記者 | 奇來寒

編輯 |

1

農(nóng)業(yè)科技是農(nóng)業(yè)發(fā)展的第一推動(dòng)力。隨著農(nóng)業(yè)科技的進(jìn)步，2022年我國科學(xué)家們完成了水稻、玉米、蔬菜等作物高產(chǎn)高效的科技創(chuàng)新，實(shí)現(xiàn)了牛、羊等畜禽品種的育種新突破，不僅攻關(guān)主要農(nóng)產(chǎn)品核心技術(shù)，也完成多項(xiàng)科技成果轉(zhuǎn)化。

從人類首次完成在空間站培育水稻種子到我國植物工廠在卡塔爾成功出圈，再到肉牛新品種“最牛”華西牛的出現(xiàn)，2022年我國在農(nóng)業(yè)科技方面取得多項(xiàng)標(biāo)志性成果。從以下農(nóng)業(yè)科技成果變革中，可以窺見過去一年中我國農(nóng)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新。

中國空間站首次培育太空種子

北京時(shí)間2022年12月4日20時(shí)09分，神州十四號(hào)載人飛船返回艙在東風(fēng)著陸場成功著陸。隨之“回家”的還有在太空中經(jīng)過120天“歷練”、國際上首次在軌獲得的水稻種子。

水稻作為人類主要糧食作物，也入選為未來載人深空探測生命支持系統(tǒng)的主要候選糧食作物。因此，如何利用空間微重力進(jìn)行水稻育種，是空間植物學(xué)研究的重要方向之一。2022年7月29日，航天員們注入營養(yǎng)液啟動(dòng)了水稻從種子到種子全生命周期（空間）培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)，完成了擬南芥和水稻種子萌發(fā)、幼苗生長、開花結(jié)籽這一“從種子到種子”全生命周期的培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)，歷經(jīng)120天，11月25日結(jié)束實(shí)驗(yàn)。

實(shí)驗(yàn)期間，航天員在軌進(jìn)行了孕穗期水稻樣品、擬南芥開花期樣品及水稻和擬南芥種子成熟期樣品等三次樣品采集，并且將開花或孕穗期樣品保存于零下80攝氏度的低溫存儲(chǔ)柜中，種子成熟期樣品保存于4攝氏度低溫存儲(chǔ)柜。

“種子既是人類的糧食，也是繁殖下一代植物的載體，人類要在空間長期生存，就必須要保證植物能夠在空間完成世代交替?！敝袊茖W(xué)院分子植物科學(xué)卓越創(chuàng)新中心研究員鄭慧瓊說。

隨神州十四號(hào)返回地面后，樣品將被轉(zhuǎn)運(yùn)至上海實(shí)驗(yàn)室做進(jìn)一步檢測分析。此外，鄭惠瓊表示，研究團(tuán)隊(duì)還進(jìn)行了再生稻實(shí)驗(yàn)，不僅表明再生稻在空間狹小的封閉環(huán)境中可以生長也為實(shí)現(xiàn)空間作物的高效生產(chǎn)提供新的思路和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。

“這也是國際上，首次在空間嘗試運(yùn)用再生稻技術(shù)”，中國人邁出了在太空種糧食的第一步。

“植物工廠”助力卡塔爾世界杯

2022年11月20日，卡塔爾世界杯在全世界的期待下正式拉開序幕。除了中國籍裁判馬寧以外，還有不少中國“元素”抵達(dá)卡塔爾，其中中國“植物工廠”技術(shù)在當(dāng)?shù)厥艿酱蟊娤矏鄣耐瑫r(shí)也得到了廣泛應(yīng)用。

卡塔爾首都多哈屬熱帶沙漠氣候，不僅淡水資源嚴(yán)重缺乏而且農(nóng)業(yè)耕地資源極其稀少。因此，如何保障參賽球隊(duì)隊(duì)員的蔬菜供給成為了主辦方的一大難題。而我國都市所獨(dú)有的“二培技術(shù)”，提供了解決方案。

智能LED植物工廠技術(shù)以智能LED植物工廠和壘土基質(zhì)栽培技術(shù)為基礎(chǔ)，創(chuàng)新利用多哈深水港遠(yuǎn)洋貨輪廢棄集裝箱為植物工廠外圍結(jié)構(gòu)，采用植物L(fēng)ED光源、營養(yǎng)液栽培、控溫調(diào)濕以及富鍶、富硒等關(guān)鍵技術(shù)。將水培與壘土基質(zhì)培技術(shù)相結(jié)合，保障高品質(zhì)蔬菜在卡塔爾沙漠環(huán)境下的高效周年生產(chǎn)。

