2022-07-13 15:42:19
水稻已結(jié)出金黃的稻穗。
科研人員在查看水稻長(zhǎng)勢(shì)。
當(dāng)大田里的水稻尚在撥節(jié)、孕穗，有一種生長(zhǎng)在實(shí)驗(yàn)室的水稻已結(jié)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(gè)被稱為水稻“加速器”的實(shí)驗(yàn)室，是地處成都的中國(guó)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(tái)。該平臺(tái)是通過(guò)與中國(guó)水稻所錢前院士團(tuán)隊(duì)合作，由國(guó)際歐亞科學(xué)院院士、中國(guó)農(nóng)科院都市農(nóng)業(yè)研究所楊其長(zhǎng)研究員帶領(lǐng)植物工廠作物快速繁育創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)搭建。
7月11日，記者走進(jìn)了這個(gè)實(shí)驗(yàn)室，只見七八百株水稻種植在特制的栽培槽中，循環(huán)流動(dòng)的營(yíng)養(yǎng)液讓株株水稻“吃飽喝足”，并沐浴著空調(diào)的悠悠涼風(fēng)和 LED 燈充足的光照，長(zhǎng)得綠油油的，好多已結(jié)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(duì)于培育水稻新品種而言仍是一個(gè)較為漫長(zhǎng)的過(guò)程?！敝参锕S作物快速繁育創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)李宗耕博士介紹說(shuō)，“所以，我們這個(gè)作物育種加速平臺(tái)通過(guò)控制環(huán)境，也就是對(duì)光、溫、水、氣、肥等進(jìn)行精準(zhǔn)的控制，使水稻不受地域和氣候條件的約束，實(shí)現(xiàn)周年連續(xù)培育，有望實(shí)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?！?/p>
李宗耕博士介紹，目前已有多個(gè)水稻新品種在加速平臺(tái)進(jìn)行中試試驗(yàn)。在平臺(tái)實(shí)驗(yàn)室，通過(guò)空調(diào)新風(fēng)系統(tǒng)調(diào)控水稻生長(zhǎng)的環(huán)境溫度；通過(guò)多光譜LED燈根據(jù)水稻不同生育期對(duì)光的需求，進(jìn)行漸變式精準(zhǔn)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(yíng)養(yǎng)元素的營(yíng)養(yǎng)液中，充分滿足水稻對(duì)養(yǎng)分的需求，從而促進(jìn)水稻的快速生長(zhǎng)。此外，通過(guò)植物工廠技術(shù)培育水稻，還能夠完全隔絕病蟲害侵入和不受自然災(zāi)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(tuán)隊(duì)周成波博士介紹，在作物育種加速器平臺(tái)的實(shí)驗(yàn)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(yàn)，均能在保證產(chǎn)量的同時(shí)顯著縮短作物生育期，證明了植物工廠作物快速繁育技術(shù)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(shè)施栽培，一旦規(guī)模生產(chǎn)，我們還將研發(fā)配套的機(jī)械化收獲技術(shù)。”周成波博士說(shuō)，“期望能為構(gòu)建水稻、小麥等糧食作物新型快速育種加代體系，破解我國(guó)種業(yè)‘卡脖子’難題，提供有效的技術(shù)手段?！?/p>
專家點(diǎn)評(píng)
四川農(nóng)業(yè)大學(xué)設(shè)施農(nóng)業(yè)科學(xué)與工程系主任盧威副教授：
作物育種加速器平臺(tái)采用植物工廠技術(shù)，突破了土地、時(shí)空和氣候條件的約束，通過(guò)智能設(shè)施內(nèi)高精度的環(huán)境控制實(shí)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(shí)現(xiàn)“快速育種”。植物工廠屬于設(shè)施農(nóng)業(yè)的一個(gè)類型，一定程度上突破了傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)對(duì)耕地、太陽(yáng)光和水資源的高度依賴，在保障國(guó)家糧食安全方面具有巨大的發(fā)展?jié)摿?。作為顛覆傳統(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(lái)農(nóng)業(yè)的發(fā)展方向，不久的將來(lái)，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(zhǎng)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(zhǎng)陳勇：
