當前，我國種業發展的關鍵在于加速提升種源創新能力，融合生物技術與信息技術，以促進育種技術向數字化、信息化及智能化轉型。
水稻種質資源專家、中國科學院院士、中國農業科學院作物科學研究所研究員錢前長期從事作物種質遺傳資源學研究。圍繞如何將我國種質資源優勢進一步轉化為育種創新優勢、如何通過新技術實現精準育種等問題，科技日報記者日前專訪了錢前。
人物檔案
錢前，水稻種質資源專家、中國科學院院士、中國農業科學院作物科學研究所研究員。現任十四屆全國人大常委會委員、農業農村委員會委員等職務。長期從事作物種質遺傳資源學研究，在水稻遺傳種質資源發掘創新、重要農藝性狀解析與分子育種等領域取得一系列在生產上具有重要育種價值的研究成果。研究成果先后獲國家自然科學獎一等獎、二等獎，國家科技進步獎二等獎。
種質資源突破性挖掘與利用至關重要
記者：幾十年來，您一直專注于水稻優異種質資源的創制與育種利用。您為何潛心這項研究，其重要意義是什么？
錢前：從作物育種的發展歷史看，歷次重大突破都以種質資源突破性的挖掘與利用為前提。比如第一次綠色革命的水稻矮稈育種利用了半矮稈基因和種質；雜交水稻的成功是基于海南野生稻雄性不育株的發現與利用；理想株型基因發掘與雜種優勢相結合，培育出了新一代超級稻品種。因此，優異種質資源的挖掘、創新與利用對突破性品種培育至關重要。幾十年來，我們專注于發現和創制各種重要功能基因和新種質。現在我們發現的很多基因和圍繞這些基因開發的分子標記已經廣泛應用于新品種培育。
記者：您培育的矮稈水稻品種“小薇”被問天實驗艙帶上了天。為什么和傳統水稻相比，“小薇”更適合在空間站種植？
錢前：人類探索地外空間現在仍然在起步階段，離滿足大面積種植作物的生存需求還有很長的路要走。在狹小的空間站內，任何空間都需要被高效利用，“小薇”恰恰符合這一條件。它雖然生物量小、生育期短，谷草比卻很高。未來如果空間站中種植面積更大、生長環境更好，“小薇”很可能成為支撐人類進入地外空間的第一批口糧。
記者：保持水稻高產仍是水稻育種技術不能放松的基本目標，水稻育種技術如何在高產的基礎上創新，提高水稻對各種環境的適應性？
錢前：高產和抗逆存在拮抗，這是業內共識。越來越多的分子證據已經證明，植物在正常生長和抵御脅迫方面存在著非常精妙的平衡關系。
從人類的角度看，希望作物高產、抗逆，但從植物自身生長的角度看，它生長的目的首先是存活。當遇到逆境脅迫，植物會調動各種資源優先進行逆境抵御，保證自己能存活，之后才會把資源重新用于生長。因此，我認為，在栽培方式上，應盡量提供良好的水肥條件，讓植物少遭受逆境。從種質資源角度出發，我們可以篩選更加抗逆的品種，比如利用野生稻的高抗逆性，通過與高產基因的聚合，不斷提高高產和抗逆的平衡性。
數字化技術將加速育種進程
記者：當下，我國種業發展關鍵在于進一步提升種源創新效率，將生物技術與信息技術融合，推動育種技術向數字化、信息化、智能化方向發展。在您看來，如何將我國種質資源優勢進一步轉化為育種創新優勢？
錢前：育種技術向數字化、智能化發展是大勢所趨，但要真正實現育種的數字化、智能化，還需要經歷一個過程。還有很多基礎性的理論、技術、管理體系需要探索。其中，我國雖然擁有非常豐富的種質資源，但種質資源的收集、保存、鑒定工作都還存在很大提升空間。
例如，我國現有技術很有希望在短時間內實現智能化地收集、保存種質資源，但要保證準確甄別這些收集、保存起來的種質資源，恐怕難以在短時間內實現，因為相同名字的種質未必就是真正的同一個種質。如果沒有用對應的基因型和表型信息等基礎數據為種質資源精準標簽，簡單的數字化恐怕不僅不能提高效率，可能還會因為大量重復、未整理的信息，額外為科研人員帶來甄別上的負擔。因此要把我國在種質資源方面的優勢真正應用于育種創新，還需要做很多基礎性的工作。當然，隨著各種組學的快速發展，我們相信，種質資源的精準鑒定將會進入快速發展期。有了這些精準的基礎信息，再利用人工智能算法進行高通量預測，就有可能實現精準設計育種，加快培育突破性新品種。
