2022-07-13 15:42:19
水稻已結出金黃的稻穗。
科研人員在查看水稻長勢。
當大田里的水稻尚在撥節(jié)、孕穗，有一種生長在實驗室的水稻已結出了黃澄澄沉甸甸的稻穗。不僅如此，更讓人驚喜的是，這種水稻的生育期僅有60天。
這個被稱為水稻“加速器”的實驗室，是地處成都的中國農(nóng)科院都市農(nóng)業(yè)研究所今年新建成的作物育種加速平臺。該平臺是通過與中國水稻所錢前院士團隊合作，由國際歐亞科學院院士、中國農(nóng)科院都市農(nóng)業(yè)研究所楊其長研究員帶領植物工廠作物快速繁育創(chuàng)新團隊搭建。
7月11日，記者走進了這個實驗室，只見七八百株水稻種植在特制的栽培槽中，循環(huán)流動的營養(yǎng)液讓株株水稻“吃飽喝足”，并沐浴著空調(diào)的悠悠涼風和 LED 燈充足的光照，長得綠油油的，好多已結滿了金黃的稻穗。
“水稻喜歡高溫高濕，但四川一年只能產(chǎn)一季或兩季。雖然在海南能做到一年三熟，但即使如此，對于培育水稻新品種而言仍是一個較為漫長的過程。”植物工廠作物快速繁育創(chuàng)新團隊李宗耕博士介紹說，“所以，我們這個作物育種加速平臺通過控制環(huán)境，也就是對光、溫、水、氣、肥等進行精準的控制，使水稻不受地域和氣候條件的約束，實現(xiàn)周年連續(xù)培育，有望實現(xiàn)一年六熟，從而大大縮短了育種工作培育水稻新品種的周期。”
李宗耕博士介紹，目前已有多個水稻新品種在加速平臺進行中試試驗。在平臺實驗室，通過空調(diào)新風系統(tǒng)調(diào)控水稻生長的環(huán)境溫度；通過多光譜LED燈根據(jù)水稻不同生育期對光的需求，進行漸變式精準供光；不同的水稻品種均定植在量身配制的含有氮、磷、鉀等多種營養(yǎng)元素的營養(yǎng)液中，充分滿足水稻對養(yǎng)分的需求，從而促進水稻的快速生長。此外，通過植物工廠技術培育水稻，還能夠完全隔絕病蟲害侵入和不受自然災害的影響，保障育種工作的成功效率。
據(jù)植物工廠作物快速繁育創(chuàng)新團隊周成波博士介紹，在作物育種加速器平臺的實驗室中，除水稻外，他們還深入開展了大豆、玉米、小麥等作物的快速繁育試驗，均能在保證產(chǎn)量的同時顯著縮短作物生育期，證明了植物工廠作物快速繁育技術的可靠性。
“目前，我們打算向外推廣這種水稻種植方式，它適合于工廠化或設施栽培，一旦規(guī)模生產(chǎn)，我們還將研發(fā)配套的機械化收獲技術?！敝艹刹ú┦空f，“期望能為構建水稻、小麥等糧食作物新型快速育種加代體系，破解我國種業(yè)‘卡脖子’難題，提供有效的技術手段?！?/p>
專家點評
四川農(nóng)業(yè)大學設施農(nóng)業(yè)科學與工程系主任盧威副教授：
作物育種加速器平臺采用植物工廠技術，突破了土地、時空和氣候條件的約束，通過智能設施內(nèi)高精度的環(huán)境控制實現(xiàn)了農(nóng)作物周年連續(xù)生產(chǎn)，大幅縮短作物生育周期，實現(xiàn)“快速育種”。植物工廠屬于設施農(nóng)業(yè)的一個類型，一定程度上突破了傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)對耕地、太陽光和水資源的高度依賴，在保障國家糧食安全方面具有巨大的發(fā)展?jié)摿ΑＷ鳛轭嵏矀鹘y(tǒng)農(nóng)作方式的現(xiàn)代高效農(nóng)業(yè)生產(chǎn)系統(tǒng)，植物工廠代表著未來農(nóng)業(yè)的發(fā)展方向，不久的將來，在非可耕地，在荒漠、戈壁甚至太空等特殊空間，人工打造適宜農(nóng)作物生長的環(huán)境，植物工廠將大有可為！
內(nèi)江市農(nóng)科院水稻所所長陳勇：