在“植物工廠”技術(shù)的推動(dòng)下，卡塔爾生產(chǎn)了“上海青”、“萵苣”葉菜、芽苗菜等10多個(gè)符合歐盟標(biāo)準(zhǔn)的產(chǎn)品。這些作物也在當(dāng)?shù)匚逍羌?jí)酒店、中餐館、高端超市等市場受到廣泛歡迎。

“最?！比A西牛打破肉牛核心種源進(jìn)口依賴局面

在第八屆四川農(nóng)業(yè)博覽會(huì)上，有一頭“?！?，吸引了幾乎所有人的目光。這就是由中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院北京畜牧獸醫(yī)研究所自主培育的我國首個(gè)具有國際競爭力的肉牛新品種——華西牛。

紅色的軀體皮毛和白色的額頭，再加上龐大的體型，不禁引發(fā)了參會(huì)者的高度關(guān)注——“這模型是放大了吧？”但是，研究所負(fù)責(zé)人表示本次展出的是1：1比例的華西牛模型，成功培育體型龐大的華西牛，標(biāo)志著我國肉牛核心種源長期以來嚴(yán)重依賴進(jìn)口的局面被打破，預(yù)計(jì)2025年新品種的自主供種率可達(dá)60%。

一頭華西牛成年公牛的體重平均800多公斤，最重的可達(dá)1050斤左右。不僅繼承了其父本西門塔爾牛體重能達(dá)1200公斤的巨大體型優(yōu)勢，同時(shí)具有生長速度快，屠宰率、凈肉率高，繁殖性能好，抗逆性強(qiáng)等特點(diǎn)。作為肉牛，12-18月齡育肥牛平均每天能增重1.36公斤，最高可達(dá)1.86公斤。

“我們的目標(biāo)打造國產(chǎn)肉牛的種質(zhì)芯片，國產(chǎn)肉牛核心種源國產(chǎn)率能達(dá)到70%以上?！必?fù)責(zé)人表示，來參加這次農(nóng)業(yè)博覽會(huì)的主要目的還是增加華西牛知名度的同時(shí)尋求更多業(yè)內(nèi)合作。

適合全年舍飼的肉羊品種——魯中肉羊

由濟(jì)南培育的“魯中肉羊”新品種成功入選“2022中國農(nóng)業(yè)農(nóng)村重大新技術(shù)新產(chǎn)品新裝備”。

魯中肉羊由山東嬴泰農(nóng)牧科技有限公司聯(lián)合中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院、山東農(nóng)科院、山東農(nóng)業(yè)大學(xué)、山東畜牧總站、濟(jì)南市農(nóng)業(yè)農(nóng)村局歷經(jīng)15年合作培育，繼承了父本杜泊綿羊肉用性能好和母本湖羊繁殖率高的種質(zhì)特性。該品種經(jīng)雜交改良、橫交固定培育，是適合生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)高檔羊肉的新型肉用綿羊。

“魯中肉羊”全身被毛白色，頭清秀，鼻梁隆起，耳大稍下垂，頸背部結(jié)合良好，肉用特征較明顯。因其表現(xiàn)出良好適應(yīng)性、抗病性強(qiáng)、飼料利用率較高等特點(diǎn)，再加上飼養(yǎng)周期短，糞污排放量小，“魯中肉羊”適宜全年舍飼，目前已經(jīng)推廣到全國各地。

農(nóng)業(yè)農(nóng)村部人力資源開發(fā)中心副主任、中國農(nóng)學(xué)會(huì)副秘書長吳金玉表示，魯中肉羊新品種的研發(fā)改變我國缺乏適合集約化舍飼圈養(yǎng)專門化肉羊品種的局面，具有完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)。

種植一次免耕收獲3—4年的多年生稻

2022年12月16日，美國《科學(xué)》雜志公布“2022年度十大科學(xué)突破”，中國云南大學(xué)胡鳳益團(tuán)隊(duì)創(chuàng)制的多年生稻研究成果成為2022年中國唯一入選，也是農(nóng)業(yè)類唯一入選該榜單的科學(xué)突破。

研究團(tuán)隊(duì)在《自然·可持續(xù)發(fā)展》雜志上稱，PR23的產(chǎn)量可與常規(guī)的季節(jié)性種植水稻持平。多年生稻在適宜地區(qū)種植一次，可連續(xù)免耕收獲3—4年。種植后每年收獲2季，平均每季產(chǎn)量為6.8噸/公頃，與一年生稻產(chǎn)量（6.7噸/公頃）相當(dāng)。第二年，農(nóng)民則可以省去將秧苗移栽到稻田的任務(wù)，這樣一來不僅節(jié)約每季每公頃68-77人次勞動(dòng)力，而且?guī)椭r(nóng)民降低了一半的成本。

