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(cái)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(shí)驗(yàn)
連續(xù)兩年實(shí)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(gè)肉牛新品種“華西牛”
世界首個(gè)龍眼荔枝雜交新品種誕生
育出14個(gè)轉(zhuǎn)基因玉米、大豆新品種
全球首艘10萬噸級(jí)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(shí)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(gè)個(gè)領(lǐng)域留下深刻印記，在種業(yè)科技自立自強(qiáng)、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(shí)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(gè)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(jí)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(xiàng)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(tuán)隊(duì)今年10月測(cè)產(chǎn)成功，確定培育出可用于實(shí)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?qǐng)?bào)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(dá)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(tuán)隊(duì)1997年開始進(jìn)行多年生稻試驗(yàn)。2016年開始大田試驗(yàn)，針對(duì)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(shí)驗(yàn)。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(gè)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(shí)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(jī)質(zhì)含量，是一項(xiàng)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(xiàng)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(jìn)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?qǐng)?bào)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(shí)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(tuán)隊(duì)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(xiàng)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(duì)乙酸進(jìn)行發(fā)酵。這個(gè)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(duì)此，中國科學(xué)院院士、中國化學(xué)會(huì)催化委員會(huì)主任李燦評(píng)價(jià)，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(diǎn)實(shí)驗(yàn)室主任鄧子新認(rèn)為，這項(xiàng)研究工作開辟了電化學(xué)結(jié)合活細(xì)胞催化制備葡萄糖等糧食產(chǎn)物的新策略，為進(jìn)一步發(fā)展基于電力驅(qū)動(dòng)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(tuán)隊(duì)將進(jìn)一步研究電催化與生物發(fā)酵這兩個(gè)平臺(tái)的適配性和兼容性。同時(shí)，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(shí)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(cè)生命支持系統(tǒng)的主要候選糧食作物，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。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(jī)理”項(xiàng)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(dòng)實(shí)驗(yàn)，至11月25日結(jié)束實(shí)驗(yàn)，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(shí)驗(yàn)。
期間，航天員在軌進(jìn)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(chǔ)柜中，種子成熟期樣品保存于4攝氏度低溫存儲(chǔ)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(gè)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(yán)建兵聯(lián)合團(tuán)隊(duì)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(tuán)隊(duì)進(jìn)一步在全基因組層面闡明了趨同進(jìn)化的遺傳規(guī)律。
玉米和水稻趨同選擇的分子機(jī)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(diǎn)的田間小區(qū)試驗(yàn)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(duì)其它農(nóng)藝性狀沒有明顯的負(fù)面影響，展現(xiàn)了巨大的應(yīng)用潛力。
中科院院士李家洋認(rèn)為，這一成果不僅揭示了玉米與水稻的同源基因趨同進(jìn)化從而增加產(chǎn)量的機(jī)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(shí)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(shí)驗(yàn)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(jiān)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(shí)驗(yàn)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(dá)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(tuán)隊(duì)提取了超過4萬個(gè)樣本的DNA進(jìn)行鑒定，最終從野生玉米中克隆到首個(gè)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(jìn)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(bǔ)充大豆蛋白，而大豆嚴(yán)重依賴進(jìn)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(gè)百分點(diǎn)，便相當(dāng)于每年可以少進(jìn)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(tuán)隊(duì)合作，在三亞進(jìn)行了大規(guī)模田間試驗(yàn)，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(shí)，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(duì)于減少化肥使用和保護(hù)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(hào)重大病害，在60多個(gè)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(xiàng)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(xì)胞》發(fā)表。
