基因組學(xué)引領(lǐng)生物育種變革

基因組學(xué)引領(lǐng)生物育種變革

記者從近日舉行的第五屆國(guó)際農(nóng)業(yè)基因組會(huì)議暨深圳國(guó)際食品谷研討會(huì)上獲悉，現(xiàn)代農(nóng)業(yè)研究已邁入生物組學(xué)大數(shù)據(jù)時(shí)代，特別是基因組學(xué)及其衍生技術(shù)在生物育種中發(fā)揮著重要的引領(lǐng)作用。

基因組學(xué)是對(duì)生物體所有基因進(jìn)行集體表征、定量研究及不同基因組比較研究的一門(mén)交叉生物學(xué)學(xué)科?；蚪M學(xué)主要研究基因組的結(jié)構(gòu)、功能、進(jìn)化、定位和編輯等，以及它們對(duì)生物體的影響。農(nóng)業(yè)農(nóng)村部種子管理局巡視員周云龍指出，農(nóng)業(yè)基因組學(xué)技術(shù)，在種業(yè)領(lǐng)域，不僅能大幅提高傳統(tǒng)育種效率、設(shè)計(jì)“定制作物”，而且可為食品安全和生物安全服務(wù)，利用合成基因組學(xué)技術(shù)還可能顛覆農(nóng)業(yè)生產(chǎn)格局。

中國(guó)農(nóng)科院農(nóng)業(yè)基因組研究所所長(zhǎng)黃三文研究員用一個(gè)形象的比喻來(lái)描述：“打個(gè)比方，育種好像在一個(gè)黑屋子摸索，傳統(tǒng)育種打著手電靠育種家的火眼金睛，而基因組學(xué)點(diǎn)亮了一盞燈，幫你看到房間全貌，這樣育種的效率大大提升了！”

利用基因組學(xué)、蛋白組學(xué)、代謝組學(xué)等技術(shù)手段，可以探明農(nóng)產(chǎn)品貯藏、加工過(guò)程中色、香、味、形等品質(zhì)形成機(jī)理，加工過(guò)程對(duì)食品營(yíng)養(yǎng)組分消化、吸收及代謝等作用機(jī)制，全面解析食用農(nóng)畜產(chǎn)品的營(yíng)養(yǎng)組分及轉(zhuǎn)化規(guī)律，篩選主要農(nóng)作物與畜禽產(chǎn)品的營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)性狀調(diào)控及代謝關(guān)鍵基因，進(jìn)行靶向設(shè)計(jì)與定向?qū)?，?shí)現(xiàn)高品質(zhì)精準(zhǔn)功能育種。比如，我國(guó)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了番茄的“種質(zhì)資源收集-基因組測(cè)序與分析-功能基因挖掘-分子設(shè)計(jì)育種-品種推廣”全產(chǎn)業(yè)的創(chuàng)新鏈條，培育出美味番茄新品種。

黃三文長(zhǎng)期從事番茄基因組研究，科研團(tuán)隊(duì)完成了360份番茄品系的變異組研究，闡明了人工選擇如何改變番茄基因組，為種質(zhì)資源的育種應(yīng)用提供了理論框架。又與國(guó)際團(tuán)隊(duì)合作，確定了33種影響消費(fèi)者喜好的主要風(fēng)味物質(zhì)，揭示了番茄風(fēng)味的物質(zhì)基礎(chǔ)和遺傳改良路徑，為培育美味番茄提供了切實(shí)可行的育種方案。在上述研究的基礎(chǔ)上，黃三文團(tuán)隊(duì)整理和收集了番茄育種不同歷史時(shí)期具有代表性的品種，通過(guò)生物信息學(xué)分析，利用骨干親本全基因分析開(kāi)發(fā)了美味番茄的背景選擇芯片，用于在育種中保持現(xiàn)有主要親本的良好遺傳背景。之后，通過(guò)傳統(tǒng)育種與分子標(biāo)記相結(jié)合的方法，創(chuàng)制了第一批美味番茄的優(yōu)良品種“深?lèi)?ài)1號(hào)”和“深?lèi)?ài)2號(hào)”，實(shí)現(xiàn)了美味番茄從基因組設(shè)計(jì)到合成育種的戰(zhàn)略構(gòu)想。