創(chuàng)制適合工廠化應用的水稻新品種，配套研究減少受環(huán)境制約的工廠化生產(chǎn)模式，是人類逐步擺脫高度依賴農(nóng)業(yè)環(huán)境的制約，獲得保障糧食安全、營養(yǎng)安全的一種全新的手段，具有重大現(xiàn)實意義。
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2021年10月，在國家“十三五”科技創(chuàng)新成就展上，一幢泛著紅紫色柔光的玻璃小屋格外亮眼。
這可是一座植物工廠。四層栽培架上，一排排水稻青苗齊整整扎在特殊的營養(yǎng)液里，在顆顆彩色 LED 節(jié)能燈的“撫觸”下，正奮力拔節(jié)。
在這里，稻子從插秧到收獲只需 60天左右，比在常規(guī)大田的生長周期整整短了一半！
這好比“坐火箭”的速度從何而來？
原來，植物生長依賴光合作用，在不同的生長階段，所需的光、溫、水、氣、肥等參數(shù)各有不同。在這座植物工廠里，科學家摸透了水稻的脾氣，只消精準模擬自然環(huán)境，把各項參數(shù)調(diào)節(jié)到最理想的狀態(tài)，給秧苗吃上“私人定制”的“小灶”，光合作用就自然加速了。提早開花，加速結果，稻子“早熟”也就夢想成真了。
科學家說，這里面最難啃的“硬骨頭”是為水稻量身定制最適合的光環(huán)境。中國農(nóng)業(yè)科學院都市農(nóng)業(yè)研究所植物工廠創(chuàng)新團隊首席科學家楊其長介紹，陽光中包含著赤橙黃綠青藍紫7種可見光和紫外線等光譜，其中的紅、藍光對植物光合作用促進最大，其他光譜也對植物的開花、結實和色素形成具有獨特功能。
但日常照明光和植物生長用光的差別可不小?！拔覀兊暮芏嘣囼灦际×?，要么把植物‘曬’死了，要么就是長勢不行”，不斷摸索下，楊其長團隊首次在國際上提出了植物“光配方”思想，突破多項核心技術，終于讓發(fā)光二極管——LED以不同的光譜配方模擬陽光成為可能。
營養(yǎng)液代替泥土，無須擔心蟲害，不用噴灑農(nóng)藥……多種“黑科技”加持下，兩個月就成熟的水稻一年能收獲6茬。品質怎樣呢？“實驗已證明，這樣種出來的水稻不僅周期短了，畝產(chǎn)有保證，品質也不錯。”楊其長說。
不過，給水稻“吃小灶”、縮短它們生長周期的意義可不僅在于增加產(chǎn)量，在育種專家眼中，這座植物工廠正是絕佳的水稻育種加速器。
“高效的育種產(chǎn)業(yè)是保障國家糧食安全的關鍵?！敝袊茖W院院士錢前說，傳統(tǒng)的水稻育種周期長，一年頂多能繁育2至3代，育成一個新品種往往要幾年甚至幾十年時間。但依靠植物工廠，這一時空瓶頸就能被打破，從而實現(xiàn)“快速育種”。
不僅如此，植物工廠育種加速器可以不受土地、空間和氣候條件的約束，若就近建在實驗樓或育種單位附近，一年四季均可進行加代育種，將大大節(jié)省育種工作者的時間。
楊其長說，未來，這座植物工廠水稻育種加速器有望實現(xiàn)每年6茬以上的“快速育種”，栽培層數(shù)甚至可以達到10層以上，“依靠植物工廠，這也為水稻和其他作物的加代育種和高效栽培提供了新的技術路徑”。
事實上，智能植物工廠一直是國際高技術競爭的重要領域，但直到21世紀初，中國科學家才正式加入這條科研賽道。
現(xiàn)在，我國已是植物工廠產(chǎn)業(yè)化發(fā)展最快的國家，擁有規(guī)模以上植物工廠200多座，產(chǎn)品和技術裝備已走上國際舞臺，推廣到歐美、日本等發(fā)達國家。
在楊其長看來，為育種加速，僅僅是植物工廠顛覆傳統(tǒng)農(nóng)作方式的一種可能，不久的將來，在非可耕地，在荒漠、戈壁甚至太空等特殊空間，人工打造一個適宜農(nóng)作物生長的環(huán)境，植物工廠將大有可為——“它代表著未來農(nóng)業(yè)的發(fā)展方向！”
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