科普动态农业科技现代化成为农业现代化的强大引擎

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智能农机在田间奔波,自动播种、自动施肥、自动收割,却不见人影; 旅途中指尖轻点电子屏幕,即可给温室里的蔬菜浇水、施肥; 没有土壤,没有阳光,工厂里的蔬菜依然蓬勃生长……科技与农业的融合,描绘出现代农业最时尚、最创意的画卷。

 

农业现代化的关键是农业科技现代化。 党的十八大以来,党中央、国务院高度重视农业科技创新,深入实施“地里藏粮、科技藏粮”战略。 全国广大农业科技工作者坚持“四个导向”,努力创新攻关。 涌现一批引领性、原创性、标志性重大科技成果。 两系法开启杂交水稻新时代,人工淀粉首次在实验室合成,“基因剪刀”打破国外垄断,植物工厂“快繁”取得重要突破,中国农业科技创新取得历史性成就,综合实力进入世界前列。 高水平农业科技自力更生、自强不息迈出了坚实步伐。 农业科技现代化已成为保障粮食安全和重要农产品供应、突破资源环境约束、引领农业农村现代化的关键。 强劲的发动机。 2012年到2021年,我国粮食总产量由6.1亿吨增加到6.8亿吨,良种贡献率由45%提高到50%以上,主要农作物综合机械化率由57%提高% 至 72%。

重大创新为农业农村高质量发展插上“科技翅膀”

10年来,广大农业科技工作者聚焦农业科技关键短板,齐心协力、锐意进取,农业科技重大成果不断涌现。 选育推广水稻“宁香粳9号”、小麦“绿源502”、玉米“京农科728”等一批优质粮食作物新品种,自主培育景红、景粉系列蛋鸡品种、景海一批黄鸡、华农温一号猪等应用价值较高的畜禽新品种,畜禽水产品良种和国产化比例逐年提高。 配套的耐旱小麦节水栽培技术,可节约灌溉用水30%左右。 膜下滴灌技术和全膜双沟播种技术,水分利用率提高17%,水稻侧深施肥技术,肥料利用率提高20个百分点。 打造了一大批关键高效装备,实现采棉机产品、采棉头等核心零部件的技术突破,为建设科技支撑的“国家粮仓”迈出了坚实的步伐。

两系法开启杂交水稻新纪元

如果说三系杂交水稻为中国开启了自给自足的时代,那么两系杂交水稻则为中国开启了更高产、更优质、更高效的杂交水稻新时代,保证了我国的领先地位在杂交水稻技术方面的研究,推动了杂交水稻在世界范围内的快速发展,为遗传育种的发展做出了巨大贡献。 2014年1月10日,中国工程院院士袁隆平领导的“两系法杂交水稻技术研究与应用”项目荣获国家科学技术进步奖特等奖。

从三系法到两系法,只有一字之差,但却带来了杂交水稻技术的飞跃。 湖南杂交水稻研究中心牵头,组织全国多单位、多学科,解决三系法存在的配对不自由等问题,采用水稻光热敏不育新材料,经过多方努力,解决了三系法配对不自由等问题。 20余年合作研究,围绕光热敏核不育系,在雄性不育系育性转化机制、实用型光热敏核不育系创制、两系杂交水稻组合育种技术、安全高效的育种和制种技术,建立了实用的光热敏基因雄性不育系育种理念、鉴定技术、核心种子和原始制种技术; 建立了高产、稳产的不育系繁殖和安全高产制种技术体系; 解决了杂交水稻高产优质、早熟难协调的技术难题,突破了两系杂交粳稻育种和制种技术瓶颈; 选育两用不育系170个,配制双系杂交水稻组合528个,实现规模化推广应用; 形成了较为完整的两系杂交水稻理论体系,解决了三个问题。 它是杂交水稻的主要限制因素,将水稻杂种优势利用带入了新阶段,带动和推动了油菜、高粱、棉花、玉米、小麦等杂种优势利用两系法的研究和应用。为现代农作物遗传育种提供了基础。 为学科发展做出了重大贡献。

通过技术转让和合作,两系杂交水稻技术已在美国推广应用,产量较当地主要品种增产20%以上。 两系杂交水稻为我国种业开拓国际市场、参与国际种业技术竞争提供核心技术支撑。

