王克剑带领团队在水稻田插秧。
■本报记者 李晨
在农业科学领域，无融合生殖被誉为“育种家的梦想”和“农业研究的圣杯”。这种通过种子进行克隆繁殖的方式，使优良杂交种后代性状不发生分离，实现一次育种、代代可用。
这也是中国工程院院士袁隆平研发的杂交水稻技术想要实现的最后一步。无融合生殖技术的实现，不仅有望大幅降低种子成本，还将彻底变革作物育种方式。
近期，在国家自然科学基金区域创新发展联合基金项目“水稻无融合生殖分子机理研究”（以下简称区域创新发展联合基金项目）支持下，中国科学家在水稻无融合生殖研究中取得突破性进展，为这一梦想照进现实提供了关键支撑。
迎难而上：锁定无融合生殖“硬骨头”
“稻田是我儿时最深刻的记忆。”这句朴素的告白，折射出中国水稻研究所研究员王克剑与农业的不解之缘。
2000年高考后，王克剑被扬州大学农学专业录取。随着深入接触遗传学研究，他不仅被其科学魅力吸引，更意识到我国农业与发达国家相比仍存在较大差距。2013年，王克剑加入中国水稻研究所，从基础研究转向应用导向的研究。
深入田间调研后，王克剑发现，杂交稻种子价格是常规稻种的10倍以上，而且一旦遇到极端气候或贸易争端，就可能导致种子价格飙涨甚至断供，为粮食安全埋下严重隐患。这一现实问题让他坚定了研究方向：“要把更优质的种子送到农民手中。”
水稻是中国乃至全球的主要粮食作物，杂交水稻技术的推广曾带来产量的飞跃。然而，“对于育种家和种子企业而言，必须每年进行繁琐的杂交制种工作，耗费大量人力、物力和土地资源”。王克剑指出，这限制了杂种优势的进一步推广应用。
无融合生殖技术有望彻底解决这一难题。早在1987年，袁隆平就提出了杂交水稻育种的“三系法、两系法和一系法”发展战略，其中“一系法”即通过无融合生殖固定杂种优势，是杂交水稻的终极战略目标。
然而，杂交稻性状固定是困扰全球农业科学家数十年的难题。由于机制复杂、研究难度大，国际上的相关研究一度陷入低谷。20世纪30年代，国际学术界提出利用无融合生殖固定杂种优势的设想，欧美投入大量资源竞争，我国自20世纪80年代起攻关，却始终未果。
面对这片“无人区”，王克剑将无融合生殖定为团队主攻方向。“这像是摸着石头过河，但只要有突破，就能给农业生产带来巨大的普惠价值。”
区域创新发展联合基金项目的目标正是引导科研力量聚焦此类国家和区域重大需求。“项目在引导科研力量聚焦国家和区域重大需求方面发挥了关键作用。”王克剑表示，“这种‘需求牵引、问题导向’的布局，确保了研究与国家粮食安全战略同频共振。”
资源整合：跨机构协同攻关
2017年，王克剑团队利用基因编辑技术敲除4个与水稻生殖相关的基因，使杂交稻绕过减数分裂和受精过程。2019年1月，相关研究成果在《自然-生物技术》以封面文章的形式发表，宣告中国科学家首次成功获得杂交水稻克隆种子，实现无融合生殖杂交水稻“从0到1”的突破。
该成果引起国际学术界广泛关注。“杂交水稻之父”袁隆平发文祝贺：“这项工作证明了杂交稻进行无融合生殖的可行性，是无融合生殖研究领域的重大突破。希望再接再厉，早日将一系法杂交水稻应用到生产。”
至今，王克剑回忆起此事仍激动不已：“袁先生的鼓励为团队增添了温暖动力，促使我们加快成果研发。”
在实现“从0到1”的突破后，无融合生殖领域仍有多个关键科学问题亟须解决，包括一系法杂交稻杂合基因型遗传稳定性、提高克隆种子诱导率，以及多倍体水稻的生长发育机制。这些问题通过“行业需求+科学前沿”凝练出来。例如，行业需要解决杂交稻制种成本高的问题，而科学前沿则聚焦减数分裂、胚胎发生等基础生物学过程。
区域创新发展联合基金项目成功整合了全国优势科研力量，联合了中国水稻研究所、南京农业大学、浙江师范大学等多家高校和科研机构，形成了协同攻关的“国家队”，实现了基础研究与应用研究的无缝衔接。
王克剑带领团队建立多基因编辑系统，创新变体基因组编辑工具，试图通过基因敲除技术让杂交稻绕过有性生殖，直接产生克隆种子。
然而，实验室数据与田间效果的反复落差让研究屡屡受挫。“经常发生的情况是，测试数据完美，一到田间就出问题，一切都得推倒重来。”作为团队领头人，王克剑始终鼓励成员：“前沿科技探索必然伴随不确定性，需要我们付出更多时间和努力。”
