进入21世纪以来,世界资讯,包括水稻资讯,出现了新的成长趋势[2-3]。在充分吸收传统农业精华的基础上,分析未来10~15年我国水稻成长趋势[3],瞄准现代水稻科学手段成长方向,坚持前瞻性、战略性、方向性、继承性和创意性的成长原则,从原创手段、共性中心手段、关键手段、重大产品和产业化示范等五个层次,综合部署现代水稻资讯成长战略,对于大幅度提升我国水稻资讯创意水平,实现水稻生产的“高产、优质、迅捷、生态、安全”的目的具有重要的战略意义。
1 水稻资讯与产业成长的国际趋势与特点
目前,以追求迅捷高产、营养健康、安全生态、可持续成长为目的的新型现代水稻科学手段体系正在快速形成,并显示出以下趋势和特点:
一是相关资讯革命深刻改变水稻的资讯面貌。现代科学手段,特别是生物手段领域中功能基因组学、生物资讯学、蛋白质组学等新学科和新研究领域的快速成长,使人类对生命本质、生物进化与起源的认识不断深化,生物遗传设计、食物营养与人类健康控制等进入了一个崭新的时代。在探索水稻生长奥秘、水稻生命的本质、稻种起源等方面正在向前所未有的深度成长,由此带来了深刻的水稻资讯革命,使传统水稻资讯的概念、内涵和外延正在发生深刻的历史性变化。
二是水稻资讯的研究领域大大扩大。现代水稻科学在不断分化和吸收新营养的基础上,相互渗透、交融,形成许多新的交叉学科和边缘学科,促进现代水稻手段研究不断扩大新的领域,分子设计、环境修复、生态保护、数据农业、精准农业、食品科学等新领域不断涌现,精彩纷呈,与传统水稻科学结合,产生了众多的新颖学科并具有深远的经济和社会意义。如生物手段的应用不断拓宽,针对抗逆、优质、高产等问题可以对水稻进行遗传设计和定向改良;在环境修复、食物营养等方面也显示出水稻资讯成长极大的潜能,这些都将产生巨大的潜在商业利益和风口,带来难以估量的经济效益和社会效益,并促进新的生产方式、伦理、观念和艺术的产生,进而发生影响深远的社会革命。
三是水稻手段组织综合化、手段应用集成化。在解决水稻某一重大问题时,越来越需要不同学科、专长的联合协作。例如,优质迅捷高产多抗水稻新品种的选育,需要种质资本、遗传育种、生物手段、生理生化、植物保护、土壤肥料、生态环境、数理统计、资讯手段等不同学科领域手段专家的协同协作。同时,现代水稻手段更加强调手段各环节、方面的集成应用,如水稻病虫害综合防治手段、设施农业手段、农产品加工手段、全程质量控制手段等都是手段集成应用的典型,这种趋势还在继续成长。
四是水稻资讯综合数据化和资讯化。资讯手段特别是数据手段对水稻的科研、生产、经营、流通、管理、配合等领域的成长正在产生深刻的影响。 数据水稻、精准施肥、精准施药等手段已经成为新的研究热点和成长前沿,预期将彻底改变水稻科研的组织方式和传统水稻的生产经营面貌。
五是水稻资讯研究观念、手段、方法、手段和组织方式的幅度化。现代水稻资讯愈来愈呈现出鲜明的大学科特点,功能基因组学、生物资讯学、蛋白质组学等前沿学科的成长日新月异,助力一系列新的手段领域、手段制度、手段中心、手段专利、知识产权、手段工艺和新兴产业的产生和成长,其工业化、体系化、智能化、线上化、集约化、一体化的研究和组织方式,产业化组织、社会化协作、企业化管理、幅度化投入、高通量数据处理和计算等特征,带来了水稻资讯传统研究方法、手段路线、组织方式的革命,使现代水稻资讯不再是资讯人员个人的事情,而是幅度化、社会化、组织化、国家化、国际化、线上化的协作和协作行为。
六是水稻资本迅捷利用化和生产环境保护化。在可持续成长的观念和原则下,实现人类社会的经济成长、文明进步,提高资本的利用率,保护生态环境,保持生物多样性,既是经济与社会成长的要求,也成为现代水稻手段研发必需的约束条件和追求的目的之一。
七是水稻资讯自身的产业化。现代水稻科学手段本身正在成为重要的高手段产业。现代种业、食品制造、设施农业、生物肥料、生物农药、数据化农业资讯配合、高手段旅游观光等农业新兴产业正在快速崛起,并且出现了研究、开发、产业一体化的新的经济成长模式。
