李家洋院士的簡介

著名植物分子遺傳學家 男，1956年7月生，安徽肥西人。十八大代表。1981年畢業於安徽農學院（現安徽農業大學），1991年獲美國布蘭代斯大學博士學位。2001年當選為中國科學院院士。2017年獲國家自然科學獎一等獎。2018年獲得第三屆未來科學大獎生命科學獎。2020年9月9日，擔任中國農業科學院科學技術協會名譽主席。現為中國科學院遺傳與發育生物學研究所研究員。曾任中國科學院副院長、農業部副部長等。

利用模式植物探索植物內源激素與外界環境因子對高等植物生長髮育的調控作用及其分子機理。（1）闡明瞭擬南芥植物生長素（吲哚乙酸，IAA）合成的直接前體物質主要來自色氨酸合成途徑的中間產物：吲哚-3-甘油磷酸（IGP）。（2）系統鑑定和研究油菜素內酯的應答基因，發現油菜素內酯可透過透過誘導細胞週期蛋白基因的表達而促進細胞分裂，可在擬南芥細胞培養中替代細胞分裂素提出植物細胞內可能存在一條新的油菜素內酯訊號轉導途徑的假說。（3）發展系統鑑定植物功能基因的植物表達文庫轉化法，分離了一批株型與育性等生長髮育性狀發生改變的擬南芥突變體，並克隆出相關基因。

李家洋院士

分子設計育種是未來的技術，現在大家正在努力推進，有些根據大眾需求定製的大米已經可以做到了，比如口感比較好、優質、長粒的大米。這個大米有幾個技術指標，包括直鏈澱粉含量是多少，糊化溫度是多少，長寬比是多少等等，現在已經開始推廣這些大米。在未來當我們把所有的性狀與基因的關係都搞清楚的情況下，就可以根據所有人的要求，把比較小眾需求的東西生產出來，而且都能生產的非常好。

李家洋：未來大米可個性化定製，不再只是主食

【編者按】

60%的中國人以大米為主食。天天吃的白米飯如果可以個性定製，你想要什麼樣的？

未來，彩色米、富含特定營養元素的“功能稻米”將走出實驗室，擺上百姓餐桌，滿足人們對稻米顏色、形狀、品質、營養等方面的個性化需求，提高生活與健康水平。

中國水稻育種技術近十年來突飛猛進，育種家實現從傳統“經驗育種”向高效設計的“精確育種”轉變。在《中國實驗室》第二季拍攝期間，中國科學院遺傳與發育生物學研究所李家洋院士向澎湃新聞記者創想了分子設計育種技術在未來的廣泛應用——如何因地制宜，透過基因設計培育出適合不同人群需求的產品，為大米在“主食”之外增加“營養品”的身份。

李家洋認為，水稻的個性化育種是未來趨勢，其迅猛發展得益於中國地域遼闊、地理條件豐富多樣，為研究和生產創造了優越條件。同時，科技發展大大加速了新品種的創制過程。過去三十年，中國水稻基礎研究經歷了從向國際先進水平學習、與其並駕齊驅到現今領先國際的三個發展階段，這是中國科學發展的縮影，未來其它作物育種甚至整個生物育種都會再現這一過程，逐步走向世界前沿。

從經驗育種到精確育種

澎湃新聞：您從事的分子設計育種研究是透過什麼方式提升水稻品質？

李家洋：水稻和其它農作物一樣，其重要農藝性狀都是由一些重要的基因來控制的，基因是控制著產量、品質、抗逆性和特殊營養價值等各個方面的主要因素，你需要了解這些控制基因的作用機理，事前進行設計。就像我們做手機，你把重要的零件組合起來得到一個產品，就能滿足不同人的需要。我們的農產品也是這樣，基因就像一個個零件，你知道這些基因的作用及其機理，把不同的基因組合起來，協調在一起就能得到你想要的品種，這就叫做設計育種。這個設計不僅僅是產量品質，更包括適應土地的狀況、氣候的變化、當地的生物狀況，比如病蟲害情況，進行一些最佳化組合，得到你想要的最理想的狀態。