“多年生稻23”（PR23）是由一種亞洲商業(yè)水稻品種和一種生長在非洲的多年生野生水稻雜交后培育，為了這項(xiàng)高產(chǎn)穩(wěn)多、多年生性強(qiáng)的水稻品種培育，中國云南大學(xué)胡鳳益團(tuán)隊(duì)已進(jìn)行長達(dá)二十多年的研究實(shí)驗(yàn)。

水稻作為人類主要糧食作物，經(jīng)過人類多年以來的馴化，將其從多年生變成一年生栽培種。雖然為人類的繁衍生息提供了物質(zhì)保障，但是一年生栽培種在一定程度上導(dǎo)致勞動(dòng)投入力度、種子投入量過大、也會(huì)帶來水土流失、土壤侵蝕等環(huán)境問題?！拔覀冄芯康膭?chuàng)新點(diǎn)在于，將一年生的栽培種變成多年生的栽培種，讓輕簡化的糧食生產(chǎn)方式成為可能。”云南大學(xué)農(nóng)學(xué)院院長胡鳳益說。

這一基于免耕生產(chǎn)方式，播種一次持續(xù)收獲多年的創(chuàng)新研究，將有助于維護(hù)糧食安全和生態(tài)安全，同時(shí)對(duì)其他多年生糧食作物研究具有重要的借鑒意義。

從野生玉米中找回“丟失”的高蛋白

經(jīng)十年不懈努力，中國科學(xué)院分子植物科學(xué)卓越創(chuàng)新中心巫永睿研究團(tuán)隊(duì)與上海師范大學(xué)王文琴研究團(tuán)隊(duì)從野生玉米中克隆了控制玉米高蛋白品質(zhì)形成和氮素高效利用的關(guān)鍵變異基因。這不僅有利于現(xiàn)代栽培玉米提高籽粒蛋白含量，還可能指導(dǎo)未來減少化肥施用和保護(hù)生態(tài)環(huán)境，相關(guān)研究論文被國際權(quán)威學(xué)術(shù)期刊《自然》雜志收錄。

為了幫玉米找回“高蛋白”，中國科學(xué)院分子植物科學(xué)卓越創(chuàng)新中心和上海師范大學(xué)王文琴研究團(tuán)隊(duì)首先采用三代測序技術(shù)和三維基因組相結(jié)合的策略，提取超過4萬個(gè)樣本的DNA進(jìn)行基因型鑒定，測定了超過2萬個(gè)樣本的蛋白含量進(jìn)行表型分析。在此基礎(chǔ)上破解了高度復(fù)雜的野生玉米基因組，經(jīng)過長達(dá)10年的不懈努力，成功從野生玉米“大芻草”中找回馴化過程中丟失的、用于控制高蛋白含量的優(yōu)良基因THP9。

2022年第三季度，受原料進(jìn)口豆粕價(jià)格上漲影響，我國飼料價(jià)格不斷攀升，創(chuàng)近12年歷史新高。飼料中蛋白主要由豆粕提供，但中國大豆對(duì)進(jìn)口依存度高，容易形成畜禽養(yǎng)殖業(yè)的“卡脖子”問題。因此，尋找能夠替代豆粕的蛋白來源，對(duì)中國飼料加工業(yè)和畜禽養(yǎng)殖業(yè)來說意義重大。

中國科學(xué)院分子植物科學(xué)卓越創(chuàng)新中心研究員巫永睿巫永睿表示該研究不僅成功克隆了野生玉米變異基因Thp9-T，利于現(xiàn)代栽培高籽粒蛋白含量的玉米，而且對(duì)未來減少化肥施用和保護(hù)生態(tài)環(huán)境具有重要指導(dǎo)意義，為構(gòu)建和實(shí)施新形勢下的國家糧食安全戰(zhàn)略，確保國家糧食安全和重要農(nóng)產(chǎn)品有效供給，促進(jìn)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展提供新的解決方案。

全新緊湊株型的葫蘆科瓜類作物誕生

為了保障葫蘆科植物的優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)，我國農(nóng)業(yè)科學(xué)院蔬菜花卉研究所蔬菜功能基因組團(tuán)隊(duì)聯(lián)合國內(nèi)多家合作單位，創(chuàng)造了葫蘆科瓜類作物的全新緊湊株型，提高了葫蘆科瓜類作物的生產(chǎn)效率。

