2022年度农业科技突破：中国空间站首次培育太空种子，像割韭菜一样的多年生稻，“植物工厂”助力卡塔尔世界杯

记者 | 奇来寒

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农业科技是农业发展的第一推动力。随着农业科技的进步，2022年我国科学家们完成了水稻、玉米、蔬菜等作物高产高效的科技创新，实现了牛、羊等畜禽品种的育种新突破，不仅攻关主要农产品核心技术，也完成多项科技成果转化。

从人类首次完成在空间站培育水稻种子到我国植物工厂在卡塔尔成功出圈，再到肉牛新品种“最牛”华西牛的出现，2022年我国在农业科技方面取得多项标志性成果。从以下农业科技成果变革中，可以窥见过去一年中我国农业技术创新。

中国空间站首次培育太空种子

北京时间2022年12月4日20时09分，神州十四号载人飞船返回舱在东风着陆场成功着陆。随之“回家”的还有在太空中经过120天“历练”、国际上首次在轨获得的水稻种子。

水稻作为人类主要粮食作物，也入选为未来载人深空探测生命支持系统的主要候选粮食作物。因此，如何利用空间微重力进行水稻育种，是空间植物学研究的重要方向之一。2022年7月29日，航天员们注入营养液启动了水稻从种子到种子全生命周期（空间）培养实验，完成了拟南芥和水稻种子萌发、幼苗生长、开花结籽这一“从种子到种子”全生命周期的培养实验，历经120天，11月25日结束实验。

实验期间，航天员在轨进行了孕穗期水稻样品、拟南芥开花期样品及水稻和拟南芥种子成熟期样品等三次样品采集，并且将开花或孕穗期样品保存于零下80摄氏度的低温存储柜中，种子成熟期样品保存于4摄氏度低温存储柜。

“种子既是人类的粮食，也是繁殖下一代植物的载体，人类要在空间长期生存，就必须要保证植物能够在空间完成世代交替。”中国科学院分子植物科学卓越创新中心研究员郑慧琼说。

随神州十四号返回地面后，样品将被转运至上海实验室做进一步检测分析。此外，郑惠琼表示，研究团队还进行了再生稻实验，不仅表明再生稻在空间狭小的封闭环境中可以生长也为实现空间作物的高效生产提供新的思路和实验数据。

“这也是国际上，首次在空间尝试运用再生稻技术”，中国人迈出了在太空种粮食的第一步。

“植物工厂”助力卡塔尔世界杯

2022年11月20日，卡塔尔世界杯在全世界的期待下正式拉开序幕。除了中国籍裁判马宁以外，还有不少中国“元素”抵达卡塔尔，其中中国“植物工厂”技术在当地受到大众喜爱的同时也得到了广泛应用。

卡塔尔首都多哈属热带沙漠气候，不仅淡水资源严重缺乏而且农业耕地资源极其稀少。因此，如何保障参赛球队队员的蔬菜供给成为了主办方的一大难题。而我国都市所独有的“二培技术”，提供了解决方案。

智能LED植物工厂技术以智能LED植物工厂和垒土基质栽培技术为基础，创新利用多哈深水港远洋货轮废弃集装箱为植物工厂外围结构，采用植物LED光源、营养液栽培、控温调湿以及富锶、富硒等关键技术。将水培与垒土基质培技术相结合，保障高品质蔬菜在卡塔尔沙漠环境下的高效周年生产。

在“植物工厂”技术的推动下，卡塔尔生产了“上海青”、“莴苣”叶菜、芽苗菜等10多个符合欧盟标准的产品。这些作物也在当地五星级酒店、中餐馆、高端超市等市场受到广泛欢迎。

“最牛”华西牛打破肉牛核心种源进口依赖局面

在第八届四川农业博览会上，有一头“牛”，吸引了几乎所有人的目光。这就是由中国农业科学院北京畜牧兽医研究所自主培育的我国首个具有国际竞争力的肉牛新品种——华西牛。

红色的躯体皮毛和白色的额头，再加上庞大的体型，不禁引发了参会者的高度关注——“这模型是放大了吧？”但是，研究所负责人表示本次展出的是1：1比例的华西牛模型，成功培育体型庞大的华西牛，标志着我国肉牛核心种源长期以来严重依赖进口的局面被打破，预计2025年新品种的自主供种率可达60%。

