基因組學引領生物育種變革

基因組學引領生物育種變革

記者從近日舉行的第五屆國際農業基因組會議暨深圳國際食品谷研討會上獲悉，現代農業研究已邁入生物組學大數據時代，特別是基因組學及其衍生技術在生物育種中發揮著重要的引領作用。

基因組學是對生物體所有基因進行集體表征、定量研究及不同基因組比較研究的一門交叉生物學學科。基因組學主要研究基因組的結構、功能、進化、定位和編輯等，以及它們對生物體的影響。農業農村部種子管理局巡視員周云龍指出，農業基因組學技術，在種業領域，不僅能大幅提高傳統育種效率、設計“定制作物”，而且可為食品安全和生物安全服務，利用合成基因組學技術還可能顛覆農業生產格局。

中國農科院農業基因組研究所所長黃三文研究員用一個形象的比喻來描述：“打個比方，育種好像在一個黑屋子摸索，傳統育種打著手電靠育種家的火眼金睛，而基因組學點亮了一盞燈，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、蛋白組學、代謝組學等技術手段，可以探明農產品貯藏、加工過程中色、香、味、形等品質形成機理，加工過程對食品營養組分消化、吸收及代謝等作用機制，全面解析食用農畜產品的營養組分及轉化規律，篩選主要農作物與畜禽產品的營養品質性狀調控及代謝關鍵基因，進行靶向設計與定向導入，實現高品質精準功能育種。比如，我國已經實現了番茄的“種質資源收集-基因組測序與分析-功能基因挖掘-分子設計育種-品種推廣”全產業的創新鏈條，培育出美味番茄新品種。

黃三文長期從事番茄基因組研究，科研團隊完成了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，為種質資源的育種應用提供了理論框架。又與國際團隊合作，確定了33種影響消費者喜好的主要風味物質，揭示了番茄風味的物質基礎和遺傳改良路徑，為培育美味番茄提供了切實可行的育種方案。在上述研究的基礎上，黃三文團隊整理和收集了番茄育種不同歷史時期具有代表性的品種，通過生物信息學分析，利用骨干親本全基因分析開發了美味番茄的背景選擇芯片，用于在育種中保持現有主要親本的良好遺傳背景。之后，通過傳統育種與分子標記相結合的方法，創制了第一批美味番茄的優良品種“深愛1號”和“深愛2號”，實現了美味番茄從基因組設計到合成育種的戰略構想。

中國農科院農業基因組研究所農藝師呂亞清告訴記者，“深愛1號”番茄含有34個美味番茄的優異位點，在育種設計之初，便是為了找回兒時番茄的味道。“深愛2號”番茄含有36個美味番茄的優異位點，皮薄，糖度可達10以上。“不用等到番茄果實成熟，幼苗階段我們就可以進行基因標記風味選擇，再進行雜交育種，這大大縮短育種周期。”

如今農業生物技術正在以前所未有的速度向前發展，特別是基因組學及其衍生技術正在影響全球農業產業發展。我國是世界上較早啟動農業基因組學研究的國家之一，在水稻、黃瓜、番茄等農作物基因組學等領域研究水平已居世界前列，由我國科學家主導完成了70%左右的重要農作物的基因組測序與分析工作，克隆了大量的產量、品質、抗逆等性狀基因。黃三文表示，隨著生物技術特別是基因組學發展，美味番茄的育種路徑將會越來越多復制到其他農作物、畜禽品種，也會有更多的美味蔬菜瓜果畜禽肉蛋，通過精準設計培育出來，讓傳統農產品煥發出新活力。

中國科學院院士李家洋在會上指出，現代農業的可持續性發展，人類的食品營養和健康，將愈發依賴生物組學大數據技術的進步。會議建議，我國要把握現代農業和未來食品研究進入生物組學大數據時代的重要戰略機遇，盡早布局，充分融合全基因組設計育種、個性化食品開發等技術，通過數據平臺和智能設計研發農產品新品種和個性化營養食品。

我國土壤污染治理取得積極成效

2019年11月29日，生態環境部舉行新聞發布會，介紹土壤生態環境保護相關問題。生態環境部土壤生態環境司相關負責人介紹，《土壤污染防治行動計劃》發布實施3年來，中央財政土壤污染防治專項資金累計下達280億元，土壤污染加重趨勢得到初步遏制，“凈土保衛戰”取得積極成效，農用地土壤環境狀況總體穩定。

2016年5月，國務院發布實施《土壤污染防治行動計劃》。根據《土壤污染防治行動計劃》，中央財政設立了土壤污染防治專項資金，2016年以來累計下達280億元，有力支持了土壤污染狀況詳查、土壤污染源頭防控、土壤污染風險管控和修復、土壤污染綜合防治先行區建設、土壤污染治理與修復技術應用試點、土壤環境監管能力提升等工作。