中國(guó)農(nóng)科院農(nóng)業(yè)基因組研究所農(nóng)藝師呂亞清告訴記者，“深?lèi)?ài)1號(hào)”番茄含有34個(gè)美味番茄的優(yōu)異位點(diǎn)，在育種設(shè)計(jì)之初，便是為了找回兒時(shí)番茄的味道?！吧?lèi)?ài)2號(hào)”番茄含有36個(gè)美味番茄的優(yōu)異位點(diǎn)，皮薄，糖度可達(dá)10以上。“不用等到番茄果實(shí)成熟，幼苗階段我們就可以進(jìn)行基因標(biāo)記風(fēng)味選擇，再進(jìn)行雜交育種，這大大縮短育種周期?！?/p>

如今農(nóng)業(yè)生物技術(shù)正在以前所未有的速度向前發(fā)展，特別是基因組學(xué)及其衍生技術(shù)正在影響全球農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)發(fā)展。我國(guó)是世界上較早啟動(dòng)農(nóng)業(yè)基因組學(xué)研究的國(guó)家之一，在水稻、黃瓜、番茄等農(nóng)作物基因組學(xué)等領(lǐng)域研究水平已居世界前列，由我國(guó)科學(xué)家主導(dǎo)完成了70%左右的重要農(nóng)作物的基因組測(cè)序與分析工作，克隆了大量的產(chǎn)量、品質(zhì)、抗逆等性狀基因。黃三文表示，隨著生物技術(shù)特別是基因組學(xué)發(fā)展，美味番茄的育種路徑將會(huì)越來(lái)越多復(fù)制到其他農(nóng)作物、畜禽品種，也會(huì)有更多的美味蔬菜瓜果畜禽肉蛋，通過(guò)精準(zhǔn)設(shè)計(jì)培育出來(lái)，讓傳統(tǒng)農(nóng)產(chǎn)品煥發(fā)出新活力。

中國(guó)科學(xué)院院士李家洋在會(huì)上指出，現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的可持續(xù)性發(fā)展，人類(lèi)的食品營(yíng)養(yǎng)和健康，將愈發(fā)依賴生物組學(xué)大數(shù)據(jù)技術(shù)的進(jìn)步。會(huì)議建議，我國(guó)要把握現(xiàn)代農(nóng)業(yè)和未來(lái)食品研究進(jìn)入生物組學(xué)大數(shù)據(jù)時(shí)代的重要戰(zhàn)略機(jī)遇，盡早布局，充分融合全基因組設(shè)計(jì)育種、個(gè)性化食品開(kāi)發(fā)等技術(shù)，通過(guò)數(shù)據(jù)平臺(tái)和智能設(shè)計(jì)研發(fā)農(nóng)產(chǎn)品新品種和個(gè)性化營(yíng)養(yǎng)食品。

我國(guó)土壤污染治理取得積極成效

2019年11月29日，生態(tài)環(huán)境部舉行新聞發(fā)布會(huì)，介紹土壤生態(tài)環(huán)境保護(hù)相關(guān)問(wèn)題。生態(tài)環(huán)境部土壤生態(tài)環(huán)境司相關(guān)負(fù)責(zé)人介紹，《土壤污染防治行動(dòng)計(jì)劃》發(fā)布實(shí)施3年來(lái)，中央財(cái)政土壤污染防治專(zhuān)項(xiàng)資金累計(jì)下達(dá)280億元，土壤污染加重趨勢(shì)得到初步遏制，“凈土保衛(wèi)戰(zhàn)”取得積極成效，農(nóng)用地土壤環(huán)境狀況總體穩(wěn)定。