王克剑营造多学科融合的氛围，制定创新机制，让每个成员都能迸发潜能。一个典型案例是“水稻八倍体种质创制与鉴定”课题。王克剑团队承担创制材料和表型考察，南京农业大学教授张文利团队进行基因组分析，浙江师范大学教授饶玉春团队负责实验室验证，最终首次创制出八倍体杂交水稻资源。
另外，针对无融合生殖杂交水稻能否稳定遗传的科学问题，他们通过对多个世代材料的基因组、甲基化和转录组分析，证实了克隆后代在表型、基因组水平和基因表达上均高度一致，无融合生殖杂交水稻在不同世代间能保持遗传稳定性。
“这些成果不仅揭示了无融合生殖杂交水稻的遗传规律，还为作物育种提供了新思路。”王克剑解释说。
技术突破：从概念验证到高效应用体系
“我们在杂交稻中首次引入无融合生殖特性，成功实现了无融合生殖杂交水稻‘从0到1’的突破，但是，目前的策略仍然面临结实率低及诱导率低等问题。”王克剑告诉《中国科学报》，解决这些问题是培育杂种优势固定作物的关键前提，将有助于实现无融合生殖 “从1到多”。
随后，王克剑带领团队在关键技术上取得系列突破。首先，团队利用基因编辑技术敲除PAIR1、REC8、OSD1等基因，在杂交稻“春优84”中建立了新的人工无融合生殖体系，成功获得克隆种子。随后，通过优化策略，团队将克隆种子诱导率从初期的不足5%提升至近100%。
“我们建立了正常结实率的无融合生殖体系，结实率可达80%以上，已达到商业化标准。”王克剑说，这些成果正加速向应用转化。他们创制的6份无融合生殖种质资源已在试验田多代试种，初步显示应用潜力。
区域创新发展联合基金项目还实现了杂交稻杂合基因型的固定与稳定遗传，为区域可持续发展提供了技术支撑。“一经推广，杂交稻种子成本有望从现在的20至100元/斤降至常规稻水平（2至5元/斤），直接惠及农民。”王克剑算了一笔经济账。
王克剑告诉《中国科学报》，区域创新发展联合基金项目是培养创新人才的平台，共培养研究生10名、在站博士后1名，多名青年科研人员快速成长。通过参与国家级项目，团队在原始创新和自主可控技术上显著提升。
目前，全球粮食作物无融合生殖研究竞争呈白热化状态。美国、法国、澳大利亚团队在水稻和高粱等作物方面进展迅速，有的已进入田间试验。《自然》杂志发文称，这项技术可能“带来第二次绿色革命”。中国团队在区域创新发展联合基金项目支持下，正从跟随走向并行，未来有望实现领跑。
尽管取得了很多成绩，王克剑始终保持科研人的清醒。“我们只是证明了无融合生殖方式的可行性，以后还需要更多学者共同参与，这条路才能越走越宽。”他常以中国水稻研究所科研楼中的标语自勉：“一粒种子可以改变世界，一项技术能够创造一个奇迹。”
“从实验室成功到田间应用仍有很长的路要走，但只要有种子，就有希望。”王克剑说。
《中国科学报》：请问区域创新发展联合基金项目是如何支撑你和其他团队一起攻克无融合生殖难题的？
王克剑：区域创新发展联合基金项目的支持帮助我们打破了单位壁垒，吸引了全国相关领域的优势团队。这种跨区域、跨部门的合作，不仅共享了实验平台和数据集，还避免了重复研究，提升了资源利用效率。
在项目执行中，不同学科背景的团队通过定期数据共享和研讨交流实现了深度融合。区域创新发展联合基金项目为这种协同创新提供了制度保障，如设立交叉学科项目激励机制，鼓励团队发表联合成果。
《中国科学报》：结合你在无融合生殖这一重大课题中的经历，你认为区域创新发展联合基金项目在支持和培养青年科技人才、解决产业关键问题方面最主要的成功经验是什么？
王克剑：区域创新发展联合基金项目的成功经验在于，一是以需求为导向，确保基础研究与地方需求不脱节；二是机制灵活，促进跨界跨单位合作；三是相对稳定的支持，允许长期攻关。
对于未来，建议进一步优化区域创新发展联合基金项目机制：一是提升包容度，对“从0到1”的原始创新和需要长期投入的“硬骨头”课题，给予更大的探索空间和耐心；二是加强系统性布局，例如设立专项，以支持面向产业需求的长期协同攻关，破解更具全局性的产业难题。
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