单倍体育种技术让玉米育种进入“高铁”时代

2020年9月,在位于山西农业大学东阳实验基地的“十三五”国家重点研发计划项目“玉米杂种优势利用技术及强杂种杂交创制”示范现场,记者发现,不同品种的玉米生长情况良好。玉米田差异较大,其中优势玉米杂交种的生长情况相当喜人。

“现代作物育种技术的发展有几个里程碑。该项目在杂交诱导单倍体育种方面的多项原创性突破,是玉米杂种优势利用的新里程碑,将对推动我国农业技术革命发挥重大作用。”国家.角色。” 中国工程院院士、中国农业大学教授戴景瑞告诉记者,单倍体快速育种技术大大提高了新材料的创造速度,以前需要连续8代甚至更多代才能育成。玉米自交系;现在利用该技术,只需1年2代即可选育出纯合自交系,然后用于优良杂交种的组合,显着提高了育种效率。

中国农业大学国家玉米改良中心陈少江团队对玉米单倍体技术持续研究20余年,先后在关键单倍体诱导基因、单倍体诱导和加倍技术方面取得突破,创造了高效养殖技术体系已建立。 该技术作为现代种业的“高铁技术”,极大提升了我国种业技术的竞争力。 2021年,研究团队在国际知名期刊《植物生物技术杂志》上发表最新研究成果,首次建立了番茄单倍体诱导体系,为创建跨物种单倍体快速育种技术体系奠定了基础适用于单子叶和双子叶作物。 根据。

二氧化碳全合成淀粉引领传统种植模式革命性变革

您是否必须依靠农业来满足您对碳水化合物的渴望? 当二氧化碳和氢气一起反应时会发生什么? 中科院天津工业生物技术研究所在淀粉人工合成方面取得重要进展。 该所研究人员提出了一种不依赖植物光合作用的破坏性淀粉制备方法。 它利用电解产生的二氧化碳和氢气为原料,成功生产淀粉。 在国际上首次实现二氧化碳从头合成淀粉,使得淀粉生产从传统农业种植模式向工业作坊生产模式转变成为可能,实现了原创性突破。 相关研究成果于2021年9月24日在线发表在《Science》杂志上。

研究团队采用类似“搭积木”的方法,与中科院大连化学物理研究所合作,利用化学催化剂,在积木作用下将高浓度二氧化碳还原成碳一(C1)化合物。高密度氢能,然后根据化学聚糖反应原理,设计构建了碳一化合物聚合成碳三(C3)化合物的新型聚合酶。 最后,通过生物途径优化,将碳三化合物聚合成碳六(C6)化合物,进而进一步合成线性和支链淀粉(Cn化合物)。

“这种人工途径的淀粉合成率是玉米淀粉的8.5倍,为创建具有新功能的生物系统提供了新的科学依据。” 论文第一作者、中国科学院天津工业生物技术研究所副研究员蔡涛说。

重大动植物病害防控技术为农业生物安全编织“防护网”

为从禽源上有效控制H7N9病毒,中国农业科学院哈尔滨兽医研究所陈华兰院士团队利用成熟的疫苗研发平台,及时打造重组禽流感病毒( H5+H7)二价灭活疫苗。 病原性禽流感疫苗定点生产企业进行生产和应用转化,并获得国家一类新兽药证书,大大减少了H7N9病毒在家禽中的流行和传播。 更重要的是,该疫苗的应用对阻断人类感染H7N9病毒产生了立竿见影的效果。 我国成功防控H7N9流感,成为控制动物源人畜共患传染病的典范。

我国草地贪夜蛾、非洲猪瘟等重大动植物疫病综合防控取得重大进展。 草地贪夜蛾、非洲猪瘟发生后,科技部通过国家重点研发计划及时部署应急研发项目,组织联合攻关。 中国农科院第一时间掌握草地贪夜蛾入侵信息,明确灾害规律,研发了多项监测预警和综合防治技术和产品,全面支撑了防治草地贪夜蛾的工作。 “昆虫从嘴到嘴吃食物”,被联合国粮食及农业组织推荐。 全球推荐。 全球首次解析非洲猪瘟病毒三维结构,完成基因缺失疫苗二期临床试验。 亚单位疫苗实验室研究进展顺利。

我国科研人员还创建了以生物多样性利用为核心,以生态抗灾、生物灾害防治、化学减灾为目标的小麦条锈病源基地综合治理技术体系。

智慧农业为农业现代化配备“加速器”