2016年5月，國(guó)務(wù)院發(fā)布實(shí)施《土壤污染防治行動(dòng)計(jì)劃》。根據(jù)《土壤污染防治行動(dòng)計(jì)劃》，中央財(cái)政設(shè)立了土壤污染防治專(zhuān)項(xiàng)資金，2016年以來(lái)累計(jì)下達(dá)280億元，有力支持了土壤污染狀況詳查、土壤污染源頭防控、土壤污染風(fēng)險(xiǎn)管控和修復(fù)、土壤污染綜合防治先行區(qū)建設(shè)、土壤污染治理與修復(fù)技術(shù)應(yīng)用試點(diǎn)、土壤環(huán)境監(jiān)管能力提升等工作。

2019年1月1日，《土壤污染防治法》正式實(shí)施，這是我國(guó)第一部土壤污染防治領(lǐng)域法律。《土壤污染防治法》規(guī)定設(shè)立省級(jí)土壤污染防治基金，土壤污染防治專(zhuān)項(xiàng)資金支持范圍也包括支持設(shè)立省級(jí)土壤污染防治基金。

生態(tài)環(huán)境部土壤生態(tài)環(huán)境司司長(zhǎng)蘇克敬在新聞發(fā)布會(huì)上談到，為確保農(nóng)用地環(huán)境安全，保障居民糧食安全，讓老百姓吃得放心，著重從兩個(gè)方面開(kāi)展工作。

一是強(qiáng)化污染源頭防控?！锻寥牢廴痉乐涡袆?dòng)計(jì)劃》發(fā)布實(shí)施后，生態(tài)環(huán)境部會(huì)同有關(guān)部門(mén)進(jìn)一步組織開(kāi)展了涉鎘等重金屬重點(diǎn)行業(yè)企業(yè)排查整治行動(dòng)，共排查企業(yè)1.3萬(wàn)多家，確定需整治污染源近2 000個(gè)。截至目前，已有近700個(gè)完成整治，切斷了污染物進(jìn)入農(nóng)田的鏈條，取得明顯成效。二是推進(jìn)農(nóng)用地安全利用。配合農(nóng)業(yè)農(nóng)村部開(kāi)展農(nóng)用地分類(lèi)管理和受污染耕地安全利用工作。據(jù)了解，農(nóng)業(yè)農(nóng)村部牽頭組織在部分?。▍^(qū)、市）開(kāi)展了農(nóng)用地土壤環(huán)境質(zhì)量類(lèi)別劃分試點(diǎn)，及農(nóng)用地安全利用和治理修復(fù)試點(diǎn)示范等工作，為推動(dòng)受污染耕地安全利用探索道路、積累經(jīng)驗(yàn)。

2017年7月，全國(guó)土壤污染狀況詳查工作全面啟動(dòng)。本次農(nóng)用地詳查歷時(shí)兩年，農(nóng)用地詳查主體工作現(xiàn)已完成。結(jié)果表明，我國(guó)農(nóng)用地土壤環(huán)境狀況總體穩(wěn)定，部分區(qū)域土壤污染風(fēng)險(xiǎn)突出，超篩選值農(nóng)用地安全利用和嚴(yán)格管控的任務(wù)依然較重。目前各地正依據(jù)詳查結(jié)果開(kāi)展農(nóng)用地分類(lèi)管理、推動(dòng)安全利用。

智能水肥一體化 節(jié)水減肥技高一籌

“有收無(wú)收在于水，收多收少在于肥”。水肥是農(nóng)作物產(chǎn)量和品質(zhì)形成的物質(zhì)基礎(chǔ)，水肥管理水平與農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和農(nóng)戶收益息息相關(guān)，如今水肥一體化技術(shù)的大面積推廣，讓農(nóng)民種地更輕松、管理更簡(jiǎn)單、收入更豐厚。日前，在廣西南寧舉辦的全國(guó)水肥一體化技術(shù)培訓(xùn)班上，全國(guó)農(nóng)技中心副主任王福祥透露，水肥一體化在全國(guó)應(yīng)用面積超過(guò)了1億畝，已成為設(shè)施農(nóng)業(yè)的標(biāo)配技術(shù)、園藝作物的高效技術(shù)、大田作物的引領(lǐng)技術(shù)。

奔騰糧棉種植專(zhuān)業(yè)合作社位于河北省吳橋縣桑園鎮(zhèn)大第八村，合作社負(fù)責(zé)人李剛在這里流轉(zhuǎn)承包了土地1 850畝，主要種植小麥，玉米等糧食作物，但收益甚微。

