种子生产总量在全省同行业中位居前五名助力中国农业腾飞

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这个“国字号”农业科技“加速器”让水稻育种生长周期提速一半…
更新时间:2022-08-05 | 来源:贝搏体育app官网下载 作者:贝博app体育官网

  专属“营养餐”、彩色LED光源、实时温度监测……得益于植物工厂内智能控制系统,近日,中国农业科学院都市农业研究所植物工厂创新团队与中国水稻研究所钱前院士团队合作,成功实现植物工厂水稻种植60天左右收获的重要突破,将传统大田环境下120天左右的水稻生长周期缩短了一半。

  能否一年种植6茬水稻?人工无土水培的水稻安不安全?植物工厂将对农业发展带来哪些颠覆性影响?带着诸多疑问,记者走进了兴隆湖畔的国家成都农业科技中心临时办公区,这里6米长的集装箱内正在进行矮秆品种水稻育种的第三次重复实验。

  5月12日,中国农业科学院都市农业研究所开始进行第一批水稻育种预实验。由钱前院士团队提供的矮秆品种,其株型较矮,空间利用率高,适合在植物工厂环境下进行多层立体栽培。

  在供试的6个矮秆品种中,2个品种表现出较高的产量潜力并很快进入分蘖期。植物工厂内的智能传感器在这一阶段时刻向控制中心报告植物生长需求并为植物定制“营养餐”。此外,通过红蓝等多种颜色交替的LED光源模拟太阳光谱,为水稻生长提供着人工“小太阳”,以满足水稻的光合作用。

  两个矮秆品种水稻在移栽后实现了45天抽穗,63天收获,单株分蘖数达89个,单层栽培架的综合产量为每平方米0.98公斤,相当于亩产650多公斤。

  科研的目的是认识和掌握规律后,实现更大突破。水稻生长周期大大缩短,是否意味着能实现一年收获6茬水稻?“试验是为了作物快速育种而非取代传统大田粮食作物生产,水稻种植实现60天左右成熟,得益于植物工厂为其各生育阶段提供了最佳生长环境。”中国农业科学院都市农业研究所植物光生物学研究中心科研骨干卞中华举例说明,如同哺育孩子成长,植物工厂为“幼儿期”“成长期”等不同阶段的水稻精准匹配了其所需的营养成分,能最大限度保障农作物快速“成长”,但在实际大田种植环境下,由于天气、土壤、水源等多种因素影响,水稻生长周期也会受到影响。

  此次水稻实现快速成熟,其实是植物工厂在不断尝试实现高效的育种产业,以保障国家种业安全。按照自交、杂交等传统育种方式,通常一年只能产生1至2代水稻,即使在温室环境下或在热带地区,一年也只能产生2至3代水稻。而想要培育出优良种子,往往需要经过若干代繁殖,这个过程或将达到几年甚至数十年之久。

  为农业效率做加法,植物工厂既能通过智能化设备模拟不同地域的自然特性,增强种子与环境的匹配度和适应度,更能使在相同时间内实现更多次农作物完整生长周期检测时间,实现“快速育种”,降低农业科学的试错时间成本。

  奶油生菜、水培白菜、水养芹菜……这些依托营养液与LED光源生长的叶菜,青翠干净,但却容易在超市遇冷。究其原因,栽培方式是其不被认同的主要原因。此次无土栽培的水稻将如何保障安全性?

  “传统栽培方式中,土壤主要发挥两种功能,一是固定植物使根系有空间生长,二是提供给植物营养物质和水分。利如有机肥中的有机质被微生物分解之后形成小分子被土壤颗粒吸附和吸收,进而又被植物的根部吸收,而无机肥施入田里后也是先被土壤颗粒吸附吸收,接着再被植物慢慢地吸收利用了。”卞中华接着介绍水培植物的原理,水培植物利用的营养物质是人工配入营养液中的各种矿质元素,能提供植物最适宜的养分条件,对资本、设备、技术等要求较高。

  具体而言,水培将土培功能进行了分离,是在缓慢、不渗透的栽培槽中种植植物,用定植板代替土壤固定植物生长方向和入土深度,将植物根系的一部分浸在营养液中,其中的一部分暴露在空气中。植物从这个小环境中吸收水分、养分和氧气。卞中华表示:“这种方式进行育种,种子与传统实验方式的成果性质是一样的,而且还没有污染和病虫害,品质安全不用担心。”

  据了解,在第一次水稻矮秆品种育种实验中,每0.98千克的产出大约需要消耗60元左右的电量,面对水培植物价格更高的问题,如何“破题”?国家成都农科中心深耕农业科技的创新领域,中心一期选址成都科学城鹿溪智谷核心区,其中国家垂直农业中心正致力于实现垂直高叠空间内高效率生产。其中1至3楼将打通修建20层的立体栽培系统,4至6楼用于进行培养功能植物、食用菌等实验,通过提高土地单位利用率与植物生长周期,降低单位生产成本。

  “未来,我们希望与更多的农业高校与科研单位合作,由他们的育种专家进行前端品种筛选,我们负责后端加速育种,由此形成作物超级快速育种多学科交叉融合与技术创新研发体系,建成系统化植物育种加速器,并通过智能化与数据化手段使更多作物可以参与其中,形成无人自动化的生产线。”卞中华介绍。

  想象几个画面——挥舞着机械臂的机器人穿梭于郁郁葱葱的栽培架间,收割着新鲜的蔬菜;在国家垂直农业中心,鱼菜共生复合耕作体系实现养鱼不换水、种菜不施肥……植物工厂为成都搭上都市农业发展“快车”递上了“车票”,这些耦合现代感和未来感的画面或将成为现实。

  聚焦四川农业农村绿色高质量发展、西南地区现代农业发展和乡村振兴重大需求,中国农业科学院将围绕都市农业、智慧农业、功能农业、循环农业、生物安全等学科方向以及构建高端农业智库、推动产学研深度融合等重点任务,建成具有国际影响力的农业科技创新高地和“农业硅谷”。

  在中国农业科学院都市农业研究所是为服务成都科创中心功能定位而创立的新兴产业,落地成都三年多,中国农业科学院都市农业研究所已与川内高校在创新研究方面合作不断,针对建设“育种加速器”,卞中华介绍,目前已与川内不少高校在进一步交流,“联合西南地区‘智慧大脑’攻坚克难,希望未来组建起学科创新群。”

  科技是第一生产力,探索农业的现代化进程离不开科技的引领。四川地形多样、气候独特、生态良好,拥有川粮油产业、川果产业等优势特色产业。如何在利用自身资源禀赋优势的同时,结合科学技术,加快培育农业农村发展新动能,推进农业大省向农业强省的华丽转变?都市农业研究所给出了答案。

  “将聚焦西南地区农业科技的共性关键问题,积极培育新型交叉学科,为西南地区都市农业发展、智慧农业发展、重大动物疫病防控等提供有效科技支撑。”卞中华说。

  硬核科技需要硬核创造,植物工厂或许正是一把开启农业科技现代化的钥匙,能推动农业机械化、智能化。通过科技创新与成果转化“双轮驱动”,国家成都农业科技中心将努力建成服务成都、支撑全川、西南的国际一流科技创新中心。

  成都日报·锦观新闻 记者 曹凘源 李菲菲 摄影/视频 曹凘源 李菲菲 编辑 田莉 校对 蔺虹豆