澎湃新聞：中國水稻研究多年來一直引領世界，相較於之前應用的育種技術，比如超級稻，分子設計育種有何不同？

李家洋：大家都為了一個共同的目標在努力做，但所採取的途徑有所不同，基礎有所不同。育種在過去是一門藝術，不知道哪個基因控制哪個性狀，只能靠經驗，透過最後的結果說明哪些基因組合是好的，這個過程非常漫長。從分子水平上了解水稻高產、優質、抗性，這個過程是最近十多年才突飛猛進地發展。新一代的分子育種家知道每個材料是什麼基因在控制什麼性狀，有什麼差別，它在什麼材料品種裡面有這些基因，然後我們有意識地明確地去選擇它們進行雜交，在很早期的時候就進行鑑定選擇，用高通量分析一次可以選擇成百上千的目標基因，選出來之後再放到地裡去種，再去觀察鑑定評價，驗證它們是不是高產、優質，是不是抗病，是不是你喜歡的香型等等。

過去是被動地或者憑運氣地進行，是一種藝術，而現在是事先知道藍圖，然後按照我們的意願組合設計出來。這是科學進步的結果。

基因操控卻非轉基因

澎湃新聞：說到農作物的基因操控不免讓人聯想到頗有爭議的轉基因話題，分子設計育種與轉基因的區別在哪裡？

李家洋：轉基因關鍵是個轉字。所有生物都是有基因的，這是第一。第二，轉基因跟正常育種都是在操作基因，但為什麼不一樣？轉基因是指把外源的基因放進來，比如說水稻，我可能是把小麥的、玉米的，也可能把細菌的，甚至動物的一些基因透過特殊的無性的方法放到水稻裡去，讓它起作用，這個過程叫轉基因。而我們做水稻本身的基因研究，它不存在轉，它本身就在水稻裡面，我們只是對基因做一些修改或改變，這個修改或者改變它不涉及把外面的基因給搬進來。

未來主食變身營養品

澎湃新聞：根據不同需求培育水稻是分子設計育種的優勢之一，聽說您正在研究針對糖尿病人的水稻品種，這項技術未來有怎樣的應用前景？

李家洋：一般育種家都希望能有大面積、高產量的品種，做特殊的小品種很難，但如果我們知道這個控制特殊功能的基因，知道它的作用機理，就可以很方便地培養出一些特殊的品種，就能夠實現個性化的訂製育種。比如說糖尿病人，國際上有個標準，就是說一個人每天吃20克抗性澱粉對糖尿病人非常有利，血糖比較平緩。那就定向培育一個讓大米里面含有10%或者更高的抗性澱粉的大米。你在一天吃的大米量裡有20克抗性澱粉，這對病人比較好。

比如說兒童生長髮育缺鋅，那我就把一些含有高鋅的水稻品種培育出來，這對缺鋅的兒童期發育可能非常重要。再比如金色大米，它富含胡蘿蔔素，可轉換為維生素A。維生素A的缺乏會導致失明和免疫水平的低下。原來的金色大米，大家爭議比較大，因為是用轉基因方式做的，這個大家很擔心。它產生的物質是原來在胡蘿蔔或者西紅柿裡大量產生的，不在水稻的稻米里產生的。但是水稻裡面本身有沒有？有，它不在米粒裡，主要在葉子裡。那能不能透過一些分子設計的思路，改變一下基因的表達方式和強度，讓它在米粒裡大量產生，這樣就能夠解決一些兒童早期發育中失明的問題。缺鐵也是一樣，我們有很多人缺鐵，也可以把一些高鐵的大米培育出來，然後你就可以進行定製。培育的品種儘管消費量較少，但是隻要能滿足這些特殊人群的需求就夠了。

分子設計育種是未來的技術，現在大家正在努力推進，有些根據大眾需求定製的大米已經可以做到了，比如口感比較好、優質、長粒的大米。這個大米有幾個技術指標，包括直鏈澱粉含量是多少，糊化溫度是多少，長寬比是多少等等，現在已經開始推廣這些大米。在未來當我們把所有的性狀與基因的關係都搞清楚的情況下，就可以根據所有人的要求，把比較小眾需求的東西生產出來，而且都能生產的非常好。

澎湃新聞：個性化定製的大米價格會很高嗎？消費者什麼時候可以在市場上見到？

李家洋：一般要七八年左右，因為它要透過一步一步的新品種審定程式，批准後才能生產。一般來說新產品價格會高些。實際上現在市場上也有一些糖尿病人能用的大米，它的產量也還可以，但它的品質、效果可以再提高。另一方面需要綜合其它的一些好的性狀，需要進行綜合改善。價格肯定要高一些，但等到整個技術體系都建立起來了，那時候價格就應該比較合理了。