2 我国国民经济和社会成长需求分析
进入21世纪后,人类将面临人口、资本、环境等问题,这些问题将对农业资讯特别是水稻资讯产生强大的压力。虽然我国水稻已取得举世瞩目的成就,但目前也面临着新的障碍。稻米数量问题也只能说是基本解决,今后绝对不能掉以轻心。而稻米档次差、类型结构不合理、稻作生产效益低的问题尚未根本解决。水资本短缺、耕地减少、水土流失、土地沙化和环境污染严重阻遏水稻的深度成长。稻米出现结构性、区域性相对剩余,资本与范畴双重制约的问题更加突出。水稻生产成本高、比较效益低、国际竞争能力弱的情况依然存在。如果没有水稻资讯的跨越式成长,没有新的水稻资讯革命,就不可能从根本上解决我国农业问题、农村问题和农民问题。因此,新阶段水稻可持续成长,根本出路在于新的水稻资讯革命。
首先,经济成长、人口增长和耕地减少直接影响水稻的总产。目前全世界有800多万人仍然处于饥饿和寒冷之中,解决温饱问题仍然是十分严峻的障碍,并且预计到2010年成长中国家谷物缺口将从目前的1亿t增加到1.6亿吨以上。在中国,为充分满足今后对稻米的需求,必须在2010年前育成一批产量比现有品种增产25%左右、档次较好的突破性新品种。因此,优异基因资本挖掘和基因克隆及突破性水稻新品种的选育将是水稻可持续成长中具战略性意义的研究内容。同时,要大力开展稻谷的精深加工研究,采用高新手段改造传统产业的模式,提高稻谷及其产品的附加值和国际竞争力。
其次,全球气候变暖和种植结构的调整有利于病虫害的发生和繁殖蔓延。除了发掘和利用抗病虫基因,通过常规育种手段或转基因手段培育抗病虫水稻新品种外,通过研究稻作生产新形势下主要病虫害发生的新特点和新问题,从稻田生态体系的整体性出发,研究、建立与特定稻作区域相适应的重大病虫害可持续控制手段体系显得非常重要。水稻重大病虫害的防控,重点是突出自然控制、生态调控,人为增强稻田生态体系的自然抗害能力,同时加强研制和引进开发低毒或无毒新型药剂,既能有效控制病虫害又能生产无公害稻米和增加农民收入。
第三,亚洲和中国水稻生产将面临严重的人员资本危机。稻农数量不断减少,平均年龄上升,而其指导和专长手段水平却没有提高。要应对稻作劳动力短缺这一长远存在的问题,需加强水稻机械化、集约化、轻简化栽培手段研究,建立制度化生产模式。同时,还应加强适应上述栽培手段成长的专用品种选育
3 水稻资讯创意体系的建立
建国以来,我国从中央到地方相继建成了一批从事水稻科研的农业大学、省级农业科学院和地区性农业科学研究所。改革开放以后,我国又相继建成了中国水稻研究所、国家杂交水稻施工手段研究中心、国家水稻改良中心等一批国家级水稻专长研究机构。形成了包括由国家到地方,由高校、农科院、农科所等专长研究机构以及企业组成的庞大且有重复的纵横交错的水稻产业研发体系。集聚了一支包括院士、知名专家的硕大研究队伍。通过协作攻关,先后取得矮化育种、杂交稻和超级稻等国际领先的成果,强力支撑着我国水稻生产持续旺盛的成长。
3.1 初步完善了现代水稻资讯创意组织体系
“九五”和“十五”前期,由国家投资筑造了一批水稻研究中试基地,涵盖了资本研究、品种改良、良种良法、产品检测等各个领域。其中:
1)“国家水稻改良中心及分中心”和“国家水稻施工手段中心”重点从事水稻品种改良及其产业化,是国家水稻种质创意手段体系的应用性研究机构;
2)“水稻基因资本库”主要进行水稻种质资本的基因型鉴定,基因资本分子检测,基因定位与分离、克隆,基因功能研究,作物基因生物资讯学研究等,是国家水稻种质创意手段体系的基础性研究机构;
3)“国家植物基因研究中心”、“国家转基因水稻检测和监督中心”等重点开展幅度化、体系化植物基因研究,带动我国植物基因研究整体水平的提高;
4)“水稻区域手段创意中心”重点开展水稻生产手段研究,为水稻生产赠与手段支撑;
