[编者按]在上海市科学技术委员会资助（项目编号：22DZ2304300）下，澎湃新闻联合《世界科学》对获得国家及上海市科技奖励的获奖成果进行科普化报道。
本篇报道围绕2020年度国家科学技术进步奖一等奖项目“水稻遗传资源的创制保护和研究利用”展开。该项目由上海市农业生物基因中心研究员、首席科学家罗利军领衔团队联合完成。
节水抗旱稻与传统水稻对比试验
种水稻也能节能减排？
罗利军看起来像农民。他戴着草帽，经常下田，脸被晒得黑红。作为一位扎根土地的农业科学家、水稻育种专家，他的研究成果也在这片他深爱的土地上孕育而生。
他说，育种是一门艺术，所以，他离不开土地。“品种不好的话，老百姓会骂你的。”
水稻是我国最重要的粮食作物之一，近年来，水稻种植过程中耗水量大，化肥农药施用量增加。中国现有耕地中，有70%是中低产田。罗利军瞄准了中低产田。他带领团队培育的节水抗旱稻，甚至种在旱地里也能高产至600公斤。目前年栽种面积已经超过500万亩。
现在，他的目标是在国内新增水稻种植面积1亿亩，增产稻谷500亿公斤，减少200亿吨水稻生产用水，减少200亿公斤碳排放。
2021年11月3日，上海市农业生物基因中心研究员、首席科学家罗利军领衔团队获得了2020年度国家科学技术进步一等奖。这是上海市农业领域研究成果首次获得这一奖项。
前述获奖项目还针对亚非国家生态条件选育了32个新品种，在生产上推广，产生了显著的国际影响，助力“一带一路”建设。
水稻也要“节水+节能减排”？
10万年前，野生水稻就已在长江下游地区分布，为先民利用、驯化水稻提供了条件；约1.1万年前，水稻实现驯化，从而开启了稻作农业的起源。
这是中国科学院地质与地球物理研究所等单位5月24日在国际学术期刊《科学》（Science）在线发表论文中报告的发现。
时至今日，人们仍在不断地培育水稻新品种。
“一般而言，生产一公斤稻谷需要消耗一吨淡水。”罗利军说，这种方式不可持续。中国水资源有限，是全球13个严重缺水的国家之一。
罗利军介绍，在我国4.5亿亩的水稻田中，有1.8亿亩缺水。北方部分稻区地下水超采，南方部分稻区旱灾频发。此外，在4.5亿亩稻田以外，中国还有大量的盐碱地、滩涂地可以利用。
罗利军决定在1.8亿亩缺水的水稻田中“做文章”，他的目标是，至少让5000万亩在缺水的条件下实现高产稳产。
罗利军说，“我国的超级稻育种，较好地解决了高产稻田的问题，但是中低产田的问题还是要解决，还比较难。还要考虑到节水。”这是罗利军算的“大账”。
“我一直认为水稻（育种）的发展方向应该是，从国家层面上来讲，是资源节约、环境友好；从农民的角度上，是农田增值，农民增收。”罗利军说。
他带领团队培育的节水抗旱稻既可以像水稻一样在水田里进行节水栽培，又可以像小麦一样在旱地种植。
基因资源库
创新的源头：在上海研究农业，有前途吗？
民以食为天。农业事关粮食安全。
“（但）农业是不受待见的。”罗利军直言。他说，“一杯星巴克要卖几十块钱，一斤稻子才卖两块钱。”“哪一天，大家不（争着）读清华、北大，（而争着）读农学院了，农业的地位就高了。”
身处上海大都市，罗利军表示，他不只是要种上海的田，而是要种全国的田。“上海才多少面积？我们应该是原始创新的一个源头。”“上海的农业研究，要产科学技术，要产优良品种，而不仅仅是产粮食。”
“我很感谢上海市科委（上海市科学技术委员会）。我最困难的时候，是拿科委的基础研究的资助。”罗利军表示。
2003年，罗利军团队培育出世界上第一个旱稻不育系“沪旱1A”，并选育出中国南方第一个节水抗旱稻品种，逐步完成三系配套，实现了节水抗旱杂交稻零的突破。罗利军因此被称为“从稻种资源宝库中不断挖掘金矿的农业基因专家”。
经过10多年的努力，罗利军团队已经培育出包括籼型、粳型、杂交和常规四个系列的节水抗旱稻品种（组合），并在生产上大面积推广应用。
