源節約、環境友好。

所以，我們農業科學家們在過去十幾年當中長期討論，提出了“第二次綠色革命”的概念。大家知道，第一次革命在上世紀60年代，就是提高產量，這是我們過去幾十年中已經做的事情。接下來第二次革命，就是跟過去的革命方向要有所不同，或者有比較大的不同，這也叫新的革命，叫第二次綠色革命。第二次綠色革命，中國農業科學家們稱之為10個字：少投入、多產出、保護環境。一要資源消耗少，還要產出的好，產量要高，品質要好，環境要得到保障。在這個大背景下，水稻科學家提出“綠色超級稻”。我本人是做水稻的，所以我今天多説一些“綠色超級稻”的事。希望我們的水稻能夠在可持續發展和糧食安全當中都發揮重要的作用，作出重大貢獻。

如果要做到這一點，在技術層面需要，一是生命科學技術研究，尤其是基因組的研究；二是品種資源的發掘；三是育種。這幾者要緊密結合。

生命科學技術研究，尤其是植物生物學研究、植物基因組研究，特別是水稻，在過去幾十年當中我們國家奠定了非常好的基礎，我們的水稻育種在世界上是很有地位的，我們雜交稻的研究在世界上處於前列，引領了世界的糧食生產。

從上世紀90年代初開始，中國啓動了水稻基因組計劃，後來中國科學家和世界很多國家的科學家一起做完了水稻基因組的全部序列，而且這個序列到目前為止仍然是所有生物當中質量最高的、最有用的測序。

本世紀初的時候，我們啓動了水稻功能基因組計劃。就是説，測序完得到的是讀不懂的天書，功能基因組就使得這個天書得以破譯，使天書讓人讀得懂，而且變成對育種有用的東西。中國科學家和外國科學家一起提出了“水稻2020計劃”，這個2020計劃大體是這樣：我們要建立水稻功能基因組研究的平台，大規模研究功能基因的平台。水稻大約是50000個基因，這個是計算機分析出來的，我們要使得這50000個基因不但是字母，還應該有功能，就是每個基因是幹什麼的，應該把它弄清楚，希望在2020年之前完成。每一個性狀的功能基因組，產量是性狀，品質是性狀，抗病是性狀，這些性狀我們要把它搞清楚，它是怎麼決定的。

第三，分離克隆一些有用的基因，這個就是我們國家關注的自主知識產權。在這三個方面，中國的科學家在過去的十年當中是很有建樹的。到2016年底，已經克隆的水稻基因有2775個，其中40%是中國科學家做出來的。我們中國在水稻功能基因組研究當中，在世界上具有舉足輕重的地位，在過去的若干年當中，在水稻功能基因組當中發揮了引領作用或者相當（重要）的作用。所以，把功能基因組和過去的遺傳育種聯繫在一起，中國在水稻領域裏在世界上既算一個大國也算一個強國，當然我們的水稻生產就不用説了，我們水稻面積比印度少很多，但是我們水稻的產量比印度多很多，這也説明中國的水稻水平是比較高的。

我再説一下“綠色超級稻”的問題。“綠色超級稻”就是關注可持續發展而提出來的，它是一個新的品種改良的目標。因此，還有其它類似的口號，比如“綠色超級麥”“綠色超級玉米”等等。

“綠色超級稻”簡單概括一下，也就是針對既要高產優質，同時也要使得環境能夠可持續發展，有16個字的目標：少打農藥、少施化肥、節水抗旱、優質高產。“綠色超級稻”是中國科學家提出的，在農業部、科技部支持下，成為一個重要的項目。現在已經演變成國際合作，美國的蓋茨基金會已經將它作為世界國際合作的典範性項目進行推動，希望我們不僅能夠為中國培育“綠色超級稻”，還要為非洲、亞洲的不發達國家培育超級稻。

基因組技術和傳統育種相結合，是一個基本的技術途徑。在功能基因組研究當中，有一款產品叫做育種芯片，就是用芯片技術來做育種。過去是我們的育種家去田間選，現在用芯片來做育種。這個芯片是什麼東西呢？芯片承載了功能基因組研究的成果，一個植株在芯片上一看就一目瞭然，它對育種技術的提升會有非常大的幫助。

現在已經有了一些“綠色超級稻”或者部分具有“綠色超級稻”優良性狀的一些品種開始進行展示。我們預期“綠色超級稻”的應用，可以有效地緩解糧食的需求問題，促進資源節約環境友好。

最後，我要説的一點是在這個過程中，我們的育種目標還要不斷地發展。剛才我説了，少打農藥、少施化肥、節水抗旱、優質高產。關注需求發展，我們的育種需求還要不斷地發展，糧食生產不僅滿足人類吃飽肚子的需求，還要進一步關注人類的健康。

（據張啓發在7月11日中國科協“科學家與媒體面對面”的講話整理，文字略有改動。）

人物介紹：

張啓發(1953年12月19日－)，作物遺傳育種及分子生物學專家。漢族，出生於湖北省公安縣， 1976年畢業於華中農學院，1985年獲美國加利福尼亞大學戴維斯分校遺傳學博士學位。華中農業大學教授。1999年當選為中國科學院院士，2000年當選為第三世界科學院院士，2007年當選美國科學院外籍院士。

2016年，以水稻產量性狀的遺傳與分子生物學基礎研究獲國家最高科學技術獎自然科學獎二等獎。

2018年，張啓發與袁隆平和李佳洋共同獲得了當年的未來科學大獎的生命科學獎。

文中部分圖片來源於：華中農業大學生物科學傳媒中心