自2014年河北省實(shí)施地下水壓采項(xiàng)目以來(lái)，地方農(nóng)業(yè)部門(mén)支持他為800多畝地安裝了高效節(jié)水灌溉設(shè)施——地埋伸縮式噴灌水肥一體化系統(tǒng)?！巴ㄟ^(guò)手機(jī)就能啟動(dòng)，可以把溶解好的肥料溶液通過(guò)噴頭均勻地噴灑在作物上。使用起來(lái)非常方便?！崩顒偱d奮地介紹道，“噴灌水肥一體化系統(tǒng)是由浙江寧波中灌潤(rùn)茵節(jié)水灌溉設(shè)備有限責(zé)任公司研發(fā)，可全自動(dòng)伸縮，使用完畢后，噴頭自動(dòng)收縮到地下40厘米深處，不妨礙大型農(nóng)機(jī)使用?！?/p>

李剛為我們算了一筆賬，“安裝地埋伸縮噴灌系統(tǒng)后，玉米、小麥產(chǎn)量與大水畦灌模式相當(dāng)，但節(jié)水40%、省肥20%～30%，每畝節(jié)省灌溉人力成本35元/次，合作社每年合計(jì)節(jié)省人力支出13萬(wàn)～17萬(wàn)元，按照設(shè)備10年使用壽命，一年省下的人工錢(qián)都?jí)蛟O(shè)備的投資成本了。”另外，噴灌相比過(guò)去的大水畦灌，還有利于保持土壤肥力和提高土壤質(zhì)量。

廣西崇左市香蕉種植面積20多萬(wàn)畝，產(chǎn)量近30萬(wàn)噸，是當(dāng)?shù)刂匾南憬斗N植基地。鄧寧是當(dāng)?shù)匾粋€(gè)香蕉農(nóng)場(chǎng)主，管理著近5 000畝的生產(chǎn)基地。他每天到農(nóng)場(chǎng)上班，并不急著下田，而是打開(kāi)手機(jī)里的種田“神器”，了解作物長(zhǎng)勢(shì)，查看哪個(gè)地塊需要澆水，哪個(gè)地塊需要施肥，手機(jī)一按就可獲取到想要的信息，非常輕松快捷。然后通過(guò)手機(jī)遠(yuǎn)程控制，就可用滴灌的方式為香蕉施水肥營(yíng)養(yǎng)液，一般不需要下田。

廣西土肥站節(jié)水科科長(zhǎng)黃朝富告訴筆者，以前傳統(tǒng)種植，100畝的蕉田需要10個(gè)人6天才能完成施肥工作，現(xiàn)在通過(guò)手機(jī)控制，1個(gè)人2個(gè)小時(shí)就可以完成2 000畝蕉田的施肥、澆水。不僅實(shí)現(xiàn)省肥30%、省水50%以上，還大大節(jié)省了人工，一畝地減少成本1 200元左右，同時(shí)因?yàn)榫珳?zhǔn)澆水施肥，香蕉品質(zhì)得到提高，又進(jìn)一步增加了銷(xiāo)售效益。

這款讓鄧寧推崇的種田“神器”就是由廣西土肥站同廣西捷佳潤(rùn)科技股份有限公司共同研發(fā)的“智能水肥一體化管理系統(tǒng)”，系統(tǒng)以滴灌水肥一體化為基礎(chǔ)，通過(guò)現(xiàn)代傳感器技術(shù)，對(duì)農(nóng)田環(huán)境和作物生長(zhǎng)狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，構(gòu)建生產(chǎn)管理立體化、智能化的大數(shù)據(jù)云平臺(tái)。種植戶可通過(guò)智能手機(jī)等終端登錄平臺(tái)，對(duì)農(nóng)田、大棚、溫室的灌溉、施肥、通風(fēng)、降溫、增溫、補(bǔ)光等農(nóng)事操作實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程自動(dòng)化控制。

（以上摘編自《農(nóng)民日?qǐng)?bào)》，有刪減）