上天下地入海，中國種業(yè)科技多維度突破丨回望2022
農(nóng)財網(wǎng)種業(yè)寶典 2022-12-29 記者丨張植宏綜合整理
育出多年生水稻品種
將二氧化碳“變”成葡萄糖，空氣變饅頭
在中國空間站完成全球首次
水稻“種子到種子”全生命周期培養(yǎng)實驗
連續(xù)兩年實現(xiàn)“雜交稻雙季畝產(chǎn)3000斤”
成功克隆野生玉米高蛋白基因
首次鑒定玉米水稻趨同選擇的關(guān)鍵基因
破解小麥條銹病感病基因密碼
育成首個肉牛新品種“華西牛”
世界首個龍眼荔枝雜交新品種誕生
育出14個轉(zhuǎn)基因玉米、大豆新品種
全球首艘10萬噸級智慧漁業(yè)大型養(yǎng)殖工船
養(yǎng)出的第一批大黃魚上市
2022年，中國種業(yè)繼續(xù)實現(xiàn)突破，科技成果令人目不暇接。
從無垠的太空到泥濘的稻田，從向空氣要糧食到在深海開墾糧倉，廣大種業(yè)科技工作者上天入地，在一個個領(lǐng)域留下深刻印記，在種業(yè)科技自立自強、種源自主可控的道路上勇毅前行。
培育出多年生水稻品種
空氣變饅頭！將二氧化碳“變成”葡萄糖和脂肪酸
水稻首次在太空結(jié)籽
首次鑒定玉米水稻趨同選擇的關(guān)鍵基因
成功克隆野生玉米高蛋白基因
破解小麥條銹病感病基因密碼
連續(xù)兩年實現(xiàn)“雜交稻雙季畝產(chǎn)3000斤”
轉(zhuǎn)基因玉米、大豆新品種培育成功
世界首個龍眼荔枝雜交新品種誕生
育成肉牛新品種“華西牛”
全球首艘10萬噸級智慧漁業(yè)大型養(yǎng)殖工船起魚上市
01
培育出多年生水稻品種
年年育種插秧，本來是水稻種植的常態(tài)。云南大學(xué)的一項創(chuàng)新卻可能讓水稻成為多年生作物，栽種一次，多季收割，省種省錢，輕簡勞力。云南大學(xué)胡鳳益研究團隊今年10月測產(chǎn)成功，確定培育出可用于實際生產(chǎn)的多年生水稻品種，相關(guān)研究成果11月7日發(fā)表在《自然·可持續(xù)發(fā)展》上。
本研究成果入選科技日報社2022年國內(nèi)十大科技新聞、《Science》2022年度十大科學(xué)突破。
多年生稻。圖源：云南大學(xué)官網(wǎng)
利用長雄野生稻發(fā)達的地下莖培育的多年生稻品種，還有配套耕作栽培技術(shù)，只需栽種一次，從第二季起無需犁田耙地、買種播種、育秧插秧，只要田間管理得當(dāng)，即可“割完一茬又一茬”。
云南大學(xué)團隊1997年開始進行多年生稻試驗。2016年開始大田試驗，針對多年生稻的適應(yīng)性、穩(wěn)定性、豐產(chǎn)性以及病蟲害防控等各環(huán)節(jié)耐心實驗。他們利用多年生野生水稻，與一年生的栽培水稻雜交，經(jīng)過多次自交，篩選培育出多年生水稻品系，最終3個水稻品種通過國家審定。
新品系水稻在最低月平均氣溫不低于13.5℃，持續(xù)低于4℃的時間不超過5天的稻作區(qū)均可種植。這些多年生水稻可連續(xù)種植4年，每年收獲2季，平均畝產(chǎn)量還略高于一年生水稻。多年生水稻可跳過育秧和栽種等耕作環(huán)節(jié)，總體上節(jié)約一半的生產(chǎn)投入。而且，種植多年生水稻，能改善耕層土壤結(jié)構(gòu)，增加土壤有機質(zhì)含量，是一項生態(tài)友好的技術(shù)。
02
空氣變饅頭！將二氧化碳“變成”葡萄糖和脂肪酸
除了“淀粉”，人工合成“糧食”又有新招。4月28日，國際學(xué)術(shù)期刊《自然·催化》以封面文章的形式發(fā)表了一項最新研究成果。我國科研人員通過電催化結(jié)合生物合成的方式，將二氧化碳和水高效合成高純度乙酸，并進一步利用微生物合成葡萄糖和脂肪酸（油脂）。