農業部副部長李家洋：農業的核心是保證糧食和食品安全

科技助力尋找最佳設計

澎湃新聞：未來分子設計育種研究工作中，資訊科學技術起到多大的作用？

李家洋：剛才說的這些聽起來好像很簡單，實際上極其複雜，這裡面的資訊量是巨大的，如果沒有超級計算機，沒有大資料做不了。水稻，現在大家公認大約有4萬多個編碼蛋白質的基因，它還有大量不編碼蛋白質的基因，每個基因的差異都會造成因生長環境不同而產生不同的農藝性狀，產量品質也就不同。不是一個基因就一種差別，一個基因可能有成百上千種不同的改變方式，而且多個基因還可以有不同的組合方式，所以儘管全世界有那麼多的科學家在做，總是有新的發現。

現在不論是公共科學家或者是企業都在向設計育種的方向努力，按照各自的意願去培育品種，而這個方向的進展會比我們預想要快，現在人類的技術發展大大加速了新品種創制的過程。

水稻研究是中國科學發展縮影

澎湃新聞：近年來中國在水稻基因組學領域取得傑出成果，過去五年《細胞》《自然》《科學》等國際頂級學術期刊發表的水稻基因文章中有40%來自於中國科學家，這對未來中國科學發展有什麼意義？

李家洋： 我覺得水稻對於我們國家作物育種甚至對整個生物育種都是個範例。水稻的發展經歷了三個階段：上世紀90年代，那時我們育種水平很不錯，成千上萬的育種家憑藉經驗藝術性地選擇育種，可是水稻基礎研究還是跟著國際先進水平走。到了上世紀90年代後期，我們有一些領域走到國際前沿上了，更多的領域還在跟國際學習。但近十年來，我們在很多領域是國際領先的，是非常值得驕傲自豪的。我認為這是中國科學發展的一個縮影，未來很多工作，比如說小麥、玉米、油菜、大豆都會再現這樣的過程，特別是對於一些大動物的育種可能更會再現這個過程。

水稻有很多優勢，它的基因組比較小，繁殖係數大，容易做各種研究的材料，再說中國的區域比較廣泛，東西南北跨度很大，各種環境都有，你要做研究就需要各種環境，高溫的低溫的。在冬天比如說在北方很多地方不能繁殖，但中國有海南島，有大量的地，你可以到海南島，再種一季兩季。但在很多國家，這些是很難做得到的。其它作物也一樣。棉花、玉米、小麥、油菜、大豆，還有其它各種各樣的蔬菜，我認為都會按照水稻研究的發展軌跡，逐步成為世界研究的領先者。

作者：蔣建科 丁潔

來源：人民日報-科學網

釋出時間：2008-11-27

採訪十八大代表李家洋院士

記者：據我們所知，在這次十八大代表中，兩院院士超過20位，您也是其中之一，作為學科帶頭人，您是首次參加全國黨代會，能否跟我們談談參會兩天來的深切感受？

李家洋：首先能當選代表很榮幸，這也說明國家對科技發展和科技人才的高度重視。這兩天來感受還是很振奮，從各個方面瞭解的情況更多，對國家未來長遠的發展看到了一個宏偉的藍圖被描繪出來，對國家未來的發展充滿信心。

記者：在8日的十八大報告中指出，要推動城鄉發展一體化。解決好農業農村農民問題是全黨工作重中之重，城鄉發展一體化是解決“三農”問題的根本途徑。作為農業科技的領頭人，您對此如何解讀？

李家洋：農業是全黨工作的重中之重，今後中央會更加重視農業工作，進一步有效地解決三農問題，農民的增收問題。農業最核心的問題是怎麼樣提供充足的、優質的、安全的、有競爭性的農產品，這就是我們工作的中心任務，說得更精練一點，就是保證糧食安全和食品安全。

我們國家連續九年的中央一號檔案，每年都有一個主題，每個主題都是為了解決農業發展問題，比如土地的問題、水利的問題、農業科技的問題，同時還有各種各樣的惠農政策，例如種糧補貼、機械補貼等等，這些都是國家在農業發展上的重大舉措。現在資訊化建設，使得市場和農業生產有機地結合在一起，這些措施都是我國農業長期穩定發展的根本保障。

記者：能否談一下您對十八大報告的總體感受？

李家洋：我覺得十八大報告通篇就一個關鍵詞：科學發展。不管從資源環境、政治制度、經濟發展、社會保障哪個方面來說，都需要一個科學的觀念、科學的思維。國家的發展不能只追求GDP，需要有質量地、在可持續發展基礎上的GDP的增加，才是一個國家長久之計。

記者：今後您將如何去履行好自己作為代表的職責呢？

李家洋：首先是兢兢業業，認認真真工作。我主要是農業科技的負責人，整個農業的科學發展建立在堅實的科學技術之上，故此要加強農業科學技術的研究和探索，為中國農業的科學可持續發展助力。