中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院蔬菜花卉研究所蔬菜功能基因組團(tuán)隊(duì)介紹，擁有長藤蔓、長節(jié)的南瓜、西瓜、黃瓜等葫蘆科瓜類作物，主莖和節(jié)間都較長，栽培群體的種植密度較低不僅在管理上耗時(shí)費(fèi)工，而且容易影響生產(chǎn)效率。

為解決葫蘆科瓜類作物生產(chǎn)效率低下難題，研究團(tuán)隊(duì)在南瓜種質(zhì)庫中尋找到唯一一份由顯性單基因控制的矮化種質(zhì)，并通過增強(qiáng)CmoYABBY1的蛋白翻譯水平，使得南瓜主莖極度縮短，以此實(shí)現(xiàn)莖長的精細(xì)調(diào)節(jié)。

此外，研究團(tuán)隊(duì)根據(jù)不同瓜類作物的不同栽培模式，發(fā)現(xiàn)編輯過的矮化植株顯著提高了單產(chǎn)水平或顯著降低了勞動(dòng)力成本。研究團(tuán)隊(duì)介紹，將黃瓜、甜瓜和西瓜等具有重要經(jīng)濟(jì)價(jià)值的葫蘆科瓜類作物創(chuàng)造出具有顯性遺傳的特征，將在葫蘆科瓜類作物生產(chǎn)上有重要意義。

找到控制作物種子休眠的關(guān)鍵基因

正值種子成熟期的農(nóng)作物遇上連陰雨如不能及時(shí)收獲，會(huì)出現(xiàn)穗發(fā)芽的現(xiàn)象。并且對(duì)農(nóng)作物的產(chǎn)量和品質(zhì)產(chǎn)生嚴(yán)重威脅。我國科學(xué)家為了避免因穗發(fā)芽導(dǎo)致的規(guī)模性農(nóng)業(yè)損失，經(jīng)不懈努力找到了調(diào)控水稻、小麥穗發(fā)芽問題的“開關(guān)”。

中國科學(xué)院遺傳與發(fā)育生物學(xué)研究所儲(chǔ)成才研究員團(tuán)隊(duì)和高彩霞研究員團(tuán)隊(duì)完成該研究，于12月6日，將相關(guān)成果在國際學(xué)術(shù)期刊《自然·遺傳學(xué)》在線發(fā)表。

儲(chǔ)成才表示，種子休眠是指種子在適合其生長的條件下仍不能發(fā)芽的現(xiàn)象。然而，馴化作物過程中，常常忽視了對(duì)種子適度休眠性狀的保留，從而導(dǎo)致很多作物如水稻、小麥會(huì)發(fā)生穗發(fā)芽現(xiàn)象。因此，找到作物控制種子休眠的關(guān)鍵基因，闡明種子休眠調(diào)控的分子生理機(jī)制，對(duì)避免穗發(fā)芽災(zāi)害至關(guān)重要。

具體操作方面，儲(chǔ)成才團(tuán)隊(duì)通過將強(qiáng)休眠的水稻品種“卡薩拉斯”和弱休眠水稻品種“日本晴”構(gòu)建染色體單片段代換系，成功從強(qiáng)休眠水稻品種中克隆到一個(gè)控制水稻種子休眠的關(guān)鍵基因SD6，并證實(shí)了SD6負(fù)調(diào)控水稻種子休眠。

此外，團(tuán)隊(duì)通過篩選SD6互作蛋白，發(fā)現(xiàn)了另一調(diào)控水稻種子休眠轉(zhuǎn)錄因子ICE2。儲(chǔ)成才形象的表示，簡單來說，SD6像“油門”，能夠促進(jìn)種子萌發(fā)；而ICE2就像“剎車”，可以促進(jìn)休眠，它們彼此制衡。

除了水稻，高彩霞團(tuán)隊(duì)對(duì)小麥品種科農(nóng)199的TaSD6基因進(jìn)行改良后發(fā)現(xiàn)，小麥穗發(fā)芽抗性大幅提高，這表明SD6基因在其他谷物穗發(fā)芽抗性育種改良中具有潛在價(jià)值。

中國科學(xué)院院士、中國農(nóng)科院作物研究所所長錢前對(duì)該研究給予高度評(píng)價(jià)?！跋嚓P(guān)研究成果是近年來國內(nèi)外利用種質(zhì)資源挖掘有利基因并快速應(yīng)用到育種創(chuàng)新的典范性工作，為有效利用古老地方種種質(zhì)資源提供了借鑒?！?/p>