国家最高科学技术奖获得者、小麦远缘杂交育种奠基人李振声在20多年前向诺贝尔奖和平奖得主诺曼·博洛格(Norman Borlaug)发问：“您怎么会发起‘绿色革命’？”“绿色革命”指促进粮食增产的技术改革活动。20世纪中期，以博洛格为首的小麦育种专家培育出30多个矮秆或半矮秆的、具有高产、抗病等突出优点的小麦品种。墨西哥推广矮秆小麦以后，一举从粮食进口国变为出口国。

　　“植株矮、穗数多、产量高，新品种受到农民的欢迎。”博洛格当时告诉李振声，他看到前来参观的农民迫不及待地掐穗子装在衣兜里，心里暗暗高兴。中国科学院遗传与发育生物学研究所研究员李家洋及其合作者正在品尝这种喜悦。1月8日，他们的项目“水稻高产优质性状形成的分子机理及品种设计”获2017年度国家自然科学奖一等奖。作为项目推荐人的李振声告诉记者：“这个项目会引发一场新的‘绿色革命’。”

　　通俗来说，李家洋团队主要是为解决稻米的两个“好”——既“好看”又“好吃”。前者是指培育出分蘖数适宜、茎秆强壮、穗大粒多的高产理想株型品种，后者是指具有优良的食用品质。研究团队用了十余年发掘出决定水稻是否“好看”的关键基因。“水稻有着数万个基因，我们从中找到了控制理想株型的主效基因IPA1”，项目主要完成人、中国科学院上海生命科学研究院植物生理生态研究所所长韩斌说，IPA1在田间表现平平无奇，“但把IPA1优异等位基因导入水稻主栽品种中，可以重塑理想株型性状，使产量显著提高”。他们不仅给水稻“整形”，向国内水稻育种单位发放2000余份次理想株型种质，还育成“嘉优中科”系列水稻新品种，连续两年万亩示范平均产量比当地主栽品种增产20%以上，且适合机械化或直播等栽培方式。

　　科学上衡量水稻是否“好吃”则是依据胶稠度、直链淀粉含量和糊化温度。李家洋团队基于这三个蒸煮品质的理化指标，根据18个与淀粉合成相关基因的遗传变异，开发出51组分子标记，为分子标记辅助选育并改良稻米品质提供了工具。项目主要完成人、中国农业科学院中国水稻研究所水稻生物学国家重点实验室主任钱前说，他们把粳稻中淀粉合成相关基因的优良等位变异导入高产籼稻品种，为解决水稻产量与品质相互制约的难题提供切实可行的策略。需指出的是，上述做法不同于转基因技术。李家洋解释，“分子设计育种”不存在基因编辑，也没有引入外来基因，而是从水稻天然基因里进行筛选。

　　事实上，研究团队的第三项突出贡献正是高效挖掘与利用水稻优异种质资源。一方面，他们首创了全新的基因分型算法，构建出高密度的水稻单倍体型图谱。“筛选出千余份遗传多样性丰富的代表性水稻种质资源和地方品种材料，绘制出‘解剖图’，供育种学家不断组合出新品种。”韩斌说。另一方面，他们阐明水稻的起源及驯化过程，构建出水稻全基因组遗传变异的精细图谱。李家洋兴奋地告诉记者，“家谱”显示粳稻类型的栽培稻首先在中国南方珠江流域被驯化出来，人们在此基础上再驯化出籼稻品种。据统计，这个项目的研究成果已在国际权威学术刊物上发表论文120多篇，被《科学引文索引》(SCI)引用8000余次。评论称，它为水稻及其他作物分子设计育种提供了重要指导与示范作用。

　　科学家们并不满足于此，一组组数据压在他们的心头。中国以水稻为主粮，但粮食自给率下降到85%，2010年以后更是由大米净出口国转为大米净进口国，国家粮食安全面临的挑战日益严峻。李家洋说，2017年金秋时节，名为“嘉优中科1号”的超级水稻在江苏沭阳迎来丰收，测产结果为平均亩产达到900公斤以上，颇受当地种粮大户的青睐，“只有农民愿意种，这样的新品种才有意义”。(记者 张素)

　　出处：“绿色革命”新开端——记李家洋团队获国家自然科学奖一等奖.中国新闻网，2018年1月8日

　　　做“用得上、有影响”的成果 ——从寻觅“理想水稻”种子看原始创新 

　　

　　李家洋（中）正在考察水稻生长状况。中科院遗传发育所供图

　　水稻是世界三大粮食作物之一，人类对其高产的追求从未停止过。在近百年的历史上，以矮化育种为标志的“绿色革命”以及杂交育种技术，使小麦、玉米、水稻等作物的产量大幅度提高，养活了越来越多的人口。

　　然而，在人们“吃饱”的同时，粮食“量”与“质”的矛盾也开始凸显。科学家们在育种领域艰辛探索，希望培育出产量高、品质好的“黄金”种子。最终，这粒“理想水稻”的种子被我国科学家找到了。