本研究成果入選科技日報社2022年國內(nèi)十大科技新聞。
通過電化學(xué)耦合生物發(fā)酵實現(xiàn)將二氧化碳和水轉(zhuǎn)化為長鏈產(chǎn)品的示意圖。研究團隊供圖
葡萄糖和油脂是重要的糧食成分，通過催化過程將二氧化碳和水轉(zhuǎn)化為葡萄糖或者油脂，長期以來只有靠農(nóng)作物種植這一條路徑。
此項研究中，科研人員首先將二氧化碳電解高效還原合成高純度乙酸，然后用釀酒酵母對乙酸進行發(fā)酵。這個過程可以理解為，先將二氧化碳轉(zhuǎn)化為釀酒酵母的“食物”——醋，然后釀酒酵母不斷“吃醋”來合成葡萄糖和脂肪酸。
對此，中國科學(xué)院院士、中國化學(xué)會催化委員會主任李燦評價，該工作為人工和半人工合成“糧食”提供了新技術(shù)。中國科學(xué)院院士、上海交通大學(xué)微生物代謝國家重點實驗室主任鄧子新認為，這項研究工作開辟了電化學(xué)結(jié)合活細胞催化制備葡萄糖等糧食產(chǎn)物的新策略，為進一步發(fā)展基于電力驅(qū)動的新型農(nóng)業(yè)與生物制造業(yè)提供了新范例。
據(jù)悉，接下來研究團隊將進一步研究電催化與生物發(fā)酵這兩個平臺的適配性和兼容性。同時，未來如果要合成淀粉、制造色素、生產(chǎn)藥物等，只需保持電催化設(shè)施不改變，更換發(fā)酵使用的微生物就能實現(xiàn)。
03
水稻首次在太空結(jié)籽
水稻是人類主要的糧食作物，也是未來載人深空探測生命支持系統(tǒng)的主要候選糧食作物，利用空間微重力進行水稻育種，是空間植物學(xué)研究的重要方向之一。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。
此前，國際上在空間只完成了擬南芥、油菜、豌豆和小麥“從種子到種子”的培養(yǎng)。而在中國空間站內(nèi)，“微重力條件下高等植物開花調(diào)控的分子機理”項目瞄準(zhǔn)了水稻和擬南芥兩種植物。
神十四乘組在軌期間，從7月29日注入營養(yǎng)液啟動實驗，至11月25日結(jié)束實驗，水稻和擬南芥種子在中國空間站內(nèi)經(jīng)歷了120天的空間培育生長，完成了種子萌發(fā)、幼苗生長、開花結(jié)籽這一“從種子到種子”的發(fā)育全過程。這是國際上首次完成的水稻全生命周期培養(yǎng)實驗。
期間，航天員在軌進行了三次樣品采集，包括孕穗期水稻樣品、擬南芥開花期樣品及水稻和擬南芥種子成熟期樣品。采集后，開花或孕穗期樣品保存于零下80攝氏度的低溫存儲柜中，種子成熟期樣品保存于4攝氏度低溫存儲柜。
04
首次鑒定玉米水稻趨同選擇的關(guān)鍵基因
三大作物玉米、水稻和小麥的馴化發(fā)生在全球不同地區(qū)，祖先各不相同，形態(tài)習(xí)性各異，它們的馴化過程遵循了共同的遺傳規(guī)律嗎？這是一個長期存在爭議的問題。
3月25日，《科學(xué)》雜志在線發(fā)表了中國農(nóng)業(yè)大學(xué)教授楊小紅、李建生與華中農(nóng)業(yè)大學(xué)教授嚴建兵聯(lián)合團隊的研究論文。經(jīng)過三代科學(xué)家18年的研究發(fā)現(xiàn)，玉米基因KRN2和水稻基因OsKRN2受到趨同選擇，并通過相似的途徑調(diào)控玉米和水稻產(chǎn)量。該團隊進一步在全基因組層面闡明了趨同進化的遺傳規(guī)律。
玉米和水稻趨同選擇的分子機制
該研究還利用基因編輯技術(shù)創(chuàng)制了KRN2和OsKRN2基因功能敲除的新材料。多年多點的田間小區(qū)試驗表明，玉米KRN2敲除系和水稻OsKRN2敲除系可分別提高10%的玉米產(chǎn)量和8%的水稻產(chǎn)量，并且對其它農(nóng)藝性狀沒有明顯的負面影響，展現(xiàn)了巨大的應(yīng)用潛力。