記者：為什么說精準應用數字化技術是水稻育種未來的發展航線？利用好數字化技術的前提是什么？
錢前：傳統的育種方式之所以慢，主要原因是所有基因的配組都是隨機的，只能憑借育種科研人員的個人經驗，做主觀判斷。近20年來，功能基因組學的迅猛發展，令基因型對表型的調控作用逐漸明晰，科研人員找到了很多影響產量、品質、株型、抗逆等重要功能的基因。以這些基因為靶標，科研人員通過全基因組單倍型分析和不同基因型的組合篩選，使精準設計育種成為可能。與傳統育種相比，利用數字化技術進行設計育種，可以讓我們擁有更多的選擇權，實現更多定制性的品種選育，速度也會更快。
但所有的高通量數字化和預測便利性的前提，都是基于一個前提，即我們在基礎理論方面擁有足夠堅實的積累。用一句簡單的話概括就是，我們想知道怎么用，就得先知道什么能用，基礎理論的不斷突破是所有應用研究得以開展的必要條件。
記者：保障糧食安全是我國農業的首要任務。育種是提高糧食產量的重要手段，但想破解水稻高產基因密碼，選育高產水稻品種卻并不簡單。在您看來，如何通過新技術實現精準育種？
錢前：過去幾十年，科學家們已經建立了較為完善的基因密碼破解路徑。但是以前由于技術的局限，科研人員只能一個一個破解基因密碼。隨著測序技術和各種組學方法的快速崛起，現在可以通過各種高通量測序技術，批量獲得不同品種或種質的基因型，再利用已知的基因型與表型的對應關系，快速對其他的各種基因型和表型測配進行預測，進而加快新品種的精準選育。近年來，我們在基因組序列信息獲取方面已經有了足夠的積累，但表型的鑒定需要大量田間工作作為支撐，各種表型的復雜性也為我們的工作帶來挑戰，未來如何快速地將基因型和表型進行對應，提高表型觀測的效率和準確性，是我們需要重點突破的問題。
農業科技人才要能吃苦、愿奉獻
記者：推動農業科技創新，離不開農業科技創新人才。您常說，要成為農業科技創新人才，非常重要的一點是要能吃苦。這是為什么？
錢前：我常說，做水稻育種研究，“低頭一身汗，抬腿兩腳泥”是常態。這說起來容易，但做起來挺難。
40多攝氏度的天氣，普通人可能連門都不愿意出，即使出門也是“全副武裝”，要遮陽防曬。但對于我們來說，40攝氏度的氣溫，是水稻在田間生長時的常態。因為天氣太熱，我們早上5點多就下田調查水稻性狀、取樣等。中午給水稻授粉后脫下靴子，我們能從靴子里倒出一小盆的汗水，衣服上常年都是出汗留下的鹽印子。
但能因為苦就不下田嗎？當然不能。每天趴在實驗室，連田里材料長什么樣都不知道，是沒辦法做農業科研的。因此，我們每年招研究生時，首先都要讓他們做好吃苦的準備。
記者：在實驗室里，您常講一句話：“小勝靠智，大勝憑德。”您為什么這樣講？
錢前：從科學研究的角度看，如果僅僅著眼于局部細節的突破，有聰明才智和持之以恒的韌性就一定可以有所成就。但如果想開展創新性更強、立足于更高層面、面向國家戰略需求的科學探索，就需要能團結很多同行甚至不同領域的科學家共同努力。此時僅有聰明才智就遠遠不夠了，高瞻遠矚的眼光、容人容事的胸襟、甘于奉獻的情懷都必不可少。
“小勝靠智，大勝憑德”這句話不僅適用于科研領域，也適用于很多其他行業。如今校園中的學生將來會在各行各業開展工作，我希望他們都能成為德才兼備的棟梁之材，勉成國器，為祖國的發展貢獻自己的智慧。
記者：您說過，在取得農業科技創新成果的路上，肯定會遇到瓶頸、難題。科研瓶頸期，看似困擾，實則契機。如何理解這句話？您認為應如何度過科研道路上的瓶頸期？