　　以李家洋、韩斌、钱前、王永红、黄学辉为代表的研究团队，通过逾20年的密切合作，开辟了一条前所未有的“寻种之路”——“水稻高产优质性状形成的分子机理及品种设计”，引发了一场“新绿色革命”。2017年，该项目荣获国家自然科学奖一等奖。这条寻觅之路是如何开辟的？科学家们如何联手推开了水稻品种设计的大门？

　　白手起家：做好打“持久战”准备

　　国家最高科学技术奖获得者、中国科学院院士李振声曾倡导：农业科研领域的主要目标之一，是要为“新绿色革命”准备基因资源。然而，在那个育种学家们主要依靠“用眼看、用秤称、用尺量、用牙咬”的方式选育品种的年代，从分子机理和基因角度认识作物优良性状，可谓是科学研究尚需探索的领域。

　　1994年，李家洋全职回到中国科学院遗传研究所（现中国科学院遗传与发育生物学研究所，简称遗传发育所）。那时，国家并不富裕，科研经费整体紧张，对于基础学科的资助很少。

　　李家洋早已做好心理准备，他在30多平方米的旧实验室里白手起家，依靠研究所支持的启动经费，开始建立自己的实验室。开展研究工作，首要的是能保障课题组生存下去。为此，李家洋首先选择了在美国研究多年的拟南芥这一模式植物展开研究。他带领课题组潜心钻研，历时5年时间，在国内率先建立了植物图位克隆技术体系。图位克隆技术能够在不知道基因的表达产物、功能信息的情况下，把一个想要的基因从众多基因中分离出来。这为我国水稻功能研究奠定了重要基础，也为在水稻中进行基因克隆提供了技术路线。回顾过去，李家洋笑称：“这就像在全世界找一个人那么困难。不过当时从国外回来时，我们就已经做好了打‘持久战’的准备。”

　　“我国粮食和农业增产的形势十分严峻。”在诸多场合，李家洋反复强调这句话。转向水稻研究后，他心里想的是如何提高产量，如何才能改善稻米的品质和营养价值，提高其对自然灾害的抵抗能力，减少化肥农药的使用，实现对资源环境的保护。“围绕国家需求和巨大挑战，研究要具备一定的特色。”他为实验室的奋斗目标绘制了一张“蓝图”，即通过对水稻各种性状机理的剖析，培育出适合不同自然条件的高产、稳产和有营养的新品种。设计育种的想法，在李家洋的心中逐渐萌芽。

　　协同创新：把一件事做到极致

　　与李家洋共同“开荒”的还有钱前和韩斌。那时，钱前是遗传发育所“水稻分子遗传图谱和基因定位”方向的客座科学家。如今，他已是中国农业科学院水稻研究所稻种资源研究领域首席科学家，2019年当选中国科学院院士。“水稻的研究工作是极富智慧的，一株好的水稻要‘秀外慧中’，要求方方面面都‘恰到好处’。”这是钱前对水稻培育的愿景。共处同一座实验楼，有着共同的目标，李家洋和钱前很多时间都在一起交流如何开展水稻分子遗传学研究，常常讨论至深夜。

　　他们意识到，水稻最重要的性状是产量，产量性状中最难掌控的是分蘖。作为水稻等禾本科作物在生长发育中形成的一种特殊分枝形式，分蘖与水稻的穗数密切相关，是影响水稻产量的重要因素。于是他们决定从寻找控制水稻分蘖的关键基因着手。此后的7年里，他们创新研究材料，最终采用图位克隆技术克隆了第一个控制水稻分蘖起始的关键基因MOC1，开拓了水稻分蘖形成的分子机理研究新领域。实现了从“0到1”的突破，后续研究变得“得心应手”。李家洋带领王永红等团队成员克隆了影响水稻分蘖数目、株高、分蘖角度、穗大小、穗型、茎秆强度等株型特征的一系列重要基因。更关键的是，他们还发现了理想株型形成的关键基因IPA1，解析了IPA1介导的株型发育分子机理与调控网络。

　　1998年，国际水稻基因组测序计划正式启动。就在这一年，在英国剑桥大学从事植物病原菌分子遗传学研究的韩斌回国，入职中国科学院国家基因研究中心，牵头我国水稻基因组测序计划工作。如今，他已是中国科学院分子植物科学卓越创新中心主任，并于2013年当选中国科学院院士。韩斌带领团队完成了几千份水稻样品的测序，为各个品种的水稻制作了“基因身份证”，解开了栽培稻的起源和驯化之谜，找到了影响水稻品质的相关基因……综合各项研究成果，团队最终绘制出了“水稻基因图谱”，为育种专家提供了一份“基因指南”。这份“指南”使科学家只需取下水稻叶片，测一下水稻的基因，就能判断出品质的好坏和米粒的口感。这些原创成果的突破，使中国水稻科研处于国际领先水平，这靠的不是运气，而是科学家们“大规模、系统化”的密切合作、协同创新，以及“二十年磨一剑”的坚守与不松懈。钱前每年有1/3的时间泡在水稻田里。他说：“在艰涩、枯燥的科研工作里，唯有日复一日、不畏艰苦地把一件事做到极致，才能在自己的领域有所收获。”