中科院院士李家洋認為，這一成果不僅揭示了玉米與水稻的同源基因趨同進化從而增加產(chǎn)量的機制，為育種提供了寶貴的遺傳資源，而且為農(nóng)藝性狀關(guān)鍵控制基因的解析與育種應(yīng)用，以及其他優(yōu)異野生植物快速再馴化或從頭馴化提供重要理論基礎(chǔ)。
基因編輯KRN2 可以同時提高玉米和水稻的產(chǎn)量。
05
成功克隆野生玉米高蛋白基因
經(jīng)過十年不懈努力，我國科學(xué)家首次從野生玉米中，成功克隆出高蛋白基因THP9，并通過雜交實驗有效提高了現(xiàn)代玉米的蛋白含量。這一成果于11月17日在國際學(xué)術(shù)期刊《自然》在線發(fā)表。
十年磨一劍，解鎖野生玉米高蛋白基因密碼。玉米的“祖先”起源于南美洲，叫做大芻草，種子外面包裹著堅硬的殼，無法直接食用。人類早在9000年以前就開始馴化玉米，逐步把雜草一樣的野生玉米，改造成了今天的玉米。
科研人員實驗發(fā)現(xiàn)野生玉米在沒有施加氮肥條件下，種子蛋白含量都高達30%，是現(xiàn)代普通栽培玉米的3倍，表明野生玉米中含有控制高蛋白含量的關(guān)鍵基因。十年來，研究團隊提取了超過4萬個樣本的DNA進行鑒定，最終從野生玉米中克隆到首個控制玉米高蛋白含量的主效基因。
玉米蛋白含量提高1%，可減少700多萬噸大豆進口。目前玉米已成為世界上最高產(chǎn)的農(nóng)作物之一，70%的玉米都用作飼料，由于普通玉米籽粒蛋白含量較低，因此飼料中還需要補充大豆蛋白，而大豆嚴重依賴進口。這些成為我國畜禽養(yǎng)殖業(yè)的“卡脖子”問題。普通玉米蛋白含量每提高一個百分點，便相當(dāng)于每年可以少進口700多萬噸大豆。
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)科研團隊合作，在三亞進行了大規(guī)模田間試驗，將野生玉米高蛋白基因Thp9-T雜交導(dǎo)入我國推廣面積最大的玉米生產(chǎn)栽培品種“鄭單958”中，可顯著提高蛋白含量，表明該基因在培育高蛋白玉米中具有重要的應(yīng)用潛能。同時，在減少氮肥施用條件下可以有效保持玉米的生物量，以及植株和籽粒中氮含量水平，這對于減少化肥使用和保護生態(tài)環(huán)境具有重要意義。
06
破解小麥條銹病感病基因密碼
條繡病是全球小麥生產(chǎn)中的頭號重大病害，在60多個國家均有發(fā)生。我國一直是條銹病發(fā)病范圍最廣、受害最重的國家之一。日前，我國科學(xué)家找到了被條銹病菌靶向利用的小麥基因，通過去除該感病基因，使得小麥可以抗條銹病。這項國際范圍內(nèi)的開創(chuàng)性成果日前被國際權(quán)威學(xué)術(shù)期刊《細胞》發(fā)表。
西北農(nóng)林科技大學(xué)植物免疫團隊歷經(jīng)18年捕獲條銹病小麥感病基因，并成功破解了該小麥基因的作用機理密碼。
西北農(nóng)林科技大學(xué)教授王曉杰表示，這是我們在熒光顯微鏡下觀察到的病菌的生長發(fā)育情況，左邊這一列是在正常情況下，條銹菌侵染小麥后產(chǎn)生的一些侵染結(jié)構(gòu)，而在這一列是我們破壞了病原菌和感病基因的互作，病菌的生長發(fā)育受到了嚴重的抑制。“我們通過讓感病基因和病原菌的毒性基因不能碰面，就是讓病菌不能去操縱感病基因，實現(xiàn)了抗病材料的創(chuàng)制。”王曉杰說。