錢前：科研瓶頸期有很多種。例如，前一項工作階段性地結束了，但新的工作方向還不明確；探索工作遇到重大挫折，取得的結果嚴重不符合預期；研究方向或其他條件發生較大變動，體系建立出現困難等。無論是哪一種瓶頸期，我們在做科研的過程中都一定會遇到。
在我看來，度過瓶頸期，要做到以下幾點。
要調整好心態。在做科研的過程中，遇到困難是常態。所以當工作陷入停滯，首先是要做好“甘坐板凳十年冷”的心理準備；其次，與其不斷重復焦慮，不如暫時停一停，跳出原有的思維方式，好好想想需要做什么，能做什么，怎么做。換一個角度去思考，也許可以另辟蹊徑。
要時刻關注學科的發展，多做方向性預判。除了自己的領域外，要多與其他領域的科學家進行交流，提高自己的認知水平和學科交叉能力。
以上這些都是科研人員順利度過科研瓶頸期的關鍵。當然，從管理層面看，通過提供相對穩定的支持保證科研隊伍穩定性，讓“冷板凳”能長期存在，也非常重要。
觀點聚焦
種子是農業的“芯片”，對于農業發展至關重要。而種質資源又是“種子芯片”上最核心的元件，任何突破性新品種的培育都建立在優異種質資源的挖掘與利用上。半矮稈育種、雜交稻三系配套等農業領域的重大突破已經充分證明了這一點。
經過幾千年的人工馴化，當代的水稻品種已經聚合了大量對人類有益的基因，親本資源圃同質化非常嚴重。在現有資源的基礎上繼續通過傳統育種的方式進行聚合，從而獲得突破性新品種的難度也越來越大。以各種種質資源為基礎，結合分子遺傳學、功能基因組學及高通量組學等方法，不斷挖掘新的重要功能基因及優異單倍型，利用基因編輯技術開展各種新種質的創制、鑒定、評價，進而應用于育種實踐，將是未來農業育種的必經之路。
當前，我國種業發展的關鍵在于加速提升種源創新能力，融合生物技術與信息技術，以促進育種技術向數字化、信息化及智能化轉型。
水稻種質資源專家、中國科學院院士、中國農業科學院作物科學研究所研究員錢前長期從事作物種質遺傳資源學研究。圍繞如何將我國種質資源優勢進一步轉化為育種創新優勢、如何通過新技術實現精準育種等問題，科技日報記者日前專訪了錢前。
人物檔案
錢前，水稻種質資源專家、中國科學院院士、中國農業科學院作物科學研究所研究員。現任十四屆全國人大常委會委員、農業農村委員會委員等職務。長期從事作物種質遺傳資源學研究，在水稻遺傳種質資源發掘創新、重要農藝性狀解析與分子育種等領域取得一系列在生產上具有重要育種價值的研究成果。研究成果先后獲國家自然科學獎一等獎、二等獎，國家科技進步獎二等獎。
種質資源突破性挖掘與利用至關重要
記者：幾十年來，您一直專注于水稻優異種質資源的創制與育種利用。您為何潛心這項研究，其重要意義是什么？
錢前：從作物育種的發展歷史看，歷次重大突破都以種質資源突破性的挖掘與利用為前提。比如第一次綠色革命的水稻矮稈育種利用了半矮稈基因和種質；雜交水稻的成功是基于海南野生稻雄性不育株的發現與利用；理想株型基因發掘與雜種優勢相結合，培育出了新一代超級稻品種。因此，優異種質資源的挖掘、創新與利用對突破性品種培育至關重要。幾十年來，我們專注于發現和創制各種重要功能基因和新種質。現在我們發現的很多基因和圍繞這些基因開發的分子標記已經廣泛應用于新品種培育。
記者：您培育的矮稈水稻品種“小薇”被問天實驗艙帶上了天。為什么和傳統水稻相比，“小薇”更適合在空間站種植？
錢前：人類探索地外空間現在仍然在起步階段，離滿足大面積種植作物的生存需求還有很長的路要走。在狹小的空間站內，任何空間都需要被高效利用，“小薇”恰恰符合這一條件。它雖然生物量小、生育期短，谷草比卻很高。未來如果空間站中種植面積更大、生長環境更好，“小薇”很可能成為支撐人類進入地外空間的第一批口糧。