《張啟發院士：黑米的潛在價值驚人，但尚未被人們認識》

內容：

日前，中國科學院院士、華中農業大學張啟發教授在Nature Review Genetics 上撰文，提出：應關注和發掘黑米對營養健康和糧食安全的重大潛在價值。

“黑米在中華文化傳說中一直被認為是一種延年益壽的食品，但其真正的價值尚未被人們認識，應該重視和發掘。”日前，中國科學院院士、我校張啟發教授在Nature Review Genetics 上撰文，提出上述說法。記者就此採訪了張啟發院士。

張啟發院士觀察黑稻穀長勢

張啟發表示，稻穀是世界許多地區的主要食物來源，除澱粉外，稻米還含豐富多樣的營養物質，包括蛋白質、維生素、膳食纖維、類黃酮等次生代謝物、不飽和脂肪酸油、礦物質等。這些營養素存在於果皮、種皮、糊粉層、胚和胚乳之中。然而，千百年來，出於對口感美味的追求，消費者越來越偏愛精米，其結果是把穀物中約80%的營養物質和有益成分當作米糠，沒有被很好地利用。

2008年，英國學者在《自然-生物技術》發表論文，報道了對癌症敏感的Trp53突變小鼠用三種飼料（標準飼料、新增普通番茄的飼料和新增富含花青素的紫番茄飼料）飼餵的對比試驗，發現相對於普通番茄新增飼料和標準飼料，含紫番茄的飼料可使小鼠壽命延長28%。研究者推測，花青素對小鼠健康的效應是其作為抗氧化劑的功能的直接影響，它同時激活了內源性抗氧化防禦系統和訊號通路。受這個研究的啟發，張啟發開始關注稻米的營養價值和可能產生的健康效益。

稻米有多種不同的顏色，如黑米、紅米等。在中華文化傳說中，黑米長期以來被認為是延年益壽的食品。近二十年來，許多基於動物模型的研究表明，黑米水溶性提取物（含花青素和其它花色苷）對多種非傳染性疾病包括癌症、心血管疾病、糖尿病和代謝綜合徵等具有防治作用。紅米和黑米的色素分別為原花青素和花青素，存在於果皮和種皮之中。按解剖結構，稻穀的細胞組織層從外到內依次為：果皮、種皮、糊粉層、胚和胚乳。除色素外，果皮種皮還含有膳食纖維及其他營養物質，糊粉層富含蛋白質、不飽和脂肪酸油、維生素、礦物質，胚含有多糖及其他生物活性物質。人們食用的精米只有胚乳，其成分主要為澱粉及少量的蛋白質。因此必須食用全谷才能最大限度地獲得稻米的營養物質，發揮其健康效益。可以想象，如果廣大的消費者都能食用全谷尤其是黑米，無論是對城市居民還是自產自食的種稻農民，都將會產生難以估量的營養和健康效益。

黑米

不僅如此，在稻穀加工的過程中，糙米（除穀殼外的全部，又稱全谷）的得率（糙米率）為80%，而整精米（僅胚乳）的得率（整精米率）一般不到60%。因此，與精米相比，食用全谷稻米可使食用部分增加30%以上，即相當於增產30%，而且增加的都是營養精華。此舉不僅會大大減輕糧食需求壓力，保障糧食安全，提高營養水平；而且還可減少糧食生產對環境的壓力，促進農業綠色發展。綠色優質的稻米還可為農民增收作貢獻。因此，張啟發主張應該努力實現“主食全谷化”，尤其是“黑米主食化”。

然而，一個巨大的障礙是糙米普遍難煮，食味欠佳，阻礙了人們消費黑米的意願。多少年來，黑米在市場上一直被列入雜糧的行列，生產和消費量都很低。而且，大多數消費者用煮粥的方式食用黑米，不僅攝入量少，而且煮的時間長，營養元素損失大，吸收利用得少。可見，改善黑米的蒸煮和食味品質就是尋找開發稻米產能和營養富礦的“金鑰匙”。

張啟發院士

近十多年來，張啟發團隊聚焦黑米的蒸煮和食味品質開展研究工作，取得了重要進展。他們篩選到了良好的蒸煮特性和適口性的黑米種質資源，應用基因組育種技術提高其產量、適應性以及對病蟲害的抗性。這些改良的品系現已進行了多年多點的田間試驗，取得了可喜的結果。

張啟發相信，在不久的將來，“黑米主食化”會變為現實，成為水稻科技工作者對人類糧食安全和營養健康的新貢獻。