在科技部国家重点研发计划“智能农机装备”重点项目支持下,我国全面推进农机装备关键核心技术创新,突破智能理论和信息感知等关键核心,决策智能控制,精准播种,高效收获。 科技,在智能重型拖拉机、智能施药、智能收获、果蔬茶生产、畜禽养殖、农产品产地加工等领域研发智能农业机械装备,推动科技进步我国农业机械装备及产业发展。

关键核心技术自主化,打破完全依赖进口、受制于人的瓶颈。 基于“北斗”的农机自动导航与作业精准测控技术系统,实现农机高精度导航定位、水肥农药精准施药、智能作业测控、远程运维管理。 畜禽养殖智能化、精细化生产技术和系统,实现了畜禽动物的生理生态监测和生长调控。 智能农机动力装备技术体系推动农业动力装备节能减排、绿色发展。

引领装备智能化,构建自主研发的智能农机装备技术和产品体系。 粮食智能联合收获技术装备、高效智能采棉机引领收获装备智能化升级。 免耕精量播种技术装备、无人机植保设备,实现肥料施肥智能化。 果蔬多源信息与整套超大型分选设备集成,实现智能分级。

薄弱环节机械化将弥补农业生产综合效率和整体水平上的“短板”。 丘陵、山地、水田专用拖拉机、园艺拖拉机等拖拉机为现代农业生产提供绿色高效动力。 农田膜渣清理、农田激光整平、节能深松等技术装备,助力高标准农田建设。 饲料和区域特色作物高效收获技术装备,解决了青饲料牧草、青稞、枸杞、大枣、橡胶、茶叶等生产薄弱环节的“无机可用”和“无机可用”问题超级稻高速插秧和果园、甘蔗、油菜、蔬菜高效生产技术装备,提高了全程机械化水平。 目前,小麦基本实现全程机械化,水稻、玉米综合机械化率超过80%,农机深松作业信息化监控率超过90%,丘陵山区、农产品加工、农业机械化率超过90%。畜牧业养殖率超过35%。

重大基础研究突破为抢占世界农业科技制高点奠定坚实基础

10年来,我国农业基础研究领域不断取得突破和重要进展,在基因组学、重要功能基因解析、重大病害发生机制等领域取得一系列创新成果。害虫。 基础理论方面,我国率先将水稻研究从传统遗传图谱向全基因组水平转变,发现并克隆了一批具有重要育种价值和自主知识产权的新基因,如抗高温、抗旱、抗旱等。耐性、高产、抗病。 ,打破关键外源基因的垄断。 在方法和工具方面,中国农业大学赖金生创新团队研发了我国自主研发并获得专利的基因编辑系统。 在机制方面,我们发现了植物抵抗病毒的关键免疫蛋白,为高效绿色防控提供了新策略。 中国农业科学院张友军团队发现“动植物功能基因水平转移”机制。 这是现代生物学诞生100多年来首次证实动植物之间功能基因水平转移存在的研究。

异源四倍体野生稻快速从头驯化新策略开辟育种新方向

农作物的驯化需要数千年的时间。 面对日益紧迫的粮食危机,如何根据人类需求快速驯化野生稻? 中国科学院遗传与发育生物学研究所李家阳院士研究团队首次提出异源四倍体野生稻快速从头驯化新策略,旨在最终培育出新的多倍体水稻作物,从而大幅提高粮食产量,增加农作物产量对环境变化的适应能力。 该研究成果于2021年2月4日以长文发表在国际学术期刊《Cell》上。

为攻克培育新型多倍体水稻作物的难题,李家阳院士领导的研究团队首次提出了异源四倍体野生稻快速从头驯化的新策略,并分为四个阶段:第一阶段、收集和筛选综合性状最好的异源四倍体野生稻底盘种质资源; 第二阶段,建立野生稻快速从头驯化技术体系; 第三阶段,分子设计和品种快速驯化; 第四阶段,水稻新作物推广应用。

该团队克服技术瓶颈,成功创制出多种基因编辑的四倍体野生稻材料,其粒粒破碎减少,芒长更短,株高更低,粒长更长,茎秆更粗,抽穗时间不同程度缩短。 ,证明团队提出的异源四倍体野生稻快速从头驯化策略具有较高的可行性。 该研究为未来应对粮食危机提出了新的可行策略,并开辟了作物育种的新方向。 这是该领域的重大突破。 生产带来了颠覆性的革命。