西北農(nóng)林科技大學(xué)植物免疫團(tuán)隊(duì)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(jī)理密碼。
西北農(nóng)林科技大學(xué)教授王曉杰表示，這是我們?cè)跓晒怙@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(yán)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(shí)現(xiàn)了抗病材料的創(chuàng)制。”王曉杰說。
研究團(tuán)隊(duì)通過基因編輯技術(shù)精準(zhǔn)敲除了小麥中的這個(gè)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(yàn)中展現(xiàn)出高抗條銹病的特點(diǎn)，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(gè)材料對(duì)我們隨后的生物育種提供了一個(gè)好的途徑、好的策略。
07
連續(xù)兩年實(shí)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(yàn)基地，再迎晚造測(cè)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(shí)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(gè)轉(zhuǎn)基因玉米。截至目前，我國已有11個(gè)轉(zhuǎn)基因抗蟲耐除草劑玉米和3 個(gè)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(bǔ)了國內(nèi)空白，實(shí)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(jiān)實(shí)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(gè)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(tuán)隊(duì)育出世界上第一個(gè)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(gè)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(tuán)隊(duì)負(fù)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(shí)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(diǎn)，其果肉嫩脆，完全無渣，糖度高達(dá)20～24%，“脆”和“蜜”很好地概括了它的特點(diǎn)。事實(shí)上，“脆蜜”仍然是一個(gè)龍眼品種，不過其果肉很嫩，這點(diǎn)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(diǎn)。
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(tuán)隊(duì)組織全國優(yōu)勢(shì)育種隊(duì)伍，持續(xù)43年協(xié)同攻關(guān)，并在多個(gè)省份進(jìn)行示范推廣，育成了具有自主知識(shí)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(huì)審定。
華西牛。圖源：農(nóng)民日?qǐng)?bào)
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(shì)，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(fèi)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(jìn)水平有較大差距，養(yǎng)殖機(jī)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(cuò)帶，也適應(yīng)南方草山草坡地區(qū)。成年公牛體重達(dá)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(dá)1.36公斤，主要生產(chǎn)性能達(dá)到國際先進(jìn)水平。
農(nóng)業(yè)農(nóng)村部種業(yè)管理司二級(jí)巡視員謝焱表示，“華西牛”是大家畜育種的一個(gè)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(qiáng)的優(yōu)勢(shì)；在核心技術(shù)上，實(shí)現(xiàn)了全基因組選擇技術(shù)的突破；在組織機(jī)制上，成立了育種聯(lián)合會(huì)并以實(shí)體形式運(yùn)行，有機(jī)整合了育種企業(yè)、科研機(jī)構(gòu)等優(yōu)勢(shì)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。
11
全球首艘10萬噸級(jí)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(jí)智慧漁業(yè)大型養(yǎng)殖工船“國信1號(hào)”在中國船舶集團(tuán)青島北海造船有限公司交付運(yùn)營。“國信1號(hào)”的交付標(biāo)志著全球首艘10萬噸級(jí)智慧漁業(yè)大型養(yǎng)殖工船項(xiàng)目順利完成設(shè)計(jì)研發(fā)、建造及海試，正式進(jìn)入產(chǎn)業(yè)運(yùn)營階段，我國深遠(yuǎn)海大型養(yǎng)殖工船產(chǎn)業(yè)實(shí)現(xiàn)了由0到1的進(jìn)階發(fā)展。
作為全球唯一一艘建成并運(yùn)營的10萬噸級(jí)養(yǎng)殖工船，“國信1號(hào)”在研發(fā)、建造和產(chǎn)業(yè)運(yùn)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(yuǎn)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(yuǎn)海，從農(nóng)業(yè)傳統(tǒng)經(jīng)營模式轉(zhuǎn)向大規(guī)模現(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(hào)”的首批大黃魚起魚上市。本次起捕約65噸，實(shí)現(xiàn)活魚現(xiàn)捕、冰漿鎖鮮冷鏈運(yùn)輸，第一時(shí)間到達(dá)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(chǎng)需求。
產(chǎn)自“國信1號(hào)”的首批大黃魚。
2017年起，中國船舶集團(tuán)、青島國信集團(tuán)、海洋國家試點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、中國水科院漁機(jī)所等單位投資建造全球首艘10萬噸級(jí)深遠(yuǎn)海智慧養(yǎng)殖工船“國信1號(hào)”，創(chuàng)新探索深遠(yuǎn)海工船艙養(yǎng)模式。2019年，該項(xiàng)目在青島北海造船啟動(dòng)建造，2022年1月出塢下水，5月20日交付運(yùn)營。
“國信1號(hào)”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(gè)養(yǎng)殖艙，單艙水體量比2個(gè)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?mèng)~等名優(yōu)魚種的養(yǎng)殖，設(shè)計(jì)年產(chǎn)高品質(zhì)魚類約3700噸?？蓪?shí)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(yùn)營以來，“國信1號(hào)”實(shí)現(xiàn)魚苗入艙300余萬尾，累計(jì)航程3000余海里。
記者丨張植宏綜合整理
編輯丨農(nóng)財(cái)君
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