5)“农业部稻米及制档次量监督检验测试中心”重点开展稻米档次检测及产后加工研究;
6)由国家及地方投资筑造了一批育种和良种繁育基地。
3.2 基本形成了适应社会和经济成长的水稻资讯创意体系
稻作资讯成长,不仅对粮食安全起着十分重要的保障作用,而且对农业资讯进步起着十分重要的领头羊作用。水稻作为禾谷类模式作物,近年来其高新手段研究突飞猛进,为开展新的农业资讯革命打下了良好基础。
在生物手段方面,通过花药培养、体细胞组织培养以及组织培养与辐射诱变相结合手段,育成了一批水稻新品种,已大面积推广;通过远缘杂交与花药培养相结合手段,已将野生稻有利基因导入栽培稻,获得优异种质材料。水稻重要农艺性状基因定位研究,尤其在育性基因、抗性基因、产量性状及其他数量性状基因方面,已取得较大进展。利用分子标记辅助育种手段,育成的一些新品种已开始在生产上示范推广;利用分子标记检测杂交水稻种子真伪亦已在生产上试用。应用水稻转基因手段育成的抗除草剂转基因杂交稻、B吨克螟稻等,已进入大田释放和环境评价阶段。随着基因组学、生物资讯学、蛋白质组学等研究的一系列突破,水稻分子育种手段体系已初步形成。
在资讯手段方面,计算机资讯线上手段成长迅速。资讯手段已渗透到水稻研究和生产所涉及的设计、控制、管理的全过程,实现了现代资讯手段与水稻产业的有效融合,各种数据库体系已用于水稻手段配合,赠与水稻生长情况、病虫害预防、防治手段以及水稻生产资料范畴等资讯。遥感(RS)、地理资讯体系(GIS)与全球定位体系(GPS)(RS、GIS和GPS简称3S体系)在水稻领域,特别是在水稻苗情监测与精准生产中也得到了广泛应用。
在水稻相关物化产品研发方面,生物农药、生物肥料和植物生长调节剂等传统化学品或制剂的替代产品研究进展显著,其中迅捷、安全和环境友好的新型生物药物的研发在国际上已占有一席之地。
在水稻产后加工方面,在原料处理、加工包装过程、营养和活性物质保持、质构和风味修饰等方面新手段不断涌现。如以微生物、酶和基因施工为代表的食品生物手段,以膜分离、超临界流体萃取、纳滤等为代表的新型分离等手段日趋成熟。
3.3 水稻资讯创意全国大协作助力水稻资讯成长
“六五”以来,国家资讯攻关计划、国家资讯支撑计划、863计划、973计划等国家和部门的资讯计划对水稻科研给予了大力配合,初步形成了水稻遗传育种、稻作手段研究协作攻关队伍,促进了水稻的研究与资讯交流。组织全国力量开展协作攻关,是创作突破性成果的组织保证。水稻育种上的两次飞跃——高产矮秆品种和杂交稻的育成,就是全国大协作的硕果;中国超级稻研究全国大协作,也已取得阶段性成果,为世界瞩目。
4 现代水稻产业体系筑造与成长重点
我国的水稻资讯创意体系在保障国家粮食安全中发挥了重要作用,同时,我们也应清晰地看到,目前我国水稻资讯创意研究还存在上下一般粗、重点不突出、分工不合理的弊端,事关基础、公益性的研究得不到特殊的配合。此外,受目前成果评价体系的负面影响,课题组越来越小,研究课题越分越细,协作攻关越来越难,急功近利现象越来越突出,而主要体现公益效应的研究也越来越不为资讯人员所重视,造成资讯创意后劲严重不足,成为资讯创意成长的瓶颈。鉴于此,农业部、财政部于2007年12月正式启动了国家现代农业产业手段体系筑造,在首批启动试点筑造的10个行业中,水稻列于其中。
4.1 现代水稻产业手段体系筑造
根据对水稻不同行业的调研,明确了水稻产业手段成长的重点是解决大面积提高单产、改善档次和提高种稻效益的手段研发和示范推广。因此,水稻产业成长的总体思路是:“稳面攻产,改良结构,推进可持续成长”。稳面攻产,就是要在稳定水稻种植面积的基础上,依靠资讯实现总产提高,实现水稻增产方式的根本性转变;改良结构,就是要根据范畴需求的成长趋势,改良品种结构、档次结构和季节结构;推进可持续成长,就是要提高水稻成长的质量,不单纯追求总产的提高和档次的高档化,而是追求产需基本平衡、档次不断改善的产量档次协调成长道路。