如今，罗利军团队选育的节水抗旱稻用一吨水可以产1.36公斤至1.4公斤稻谷，它的水资源利用效率提高了30%以上。
在不降低产量和米质的前提下，节水抗旱稻可少灌水53.3%，少施化肥47.7%，而且大幅度地减少农业面源污染。其中，总氮和总磷的排放量分别降低69.0%和36.6%，农药使用量减少80%以上，大幅度减少碳排放，从而实现了“资源节约、环境友好、农田增值、农民增收”的绿色农业生产目标。
把论文写在大地上：育种是一门艺术
长在山上的水稻，你见过吗？
早在1988年，罗利军在广西进行稻种资源考察，他第一次见到了传统的旱稻。
当地山民通过放火烧山，清理出山坡空地，然后直接撒播或点播种子。10月中下旬，他们就开始上山收割。
虽然产量较低，但望着满山的旱稻，罗利军被其顽强的生命力震撼。他意识到，如果能整合旱稻的优势，培育出新品种，就能为水稻种植开辟新思路。
罗利军和团队研究发现，旱稻之所以产量往往较差，原因可能是产量基因与抗旱基因连锁，且作用相反。
他培育出了第一个兼顾抗旱性状和高产性状的新型旱稻品种——节水抗旱稻。通过聚合旱稻品种的抗旱性与水稻品种的高产优质特性，罗利军团队先后育成包括杂交和常规多个系列的节水抗旱稻。
节水抗旱稻只是罗利军众多的科研成果之一。
他告诉澎湃科技，获得2020年度国家科学技术进步奖一等奖的项目包括三个方面：第一个是水稻种质资源保护与利用平台，第二个是“整个基因的挖掘，是理论的创新”，第三个是选育出一大批优良品种，并进行了大面积推广。
“育种是科学与艺术的结合。”他说，“目前，（在）我们没有完全把抗旱的机理搞清楚的情况下，常规的育种是最有效的。反过来讲，在这个基础上改变了抗病抗虫（的性状），那么现代生物技术是有效的。”
通俗地讲，育种是通过一定的方法，把好的品种培育并选择出来，然后加以推广。选品种就是在选基因组合。好的品种，根本上是基因层面上的“优异”，加上良好的田间管理，最终获得丰收。想办法把好的基因搭配在一起，组合在一起，再选出来，这是育种家的工作。而把基因搭配的方法，包括杂交或者基因编辑、修饰等操作，它们带来的都是基因层面的改变，最终表现在品种的性状上。
基因是什么？
动植物的遗传信息主要储存在长长的DNA（脱氧核糖核酸）链中。基因可以被看作是一段或几段DNA，它是决定着农作物优良性状的遗传物质的最小单位。而育种，就是筛选不同的基因，然后组合在一起。
从野生稻到驯化后的水稻，上万年的驯化过程中，累积出一个金矿一样的水稻基因宝库。
为了让这门“艺术”更加精湛，罗利军带领团队搭建了全球最大的水稻功能基因资源库。历时20年，他们在全球范围内收集保存和评价水稻种质资源，建立了国内领先、国际先进的“一库三系统”的种质资源保护和利用体系，实现种质资源库全程信息化可追溯管理。他们将全球93个科，360个种，总共23万余份种质资源收集至上海。在高秆和矮秆、糯性和非糯性、抗倒伏和易倒伏等各类性状中，筛选最适合中国土地上耕种的、能够提高产量的种质资源。
罗利军致力于挖掘不同的高产、优质、抗旱、抗病、抗虫等基因，在此基础上进行创新：研究抗旱机理，进一步提高相关品种的抗旱性；把产量要做得像超级稻那么高；改善在种植过程中的整套栽培技术，提高抗病虫害的能力；改良米质，以适应不同地区人民的爱好。
“最后一步必须要到田里去。”罗利军强调，“在实验室里，它看上去很好，但这跟田间实际环境完全是两码事。”“品种不好的话，老百姓会骂你的。”
罗利军和他的团队还设立了“1522”发展目标：要在国内实现新增水稻种植面积1亿亩，增产500亿公斤，减少200亿吨水稻生产用水，减少200亿公斤二氧化碳当量的碳排放。
他办公室的墙上挂着一幅书法作品：大稻自然。罗利军的声音温和、坚定。他带领着团队在金色的稻田里一往无前。