記者：保持水稻高產仍是水稻育種技術不能放松的基本目標，水稻育種技術如何在高產的基礎上創新，提高水稻對各種環境的適應性？
錢前：高產和抗逆存在拮抗，這是業內共識。越來越多的分子證據已經證明，植物在正常生長和抵御脅迫方面存在著非常精妙的平衡關系。
從人類的角度看，希望作物高產、抗逆，但從植物自身生長的角度看，它生長的目的首先是存活。當遇到逆境脅迫，植物會調動各種資源優先進行逆境抵御，保證自己能存活，之后才會把資源重新用于生長。因此，我認為，在栽培方式上，應盡量提供良好的水肥條件，讓植物少遭受逆境。從種質資源角度出發，我們可以篩選更加抗逆的品種，比如利用野生稻的高抗逆性，通過與高產基因的聚合，不斷提高高產和抗逆的平衡性。
數字化技術將加速育種進程
記者：當下，我國種業發展關鍵在于進一步提升種源創新效率，將生物技術與信息技術融合，推動育種技術向數字化、信息化、智能化方向發展。在您看來，如何將我國種質資源優勢進一步轉化為育種創新優勢？
錢前：育種技術向數字化、智能化發展是大勢所趨，但要真正實現育種的數字化、智能化，還需要經歷一個過程。還有很多基礎性的理論、技術、管理體系需要探索。其中，我國雖然擁有非常豐富的種質資源，但種質資源的收集、保存、鑒定工作都還存在很大提升空間。
例如，我國現有技術很有希望在短時間內實現智能化地收集、保存種質資源，但要保證準確甄別這些收集、保存起來的種質資源，恐怕難以在短時間內實現，因為相同名字的種質未必就是真正的同一個種質。如果沒有用對應的基因型和表型信息等基礎數據為種質資源精準標簽，簡單的數字化恐怕不僅不能提高效率，可能還會因為大量重復、未整理的信息，額外為科研人員帶來甄別上的負擔。因此要把我國在種質資源方面的優勢真正應用于育種創新，還需要做很多基礎性的工作。當然，隨著各種組學的快速發展，我們相信，種質資源的精準鑒定將會進入快速發展期。有了這些精準的基礎信息，再利用人工智能算法進行高通量預測，就有可能實現精準設計育種，加快培育突破性新品種。
記者：為什么說精準應用數字化技術是水稻育種未來的發展航線？利用好數字化技術的前提是什么？
錢前：傳統的育種方式之所以慢，主要原因是所有基因的配組都是隨機的，只能憑借育種科研人員的個人經驗，做主觀判斷。近20年來，功能基因組學的迅猛發展，令基因型對表型的調控作用逐漸明晰，科研人員找到了很多影響產量、品質、株型、抗逆等重要功能的基因。以這些基因為靶標，科研人員通過全基因組單倍型分析和不同基因型的組合篩選，使精準設計育種成為可能。與傳統育種相比，利用數字化技術進行設計育種，可以讓我們擁有更多的選擇權，實現更多定制性的品種選育，速度也會更快。
但所有的高通量數字化和預測便利性的前提，都是基于一個前提，即我們在基礎理論方面擁有足夠堅實的積累。用一句簡單的話概括就是，我們想知道怎么用，就得先知道什么能用，基礎理論的不斷突破是所有應用研究得以開展的必要條件。
記者：保障糧食安全是我國農業的首要任務。育種是提高糧食產量的重要手段，但想破解水稻高產基因密碼，選育高產水稻品種卻并不簡單。在您看來，如何通過新技術實現精準育種？
錢前：過去幾十年，科學家們已經建立了較為完善的基因密碼破解路徑。但是以前由于技術的局限，科研人員只能一個一個破解基因密碼。隨著測序技術和各種組學方法的快速崛起，現在可以通過各種高通量測序技術，批量獲得不同品種或種質的基因型，再利用已知的基因型與表型的對應關系，快速對其他的各種基因型和表型測配進行預測，進而加快新品種的精準選育。近年來，我們在基因組序列信息獲取方面已經有了足夠的積累，但表型的鑒定需要大量田間工作作為支撐，各種表型的復雜性也為我們的工作帶來挑戰，未來如何快速地將基因型和表型進行對應，提高表型觀測的效率和準確性，是我們需要重點突破的問題。