重要基因挖掘丰富现代生物育种“物质库”

随着全球气候变暖加剧,高温胁迫已成为制约世界粮食生产安全的最重要因素之一。 据报道,平均气温每升高1℃,就会导致水稻、小麦、玉米等粮食作物减产3%至8%。 中国科学院分子植物科学卓越中心林红轩研究团队和上海交通大学林友顺研究团队在该领域取得新突破。 他们成功分离克隆了水稻新的抗高温基因位点TT3,并解释了其抗高温调控作用。 新机制。 相关结果将于2022年6月17日发表在《Science》杂志上。

节水抗旱水稻是指既具有水稻高产优质特性又具有旱稻节水抗旱特性的一类水稻品种。 在国家“863计划”等项目的支持下,上海农业生物基因中心罗丽君研究团队对水稻和旱稻的遗传分化、节水抗旱的遗传和分子机制进行了系统研究抗旱水稻、节水抗旱水稻品种培育及配套技术等,挖掘水稻抗旱基因OsRINGzf1,选育出“旱优73”等节水抗旱水稻新品种,大大扩大了水稻种植面积。 该项目荣获2020年度国家科学技术进步奖一等奖。

2022年7月22日,《科学》杂志发表了中国农业科学院作物科学研究所周文斌研究员团队领导的研究论文。 该团队承担了国家重点研发计划“粮食作物产量与效益水平差异及高产增效机理”项目,历时7年,发现了水稻中的水稻高产基因(OsDREB1C)。该基因可同时提高光合作用效率和氮素利用效率,显着提高水稻产量,缩短生育期。

“基因剪刀”为生物育种创新提供新工具

“不与农学结合的生物技术不是真正的生物技术。”赖金生教授感慨地说。 他敏锐地找准方向,以玉米、大豆两大作物为研究对象,开展分子设计育种基础研究。 2010年以来,赖金生教授团队在国际顶级期刊上发表了一系列高水平论文,不断加深对生物育种的认识。

十年磨一剑,为志向付出代价,为的是不被“卡脖子”,志在赢得“翻盘”。 2018年7月30日,赖金生教授课题组在玉米基因组学研究方面取得重要进展。 研究结果在线发表在《自然·遗传》杂志上。 我国玉米基因组学研究更加自信走在世界前列。 2021年,赖金生教授团队自主研发的两把中国“基因剪刀”——Cas12i和Cas12j获得专利,填补了我国在核心基因编辑工具领域的技术空白,一举打破了国外对该技术的垄断。

“基因剪刀”是一个形象化的术语,利用某些可以切割病毒遗传物质的Cas蛋白,即CRISPR-Cas,对目标基因进行一定程度的切割,从而实现复杂而精准的基因编辑。 Cas蛋白多达93种。 德国和美国两位学者因发现CRISPR-Cas9“基因剪刀”荣获2020年诺贝尔化学奖。 长期以来,该领域的技术和原创核心专利被西方少数国家垄断。 近年来,我国一批科学家努力拓展植物基因编辑研究领域的疆界。 事实充分证明,中国高水平科技自力更生、自强不息的道路就在脚下。

植物工厂育种加速器突破年度植物育种瓶颈

没有阳光、雨水和土壤,粮食还能生长吗? 农业科学家说:“可以,而且会长得更快!” 2021年10月,在国家“十三五”科技创新成果展览会上,一座散发着柔和红紫色光芒的玻璃屋格外引人注目。 这是中国农业科学院都市农业研究所植物工厂创新团队研发的植物工厂。 四层栽培架上,一排排稻苗整齐地装在特制的营养液中,在色彩缤纷的LED节能灯的“触摸”下奋力接合。

创新团队在详细分析水稻苗期、分蘖期、拔节期、抽穗期等各个生长阶段的生物学特性的基础上,以人工光植物工厂为手段,为水稻不同生长阶段营造环境营养环境。期、开花期、灌浆期。 动态协同控制技术建立了显着缩短水稻生育周期的技术途径,成功实现了60天左右水稻收获的重大突破,将传统田间环境下120多天的水稻生长周期缩短了一半,大大提高了水稻育种效率。 。