一头华西牛成年公牛的体重平均800多公斤，最重的可达1050斤左右。不仅继承了其父本西门塔尔牛体重能达1200公斤的巨大体型优势，同时具有生长速度快，屠宰率、净肉率高，繁殖性能好，抗逆性强等特点。作为肉牛，12-18月龄育肥牛平均每天能增重1.36公斤，最高可达1.86公斤。

“我们的目标打造国产肉牛的种质芯片，国产肉牛核心种源国产率能达到70%以上。”负责人表示，来参加这次农业博览会的主要目的还是增加华西牛知名度的同时寻求更多业内合作。

适合全年舍饲的肉羊品种——鲁中肉羊

由济南培育的“鲁中肉羊”新品种成功入选“2022中国农业农村重大新技术新产品新装备”。

鲁中肉羊由山东嬴泰农牧科技有限公司联合中国农业科学院、山东农科院、山东农业大学、山东畜牧总站、济南市农业农村局历经15年合作培育，继承了父本杜泊绵羊肉用性能好和母本湖羊繁殖率高的种质特性。该品种经杂交改良、横交固定培育，是适合生产优质高档羊肉的新型肉用绵羊。

“鲁中肉羊”全身被毛白色，头清秀，鼻梁隆起，耳大稍下垂，颈背部结合良好，肉用特征较明显。因其表现出良好适应性、抗病性强、饲料利用率较高等特点，再加上饲养周期短，粪污排放量小，“鲁中肉羊”适宜全年舍饲，目前已经推广到全国各地。

农业农村部人力资源开发中心副主任、中国农学会副秘书长吴金玉表示，鲁中肉羊新品种的研发改变我国缺乏适合集约化舍饲圈养专门化肉羊品种的局面，具有完全自主知识产权。

种植一次免耕收获3—4年的多年生稻

2022年12月16日，美国《科学》杂志公布“2022年度十大科学突破”，中国云南大学胡凤益团队创制的多年生稻研究成果成为2022年中国唯一入选，也是农业类唯一入选该榜单的科学突破。

研究团队在《自然·可持续发展》杂志上称，PR23的产量可与常规的季节性种植水稻持平。多年生稻在适宜地区种植一次，可连续免耕收获3—4年。种植后每年收获2季，平均每季产量为6.8吨/公顷，与一年生稻产量（6.7吨/公顷）相当。第二年，农民则可以省去将秧苗移栽到稻田的任务，这样一来不仅节约每季每公顷68-77人次劳动力，而且帮助农民降低了一半的成本。

“多年生稻23”（PR23）是由一种亚洲商业水稻品种和一种生长在非洲的多年生野生水稻杂交后培育，为了这项高产稳多、多年生性强的水稻品种培育，中国云南大学胡凤益团队已进行长达二十多年的研究实验。

水稻作为人类主要粮食作物，经过人类多年以来的驯化，将其从多年生变成一年生栽培种。虽然为人类的繁衍生息提供了物质保障，但是一年生栽培种在一定程度上导致劳动投入力度、种子投入量过大、也会带来水土流失、土壤侵蚀等环境问题。“我们研究的创新点在于，将一年生的栽培种变成多年生的栽培种，让轻简化的粮食生产方式成为可能。”云南大学农学院院长胡凤益说。

这一基于免耕生产方式，播种一次持续收获多年的创新研究，将有助于维护粮食安全和生态安全，同时对其他多年生粮食作物研究具有重要的借鉴意义。

从野生玉米中找回“丢失”的高蛋白

经十年不懈努力，中国科学院分子植物科学卓越创新中心巫永睿研究团队与上海师范大学王文琴研究团队从野生玉米中克隆了控制玉米高蛋白品质形成和氮素高效利用的关键变异基因。这不仅有利于现代栽培玉米提高籽粒蛋白含量，还可能指导未来减少化肥施用和保护生态环境，相关研究论文被国际权威学术期刊《自然》杂志收录。

为了帮玉米找回“高蛋白”，中国科学院分子植物科学卓越创新中心和上海师范大学王文琴研究团队首先采用三代测序技术和三维基因组相结合的策略，提取超过4万个样本的DNA进行基因型鉴定，测定了超过2万个样本的蛋白含量进行表型分析。在此基础上破解了高度复杂的野生玉米基因组，经过长达10年的不懈努力，成功从野生玉米“大刍草”中找回驯化过程中丢失的、用于控制高蛋白含量的优良基因THP9。