　　造福人类：科学认知没有止境

　　茎秆矮壮、分蘖数量合理、穗多而粒大饱满——这是水稻育种学家心目中的理想株型。分子设计育种就可以选取相关性状的基因进行巧妙组合，培育出这样的“理想水稻”。

　　“就像搭积木一样，有针对性地选择需要的积木，更快更好地搭建出需要的建筑。”李家洋解释道。它能实现品种“定制化”，可以精确改良缺点，聚合多个优点，培育出的“理想水稻”既高产又优质，同时还能大幅度提高育种效率，缩短育种年限。水稻理想株型研究发现了推进水稻产量提高的遗传学基础，研究成果是“绿色革命”的新突破，为“新绿色革命”奠定了重要的理论基础。

　　“这是新绿色革命的开端，将推动农业育种走向分子设计时代。”李振声评价道，“科学研究工作既要有继承，也要有创新。从继承到前瞻，从实践到创新，每一步都要付出艰辛的努力。”历经20年的积淀与寻觅，他们终于迈出了分子设计育种实践的重要一步，让兼具高产和优质特性的稻米从实验室走向了餐桌。具有外观好、品质优、食味佳、抗病、耐逆和高资源利用率等优良特性的“嘉优中科”系列、“中科发”系列新品种已在长江中下游、东北平原大面积推广种植，真正实现了农业科技成果“用得上、有影响”。

　　目前，我国植物遗传学研究在国际上已处于第一方阵。但在李家洋团队看来，从基础研究到应用，再到产品和产业化，事业未竟——控制优良性状的基因尚待挖掘；如何打通政产学研商全链条之路还需探索；加速品种智能化设计，研发高通量筛选手段还需努力……

　　“科学总是在进步的，人们对科学的认知是没有止境的。”钱前说。“农业高质量发展在于科技创新，我们要做原创的、引领性的工作。”李家洋说，随着生活水平日益提高，人们对农业发展质量也提出了更高的要求，这就要求粮食生产不仅要高产稳产，还要营养安全，走绿色可持续发展之路。

　　李家洋希望国家进一步加大对农业科技研发的支持力度，力求使动植物育种技术、生物肥料技术、科学培育技术等为保障我国的粮食安全作出更大贡献。

　　出处：做“用得上、有影响”的成果 ——从寻觅“理想水稻”种子看原始创新.中国科学报，2020年4月7日

　　用一粒种子改变世界——李家洋

　　

　　出处：《我是科学人》第十五期：用一粒种子改变世界——李家洋

　　视频链接：

　　https://v.youku.com/v_show/id_XNDMzNjE5Mjk2NA==.html.

　　

  《科学的力量》——创新的刃

　　

　　出处：《科学的力量》第四集 创新的刃（下）

　　视频链接：

　　http://tv.cctv.com/2019/11/07/VIDEaeTWYyF4f3xYiaXGzyF6191107.shtml.

　

 　《科学家来啦》 第一期 专访李家洋院士

　　

　　出处：易秀传媒 | 顾问 《科学家来啦》 第一期专访李家洋院士

　　视频链接：

　　https://www.iqiyi.com/w_19s8z1guqd.html.

　　

   简评：

　　《尚书》有言“惟精惟一”，告诫世人要把心思镇定下来，一心一意的把一件事做到极致。李家洋团队通过多年研究确定了调控水稻产量和品质的主效基因，并阐明了其分子机理。在此基础上，通过分子设计育种技术，精准选出高产与优质的控制基因并“组装”在一起，寻觅出“理想水稻”种子，从而破解水稻“高产不优质、优质不高产”的难题，做“用的上，有影响”的成果，掀起了“绿色革命”的新开端。真正的专业，从来都不是完成最基本的工作，而是把一件事做到极致，李家洋团队用行动印证了新时代的科学家精神。

　　科技正在掀起中国人饭碗里的革命，未来中国科学技术的发展会更加快速，并逐步走向世界科技的前沿，中国的发展也会在这一条由科学技术铺就的康庄大道上往前走，而这条康庄大道又需要很多的石头去铺就。“今后，我希望自己依然还是一块坚守在岗位上默默奉献的铺路石”， 李家洋院士的这句话鼓舞着新一代的青年科学家。作为发展历程的亲历者、践行者，在科技发展的新时代，我们每一位从事科学研究的青年人有着义不容辞的责任。李家洋院士团队以国家需求为己任，奋发图强，追求创新，其个人也是一名优秀的共产党员，他平易近人、积极带头参加支部各种活动，处处展现模范带头作用，是我辈学习的典范！

　　                                   推荐人/单位：遗传发育所基因组中心第一党支部

　　                                           2020年4月12日