農業科技人才要能吃苦、愿奉獻
記者：推動農業科技創新，離不開農業科技創新人才。您常說，要成為農業科技創新人才，非常重要的一點是要能吃苦。這是為什么？
錢前：我常說，做水稻育種研究，“低頭一身汗，抬腿兩腳泥”是常態。這說起來容易，但做起來挺難。
40多攝氏度的天氣，普通人可能連門都不愿意出，即使出門也是“全副武裝”，要遮陽防曬。但對于我們來說，40攝氏度的氣溫，是水稻在田間生長時的常態。因為天氣太熱，我們早上5點多就下田調查水稻性狀、取樣等。中午給水稻授粉后脫下靴子，我們能從靴子里倒出一小盆的汗水，衣服上常年都是出汗留下的鹽印子。
但能因為苦就不下田嗎？當然不能。每天趴在實驗室，連田里材料長什么樣都不知道，是沒辦法做農業科研的。因此，我們每年招研究生時，首先都要讓他們做好吃苦的準備。
記者：在實驗室里，您常講一句話：“小勝靠智，大勝憑德。”您為什么這樣講？
錢前：從科學研究的角度看，如果僅僅著眼于局部細節的突破，有聰明才智和持之以恒的韌性就一定可以有所成就。但如果想開展創新性更強、立足于更高層面、面向國家戰略需求的科學探索，就需要能團結很多同行甚至不同領域的科學家共同努力。此時僅有聰明才智就遠遠不夠了，高瞻遠矚的眼光、容人容事的胸襟、甘于奉獻的情懷都必不可少。
“小勝靠智，大勝憑德”這句話不僅適用于科研領域，也適用于很多其他行業。如今校園中的學生將來會在各行各業開展工作，我希望他們都能成為德才兼備的棟梁之材，勉成國器，為祖國的發展貢獻自己的智慧。
記者：您說過，在取得農業科技創新成果的路上，肯定會遇到瓶頸、難題。科研瓶頸期，看似困擾，實則契機。如何理解這句話？您認為應如何度過科研道路上的瓶頸期？
錢前：科研瓶頸期有很多種。例如，前一項工作階段性地結束了，但新的工作方向還不明確；探索工作遇到重大挫折，取得的結果嚴重不符合預期；研究方向或其他條件發生較大變動，體系建立出現困難等。無論是哪一種瓶頸期，我們在做科研的過程中都一定會遇到。
在我看來，度過瓶頸期，要做到以下幾點。
要調整好心態。在做科研的過程中，遇到困難是常態。所以當工作陷入停滯，首先是要做好“甘坐板凳十年冷”的心理準備；其次，與其不斷重復焦慮，不如暫時停一停，跳出原有的思維方式，好好想想需要做什么，能做什么，怎么做。換一個角度去思考，也許可以另辟蹊徑。
要時刻關注學科的發展，多做方向性預判。除了自己的領域外，要多與其他領域的科學家進行交流，提高自己的認知水平和學科交叉能力。
以上這些都是科研人員順利度過科研瓶頸期的關鍵。當然，從管理層面看，通過提供相對穩定的支持保證科研隊伍穩定性，讓“冷板凳”能長期存在，也非常重要。
觀點聚焦
種子是農業的“芯片”，對于農業發展至關重要。而種質資源又是“種子芯片”上最核心的元件，任何突破性新品種的培育都建立在優異種質資源的挖掘與利用上。半矮稈育種、雜交稻三系配套等農業領域的重大突破已經充分證明了這一點。
經過幾千年的人工馴化，當代的水稻品種已經聚合了大量對人類有益的基因，親本資源圃同質化非常嚴重。在現有資源的基礎上繼續通過傳統育種的方式進行聚合，從而獲得突破性新品種的難度也越來越大。以各種種質資源為基礎，結合分子遺傳學、功能基因組學及高通量組學等方法，不斷挖掘新的重要功能基因及優異單倍型，利用基因編輯技術開展各種新種質的創制、鑒定、評價，進而應用于育種實踐，將是未來農業育種的必經之路。
本文鏈接：http://www.wbe-yiqi.com/news-2-436-0.html中國科學院院士錢前：育種技術數字化、智能化是大勢所趨
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