创新团队首席科学家杨其昌表示,这个植物工厂就像一个水稻育种加速器,有望实现每年6茬以上水稻的“快速育种”,栽培层数甚至可以达到更多超过10个。此外,创新团队正在研究利用植物工厂加速小麦育种。 目前,小麦从幼苗到植物工厂只需34天,39天抽穗,65天成熟,而传统田间环境平均需要180天。 生长周期缩短三分之二。 杨其昌表示,未来,依托植物工厂可以为水稻等农作物的增繁育种和高效栽培提供新的技术路径。

组织实施机制改革为农业科技创新注入新活力

10年来,我国农业科技体制机制改革不断完善,产学研融合不断深化,创新激励政策不断落实,农业科技活力和动力不断增强。科技创新得到充分激发。 通过落实“揭榜挂帅”、部省联动、青年科学家项目等新机制,不断探索农业科技领域国家新体系。 针对重大技术瓶颈和产品制约,实行“揭榜领队”不分背景创新机制。 设立青年科学家项目,鼓励自由探索,促进青年科技人才脱颖而出。 设立科技型中小企业项目,择优支持中小企业技术创新。 在动物养殖、林木繁育、耕地质量监测等方向,落实长效扶持机制。

部省联动新机制着力解决区域农业重大实际问题

农业具有明显的区域特色,协调解决区域农业生产重大实际问题是保障国家粮食安全的必然要求。 结合农业产业特点和科学研究规律,“十四五”农业农村领域国家重点研发计划探索实施部委联席组织实施机制和省份。 科技部与有关省份共同论证、共同投资、共同推广。 中央与地方政府按1:1比例匹配经费,统筹全国科技资源和优势力量,将区域重大科技问题提升至国家层面解决,推动“问题从生产到生产”。 “在生产中生产,在生产中检验结果”,实现管理联动、政策联动、资源联动。

2021年至2022年,科技部联合28个省级行政区联合实施《提高渤海盐碱地耕地质量和生产力技术模式及应用》和《提高渤海盐碱地耕地质量和生产力技术模式及应用》长江中下游坡耕地红黄土和中低产稻田增产应用》. 55个项目,受到一线科研和地方政府的好评。 In 2021, the Ministry of Science and Technology and Shanxi Province jointly implemented the “Technical Model and Application of Barrenness Tolerance, Stress Resistance, Water Saving and Efficiency Enhancement in Organic Dry Farming Agriculture” project to support regional innovation forces and national-level advantageous units to collaboratively carry out key technical research on organic dry farming agriculture. Jointly implement the innovative achievements of organic dry farming in the loess land.

Young Scientist Project encourages young scientific and technological personnel to bravely venture into “no man’s land”

In order to increase the training of young scientific and technological talents, the Ministry of Science and Technology is exploring the implementation of a young scientist project mechanism in the national key research and development plan to encourage young personnel to freely explore in basic scientific fields such as gene editing. As one of the young scientists funded by the project, Zong Yuan, a post-90s professor and doctoral supervisor at the Wheat Research Center of the College of Agriculture, China Agricultural University, said that the state’s support and attention to young scientists gave her more confidence and courage to go out and verify The assumptions in my mind and the heavy burden on my body also make me more clear-headed when facing the results.

Referring to her understanding of the responsibilities of young scientists, Zong Yuan said: “Young scientists must dare to challenge scientific issues and technical bottlenecks in ‘no man’s land’, boldly innovate, exert their own value in a good era, and outline a better future for agricultural development. A beautiful blueprint. I hope that I can use my skills in the field of plant genome editing to promote the early realization of precision plant design breeding and intelligent breeding, and contribute to ensuring the safety of our country’s seed industry and food security.”

Looking to the future, technology makes agriculture “smarter” and rural areas “more convenient.” A colorful picture drawn by agricultural technology slowly unfolds: In the digital field of unmanned farms, the sun rises in the morning, and after the warehouse door opens automatically, no Human-driven agricultural machinery can analyze the growth and health status of farmland crops based on big data, and then automatically judge and carry out corresponding farming, pesticide spraying, and weeding operations. After completion, it will automatically return to the parking lot. Farmers can operate the entire process online, using cloud computing. , Internet of Things, big data, functional agriculture, smart agriculture… wave the “wings of technology” and cultivate the “field of hope” intensively. (Reporter Ma Aiping)