研究團隊通過基因編輯技術(shù)精準(zhǔn)敲除了小麥中的這個感病基因，并創(chuàng)制出新的抗條銹病小麥材料。該材料在兩年的大田試驗中展現(xiàn)出高抗條銹病的特點，并且小麥的株高、穗長和粒重等主要的農(nóng)藝性狀沒有受到明顯影響。
中國工程院院士、西北農(nóng)林科技大學(xué)教授康振生表示，這樣一個材料對我們隨后的生物育種提供了一個好的途徑、好的策略。
07
連續(xù)兩年實現(xiàn)“雜交稻雙季畝產(chǎn)3000斤”
10月13日，三亞市崖州區(qū)壩頭南繁公共試驗基地，再迎晚造測產(chǎn)。晚造平均畝產(chǎn)671.6公斤，加上5月早造平均畝產(chǎn)910公斤，共1581.6公斤！同一地塊，海南連續(xù)兩年實現(xiàn)“雜交水稻之父”袁隆平生前提出的“雜交水稻雙季畝產(chǎn)1500公斤”攻關(guān)目標(biāo)。
08
轉(zhuǎn)基因玉米、大豆新品種培育成功
4月29日，農(nóng)業(yè)農(nóng)村部發(fā)布了2022年第一批轉(zhuǎn)基因生產(chǎn)應(yīng)用安全證書，其中包括4個轉(zhuǎn)基因玉米。截至目前，我國已有11個轉(zhuǎn)基因抗蟲耐除草劑玉米和3 個轉(zhuǎn)基因耐除草劑大豆獲得生產(chǎn)應(yīng)用安全證書。
這些品種開辟了自主培育轉(zhuǎn)基因抗蟲耐除草劑玉米、耐除草劑大豆的道路，填補了國內(nèi)空白，實現(xiàn)轉(zhuǎn)基因研發(fā)從追趕到跨越的重大轉(zhuǎn)變，奠定了現(xiàn)代種業(yè)發(fā)展的堅實基礎(chǔ)。
根據(jù)農(nóng)業(yè)農(nóng)村部網(wǎng)站歷年清單整理。
09
世界首個龍眼荔枝雜交新品種誕生
華南農(nóng)業(yè)大學(xué)劉成明教授團隊育出世界上第一個龍眼與荔枝雜交的屬間雜交新品種——“脆蜜”。這是世界上第一個龍眼和荔枝雜交的新品種，具有開創(chuàng)性的意義。
據(jù)育種團隊負責(zé)人、華南農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝學(xué)院教授劉成明介紹，“脆蜜”以石硤龍眼為母本，以紫娘喜荔枝為父本，通過屬間雜交育種的方式，歷時15年研發(fā)選育而來。
圖左為母本“石硤龍眼”，圖右為父本“紫娘喜荔枝”。
“脆蜜”。
該品種兼具石硤龍眼和紫娘喜荔枝的優(yōu)點，其果肉嫩脆，完全無渣，糖度高達20～24%，“脆”和“蜜”很好地概括了它的特點。事實上，“脆蜜”仍然是一個龍眼品種，不過其果肉很嫩，這點與荔枝類似。另外，“脆蜜”果皮的龜裂片很明顯，呈疙瘩狀，這是荔枝才有的特點。
10
育成肉牛新品種“華西牛”
中國農(nóng)科院牧醫(yī)所牛遺傳育種科技創(chuàng)新團隊組織全國優(yōu)勢育種隊伍，持續(xù)43年協(xié)同攻關(guān)，并在多個省份進行示范推廣，育成了具有自主知識產(chǎn)權(quán)的肉牛新品種“華西牛”。該品種于2021年12月通過國家畜禽遺傳資源委員會審定。
華西牛。圖源：農(nóng)民日報
中國農(nóng)科院副院長劉現(xiàn)武表示，近年來我國肉牛生產(chǎn)總體保持增長態(tài)勢，生產(chǎn)水平逐步提升。但也要看到，牛肉產(chǎn)量還不能完全滿足消費快速增長需要。原因主要是我國肉牛業(yè)起步晚，品種生產(chǎn)性能與國際先進水平有較大差距，養(yǎng)殖機械化程度和生產(chǎn)效率等方面也有待提升。
據(jù)悉，“華西牛”既適應(yīng)我國牧區(qū)、農(nóng)區(qū)及北方農(nóng)牧交錯帶，也適應(yīng)南方草山草坡地區(qū)。成年公牛體重達900公斤，成年母牛550公斤以上，屠宰率62.39%，凈肉率53.95%，平均育肥期日增重達1.36公斤，主要生產(chǎn)性能達到國際先進水平。