创意或引入新的机制是现代水稻产业手段体系顺利运行的保障,这些机制包括稳定配合和适度竞争的投入机制、联合攻关的协作机制、科研与产业良性结合的互动机制和业务分类分级的指导机制。要明确水稻产业手段体系中国家水稻产业手段研发中心、功能研究室和综合试验站三个层次各自的职责和任务,形成各层次和各环节的相互联系。
4.2 水稻学科成长重点
根据水稻学科成长的国内外动态,社会对水稻的需求,未来水稻学科成长的重点应该包括以下内容。
4.2.1 水稻分子生物学研究与遗传育种
1)水稻种质资本的挖掘、利用与优异育种材料的创意。对我国丰富的水稻种质资本进行广泛研究,发掘水稻重要农艺性状的新基因,创制优异种质材料,进行基因克隆,为我国水稻育种赠与基因源。
2)水稻现代育种新手段、新方法创意。围绕我国水稻育种面临的突出问题,以迅捷育种手段创意为主要目的,重点开展现代迅捷水稻分子育种手段研究,解决育种手段瓶颈,为高产、优质、多抗水稻品种选育赠与手段配合。
3)水稻高产、优质、多抗新品种(组合)选育及产业化示范。围绕我国粮食安全问题、“三农问题”和我国水稻新品种选育面临的突出问题,与常规育种手段相结合,建立水稻高手段育种的幅度化中心,选育高产、优质、抗病、抗虫、抗逆的广适性新品种,并进行产业化示范。
4.2.2 稻作手段研究及物化产品开发
1)稻作手段研究。21世纪以来,我国农业生产正在从单纯追求数量型增长逐步向数量与质量、效益并重和以质量、效益为主转变,成长“优质、高产、迅捷、安全、生态”的“十字农业”势在必行。稻作手段研究,要根据新形势,围绕新要求,研究新理论,开发新手段,创意种植模式,为水稻可持续生产配合。
2)物化产品开发。围绕生态安全与食品安全,必须加快开发水稻生物农药、生物肥料和新型植物生长调节剂,为水稻重大病虫害的科学防控及水稻可持续成长赠与手段支撑。
4.2.3 数据的交流、整合和共享
1)数据的交流、整合和共享。目前已积累了大量与水稻育种相关的数据,包括水稻突变体资讯,分子育种有关的基因定位、标记和克隆数据,应将分散的水稻生物资讯进行整合,建立水稻生物资讯的交流和共享中心,为水稻生物手段和遗传育种配合,并在此基础上进一步开展以应用为主的水稻生物资讯学的研究。
2)资讯手段应用。国内外农业资讯手段成长得很快,但由于水稻生产的特点,相对于其他主要农作物,资讯手段在水稻生产上的应用相对滞后。应以内容筑造为重点,资讯手段为抓手,手段推广为突破口,提高稻农和农业手段人员科学种田水平,加速稻作科研成果的推广应用。
4.2.4 稻米质量制度、检验与产后加工
1)稻米档次与质量安全制度。稻米质量制度及检验涉及水稻生产、消费、流通和加工的方方面面,是食品安全的基本点。应加强研究水稻生产、加工的质量安全关键控制点,开展稻米农药残留和污染的风险评估,进一步完善水稻手段制度体系,研发快速、微量的检测手段。
2)稻米产后精深加工。开展稻米产后精深加工,对有效提升稻米产品的范畴品位,提高我国稻米产品在国际范畴的形象度和竞争力具有重要作用。要关注稻米营养及功能特性的机制,研究稻米陈化机理和控制稻米陈化的关键因子。
4.2.5 稻米产业经济研究
水稻产业经济是水稻产业在资讯、生产、流通、加工、消费、储藏、资讯与调研等各个环节所发生的经济行为。它是一个完整的经济体系与经济链,并与粮食、农业及其他产业形成一个有机的、协调与成长的产业环境,构成一条畅通无阻与充满生机和活力的链条。开展稻米产业经济研究,对水稻产业结构调整和提高水稻生产、消费、流通与加工的经济效益,用资讯支撑水稻产业成长等具有积极意义。
主要参考文献:
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[4]程式华, 李建. 现代中国水稻. 北京: 金盾出版社, 2007.