2019年1月1日，《土壤污染防治法》正式實施，這是我國第一部土壤污染防治領域法律。《土壤污染防治法》規定設立省級土壤污染防治基金，土壤污染防治專項資金支持范圍也包括支持設立省級土壤污染防治基金。

生態環境部土壤生態環境司司長蘇克敬在新聞發布會上談到，為確保農用地環境安全，保障居民糧食安全，讓老百姓吃得放心，著重從兩個方面開展工作。

一是強化污染源頭防控。《土壤污染防治行動計劃》發布實施后，生態環境部會同有關部門進一步組織開展了涉鎘等重金屬重點行業企業排查整治行動，共排查企業1.3萬多家，確定需整治污染源近2 000個。截至目前，已有近700個完成整治，切斷了污染物進入農田的鏈條，取得明顯成效。二是推進農用地安全利用。配合農業農村部開展農用地分類管理和受污染耕地安全利用工作。據了解，農業農村部牽頭組織在部分省（區、市）開展了農用地土壤環境質量類別劃分試點，及農用地安全利用和治理修復試點示范等工作，為推動受污染耕地安全利用探索道路、積累經驗。

2017年7月，全國土壤污染狀況詳查工作全面啟動。本次農用地詳查歷時兩年，農用地詳查主體工作現已完成。結果表明，我國農用地土壤環境狀況總體穩定，部分區域土壤污染風險突出，超篩選值農用地安全利用和嚴格管控的任務依然較重。目前各地正依據詳查結果開展農用地分類管理、推動安全利用。

智能水肥一體化 節水減肥技高一籌

“有收無收在于水，收多收少在于肥”。水肥是農作物產量和品質形成的物質基礎，水肥管理水平與農業生產和農戶收益息息相關，如今水肥一體化技術的大面積推廣，讓農民種地更輕松、管理更簡單、收入更豐厚。日前，在廣西南寧舉辦的全國水肥一體化技術培訓班上，全國農技中心副主任王福祥透露，水肥一體化在全國應用面積超過了1億畝，已成為設施農業的標配技術、園藝作物的高效技術、大田作物的引領技術。

奔騰糧棉種植專業合作社位于河北省吳橋縣桑園鎮大第八村，合作社負責人李剛在這里流轉承包了土地1 850畝，主要種植小麥，玉米等糧食作物，但收益甚微。

自2014年河北省實施地下水壓采項目以來，地方農業部門支持他為800多畝地安裝了高效節水灌溉設施——地埋伸縮式噴灌水肥一體化系統。“通過手機就能啟動，可以把溶解好的肥料溶液通過噴頭均勻地噴灑在作物上。使用起來非常方便。”李剛興奮地介紹道，“噴灌水肥一體化系統是由浙江寧波中灌潤茵節水灌溉設備有限責任公司研發，可全自動伸縮，使用完畢后，噴頭自動收縮到地下40厘米深處，不妨礙大型農機使用。”

李剛為我們算了一筆賬，“安裝地埋伸縮噴灌系統后，玉米、小麥產量與大水畦灌模式相當，但節水40%、省肥20%～30%，每畝節省灌溉人力成本35元/次，合作社每年合計節省人力支出13萬～17萬元，按照設備10年使用壽命，一年省下的人工錢都夠設備的投資成本了。”另外，噴灌相比過去的大水畦灌，還有利于保持土壤肥力和提高土壤質量。

廣西崇左市香蕉種植面積20多萬畝，產量近30萬噸，是當地重要的香蕉種植基地。鄧寧是當地一個香蕉農場主，管理著近5 000畝的生產基地。他每天到農場上班，并不急著下田，而是打開手機里的種田“神器”，了解作物長勢，查看哪個地塊需要澆水，哪個地塊需要施肥，手機一按就可獲取到想要的信息，非常輕松快捷。然后通過手機遠程控制，就可用滴灌的方式為香蕉施水肥營養液，一般不需要下田。

廣西土肥站節水科科長黃朝富告訴筆者，以前傳統種植，100畝的蕉田需要10個人6天才能完成施肥工作，現在通過手機控制，1個人2個小時就可以完成2 000畝蕉田的施肥、澆水。不僅實現省肥30%、省水50%以上，還大大節省了人工，一畝地減少成本1 200元左右，同時因為精準澆水施肥，香蕉品質得到提高，又進一步增加了銷售效益。

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科技股份有限公司共同研發的“智能水肥一體化管理系統”，系統以滴灌水肥一體化為基礎，通過現代傳感器技術，對農田環境和作物生長狀態進行實時監測，構建生產管理立體化、智能化的大數據云平臺。種植戶可通過智能手機等終端登錄平臺，對農田、大棚、溫室的灌溉、施肥、通風、降溫、增溫、補光等農事操作實現遠程自動化控制。

（以上摘編自《農民日報》，有刪減）