農(nóng)業(yè)農(nóng)村部種業(yè)管理司二級巡視員謝焱表示，“華西牛”是大家畜育種的一個重大代表性成果。在種群性能上，具有生長速度快、適應(yīng)性強的優(yōu)勢；在核心技術(shù)上，實現(xiàn)了全基因組選擇技術(shù)的突破；在組織機制上，成立了育種聯(lián)合會并以實體形式運行，有機整合了育種企業(yè)、科研機構(gòu)等優(yōu)勢單位力量。
中國農(nóng)科院牧醫(yī)所副所長李俊雅表示，肉牛作為典型的大家畜，世代間隔長、繁殖效率低，加上生產(chǎn)模式復(fù)雜，育種數(shù)據(jù)收集難度大。“華西牛”的成功培育，得益于多方發(fā)力、聯(lián)合育種和科技創(chuàng)新。
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全球首艘10萬噸級智慧漁業(yè)大型養(yǎng)殖工船起魚上市
5月20日，全球首艘10萬噸級智慧漁業(yè)大型養(yǎng)殖工船“國信1號”在中國船舶集團青島北海造船有限公司交付運營。“國信1號”的交付標(biāo)志著全球首艘10萬噸級智慧漁業(yè)大型養(yǎng)殖工船項目順利完成設(shè)計研發(fā)、建造及海試，正式進入產(chǎn)業(yè)運營階段，我國深遠海大型養(yǎng)殖工船產(chǎn)業(yè)實現(xiàn)了由0到1的進階發(fā)展。
作為全球唯一一艘建成并運營的10萬噸級養(yǎng)殖工船，“國信1號”在研發(fā)、建造和產(chǎn)業(yè)運營等諸多方面都開創(chuàng)了國際先例，有望為中國乃至世界深遠海養(yǎng)殖打造“中國樣本”，率先探索海洋漁業(yè)養(yǎng)殖從近海走向深遠海，從農(nóng)業(yè)傳統(tǒng)經(jīng)營模式轉(zhuǎn)向大規(guī)?，F(xiàn)代化工業(yè)生產(chǎn)的方式和路徑。
9月1日，產(chǎn)自“國信1號”的首批大黃魚起魚上市。本次起捕約65噸，實現(xiàn)活魚現(xiàn)捕、冰漿鎖鮮冷鏈運輸，第一時間到達百姓的餐桌。后續(xù)將陸續(xù)起捕，滿足中秋、國慶、春節(jié)等節(jié)慶市場需求。
產(chǎn)自“國信1號”的首批大黃魚。
2017年起，中國船舶集團、青島國信集團、海洋國家試點實驗室、中國水科院漁機所等單位投資建造全球首艘10萬噸級深遠海智慧養(yǎng)殖工船“國信1號”，創(chuàng)新探索深遠海工船艙養(yǎng)模式。2019年，該項目在青島北海造船啟動建造，2022年1月出塢下水，5月20日交付運營。
“國信1號”堪稱“漁業(yè)養(yǎng)殖航母”，船長249.9米，排水量13萬噸，載重量10萬噸，設(shè)15個養(yǎng)殖艙，單艙水體量比2個標(biāo)準(zhǔn)游泳池還多，全船養(yǎng)殖水體8萬多立方米，以“船載艙養(yǎng)”模式，開展大黃魚、石斑魚、大西洋鮭魚、黃條鰤魚等名優(yōu)魚種的養(yǎng)殖，設(shè)計年產(chǎn)高品質(zhì)魚類約3700噸。可實現(xiàn)年產(chǎn)3700噸高品質(zhì)魚類和650噸的優(yōu)質(zhì)蛋白供給，超過查干湖全年的捕獲量。交付運營以來，“國信1號”實現(xiàn)魚苗入艙300余萬尾，累計航程3000余海里。
記者丨張植宏綜合整理
編輯丨農(nóng)財君
聯(lián)系農(nóng)財君丨18565265490
新時代 新種業(yè)
南方農(nóng)村報丨農(nóng)財寶典