2022年第三季度，受原料进口豆粕价格上涨影响，我国饲料价格不断攀升，创近12年历史新高。饲料中蛋白主要由豆粕提供，但中国大豆对进口依存度高，容易形成畜禽养殖业的“卡脖子”问题。因此，寻找能够替代豆粕的蛋白来源，对中国饲料加工业和畜禽养殖业来说意义重大。

中国科学院分子植物科学卓越创新中心研究员巫永睿巫永睿表示该研究不仅成功克隆了野生玉米变异基因Thp9-T，利于现代栽培高籽粒蛋白含量的玉米，而且对未来减少化肥施用和保护生态环境具有重要指导意义，为构建和实施新形势下的国家粮食安全战略，确保国家粮食安全和重要农产品有效供给，促进农业可持续发展提供新的解决方案。

全新紧凑株型的葫芦科瓜类作物诞生

为了保障葫芦科植物的优质高产，我国农业科学院蔬菜花卉研究所蔬菜功能基因组团队联合国内多家合作单位，创造了葫芦科瓜类作物的全新紧凑株型，提高了葫芦科瓜类作物的生产效率。

中国农业科学院蔬菜花卉研究所蔬菜功能基因组团队介绍，拥有长藤蔓、长节的南瓜、西瓜、黄瓜等葫芦科瓜类作物，主茎和节间都较长，栽培群体的种植密度较低不仅在管理上耗时费工，而且容易影响生产效率。

为解决葫芦科瓜类作物生产效率低下难题，研究团队在南瓜种质库中寻找到唯一一份由显性单基因控制的矮化种质，并通过增强CmoYABBY1的蛋白翻译水平，使得南瓜主茎极度缩短，以此实现茎长的精细调节。

此外，研究团队根据不同瓜类作物的不同栽培模式，发现编辑过的矮化植株显著提高了单产水平或显著降低了劳动力成本。研究团队介绍，将黄瓜、甜瓜和西瓜等具有重要经济价值的葫芦科瓜类作物创造出具有显性遗传的特征，将在葫芦科瓜类作物生产上有重要意义。

找到控制作物种子休眠的关键基因

正值种子成熟期的农作物遇上连阴雨如不能及时收获，会出现穗发芽的现象。并且对农作物的产量和品质产生严重威胁。我国科学家为了避免因穗发芽导致的规模性农业损失，经不懈努力找到了调控水稻、小麦穗发芽问题的“开关”。

中国科学院遗传与发育生物学研究所储成才研究员团队和高彩霞研究员团队完成该研究，于12月6日，将相关成果在国际学术期刊《自然·遗传学》在线发表。

储成才表示，种子休眠是指种子在适合其生长的条件下仍不能发芽的现象。然而，驯化作物过程中，常常忽视了对种子适度休眠性状的保留，从而导致很多作物如水稻、小麦会发生穗发芽现象。因此，找到作物控制种子休眠的关键基因，阐明种子休眠调控的分子生理机制，对避免穗发芽灾害至关重要。

具体操作方面，储成才团队通过将强休眠的水稻品种“卡萨拉斯”和弱休眠水稻品种“日本晴”构建染色体单片段代换系，成功从强休眠水稻品种中克隆到一个控制水稻种子休眠的关键基因SD6，并证实了SD6负调控水稻种子休眠。

此外，团队通过筛选SD6互作蛋白，发现了另一调控水稻种子休眠转录因子ICE2。储成才形象的表示，简单来说，SD6像“油门”，能够促进种子萌发；而ICE2就像“刹车”，可以促进休眠，它们彼此制衡。

除了水稻，高彩霞团队对小麦品种科农199的TaSD6基因进行改良后发现，小麦穗发芽抗性大幅提高，这表明SD6基因在其他谷物穗发芽抗性育种改良中具有潜在价值。

中国科学院院士、中国农科院作物研究所所长钱前对该研究给予高度评价。“相关研究成果是近年来国内外利用种质资源挖掘有利基因并快速应用到育种创新的典范性工作，为有效利用古老地方种种质资源提供了借鉴。”

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