創(chuàng)制適合工廠化應(yīng)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(yíng)養(yǎng)安全的一種全新的手段，具有重大現(xiàn)實(shí)意義。
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植物工廠又是啥？進(jìn)去看看……
沒有陽(yáng)光、雨水和土壤，能種出糧食來(lái)嗎？
農(nóng)業(yè)科學(xué)家說(shuō)：“能，而且長(zhǎng)得更快！”
2021年10月，在國(guó)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(yíng)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(zhǎng)周期整整短了一半！
這好比“坐火箭”的速度從何而來(lái)？
原來(lái)，植物生長(zhǎng)依賴光合作用，在不同的生長(zhǎng)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(xué)家摸透了水稻的脾氣，只消精準(zhǔn)模擬自然環(huán)境，把各項(xiàng)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(jié)果，稻子“早熟”也就夢(mèng)想成真了。
科學(xué)家說(shuō)，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(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院都市農(nóng)業(yè)研究所植物工廠創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)首席科學(xué)家楊其長(zhǎng)介紹，陽(yáng)光中包含著赤橙黃綠青藍(lán)紫7種可見光和紫外線等光譜，其中的紅、藍(lán)光對(duì)植物光合作用促進(jìn)最大，其他光譜也對(duì)植物的開花、結(jié)實(shí)和色素形成具有獨(dú)特功能。
但日常照明光和植物生長(zhǎng)用光的差別可不小。“我們的很多試驗(yàn)都失敗了，要么把植物‘曬’死了，要么就是長(zhǎng)勢(shì)不行”，不斷摸索下，楊其長(zhǎng)團(tuán)隊(duì)首次在國(guó)際上提出了植物“光配方”思想，突破多項(xiàng)核心技術(shù)，終于讓發(fā)光二極管——LED以不同的光譜配方模擬陽(yáng)光成為可能。
營(yíng)養(yǎng)液代替泥土，無(wú)須擔(dān)心蟲害，不用噴灑農(nóng)藥……多種“黑科技”加持下，兩個(gè)月就成熟的水稻一年能收獲6茬。品質(zhì)怎樣呢？“實(shí)驗(yàn)已證明，這樣種出來(lái)的水稻不僅周期短了，畝產(chǎn)有保證，品質(zhì)也不錯(cuò)?！睏钇溟L(zhǎng)說(shuō)。
不過(guò)，給水稻“吃小灶”、縮短它們生長(zhǎng)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(guó)家糧食安全的關(guān)鍵。”中國(guó)科學(xué)院院士錢前說(shuō)，傳統(tǒng)的水稻育種周期長(zhǎng)，一年頂多能繁育2至3代，育成一個(gè)新品種往往要幾年甚至幾十年時(shí)間。但依靠植物工廠，這一時(shí)空瓶頸就能被打破，從而實(shí)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(shí)驗(yàn)樓或育種單位附近，一年四季均可進(jìn)行加代育種，將大大節(jié)省育種工作者的時(shí)間。
楊其長(zhǎng)說(shuō)，未來(lái)，這座植物工廠水稻育種加速器有望實(shí)現(xiàn)每年6茬以上的“快速育種”，栽培層數(shù)甚至可以達(dá)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(shù)路徑”。
事實(shí)上，智能植物工廠一直是國(guó)際高技術(shù)競(jìng)爭(zhēng)的重要領(lǐng)域，但直到21世紀(jì)初，中國(guó)科學(xué)家才正式加入這條科研賽道。
現(xiàn)在，我國(guó)已是植物工廠產(chǎn)業(yè)化發(fā)展最快的國(guó)家，擁有規(guī)模以上植物工廠200多座，產(chǎn)品和技術(shù)裝備已走上國(guó)際舞臺(tái)，推廣到歐美、日本等發(fā)達(dá)國(guó)家。
在楊其長(zhǎng)看來(lái)，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(lái)，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(gè)適宜農(nóng)作物生長(zhǎng)的環(huán)境，植物工廠將大有可為——“它代表著未來(lái)農(nóng)業(yè)的發(fā)展方向！”
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