上天下地入海，中国种业科技多维度突破丨回望2022
农财网种业宝典 2022-12-29 记者丨张植宏综合整理
育出多年生水稻品种
将二氧化碳“变”成葡萄糖，空气变馒头
在中国空间站完成全球首次
水稻“种子到种子”全生命周期培养实验
连续两年实现“杂交稻双季亩产3000斤”
成功克隆野生玉米高蛋白基因
首次鉴定玉米水稻趋同选择的关键基因
破解小麦条锈病感病基因密码
育成首个肉牛新品种“华西牛”
世界首个龙眼荔枝杂交新品种诞生
全球首艘10万吨级智慧渔业大型养殖工船
养出的第一批大黄鱼上市
2022年，中国种业继续实现突破，科技成果令人目不暇接。
从无垠的太空到泥泞的稻田，从向空气要粮食到在深海开垦粮仓，广大种业科技工作者上天入地，在一个个领域留下深刻印记，在种业科技自立自强、种源自主可控的道路上勇毅前行。
培育出多年生水稻品种
空气变馒头！将二氧化碳“变成”葡萄糖和脂肪酸
水稻首次在太空结籽
首次鉴定玉米水稻趋同选择的关键基因
成功克隆野生玉米高蛋白基因
破解小麦条锈病感病基因密码
连续两年实现“杂交稻双季亩产3000斤”
转基因玉米、大豆新品种培育成功
世界首个龙眼荔枝杂交新品种诞生
育成肉牛新品种“华西牛”
全球首艘10万吨级智慧渔业大型养殖工船起鱼上市
01
培育出多年生水稻品种
年年育种插秧，本来是水稻种植的常态。云南大学的一项创新却可能让水稻成为多年生作物，栽种一次，多季收割，省种省钱，轻简劳力。云南大学胡凤益研究团队今年10月测产成功，确定培育出可用于实际生产的多年生水稻品种，相关研究成果11月7日发表在《自然·可持续发展》上。
本研究成果入选科技日报社2022年国内十大科技新闻、《Science》2022年度十大科学突破。
多年生稻。图源：云南大学官网
利用长雄野生稻发达的地下茎培育的多年生稻品种，还有配套耕作栽培技术，只需栽种一次，从第二季起无需犁田耙地、买种播种、育秧插秧，只要田间管理得当，即可“割完一茬又一茬”。
云南大学团队1997年开始进行多年生稻试验。2016年开始大田试验，针对多年生稻的适应性、稳定性、丰产性以及病虫害防控等各环节耐心实验。他们利用多年生野生水稻，与一年生的栽培水稻杂交，经过多次自交，筛选培育出多年生水稻品系，最终3个水稻品种通过国家审定。
新品系水稻在最低月平均气温不低于13.5℃，持续低于4℃的时间不超过5天的稻作区均可种植。这些多年生水稻可连续种植4年，每年收获2季，平均亩产量还略高于一年生水稻。多年生水稻可跳过育秧和栽种等耕作环节，总体上节约一半的生产投入。而且，种植多年生水稻，能改善耕层土壤结构，增加土壤有机质含量，是一项生态友好的技术。
02
空气变馒头！将二氧化碳“变成”葡萄糖和脂肪酸
除了“淀粉”，人工合成“粮食”又有新招。4月28日，国际学术期刊《自然·催化》以封面文章的形式发表了一项最新研究成果。我国科研人员通过电催化结合生物合成的方式，将二氧化碳和水高效合成高纯度乙酸，并进一步利用微生物合成葡萄糖和脂肪酸（油脂）。
本研究成果入选科技日报社2022年国内十大科技新闻。
通过电化学耦合生物发酵实现将二氧化碳和水转化为长链产品的示意图。研究团队供图
葡萄糖和油脂是重要的粮食成分，通过催化过程将二氧化碳和水转化为葡萄糖或者油脂，长期以来只有靠农作物种植这一条路径。
此项研究中，科研人员首先将二氧化碳电解高效还原合成高纯度乙酸，然后用酿酒酵母对乙酸进行发酵。这个过程可以理解为，先将二氧化碳转化为酿酒酵母的“食物”——醋，然后酿酒酵母不断“吃醋”来合成葡萄糖和脂肪酸。
对此，中国科学院院士、中国化学会催化委员会主任李灿评价，该工作为人工和半人工合成“粮食”提供了新技术。中国科学院院士、上海交通大学微生物代谢国家重点实验室主任邓子新认为，这项研究工作开辟了电化学结合活细胞催化制备葡萄糖等粮食产物的新策略，为进一步发展基于电力驱动的新型农业与生物制造业提供了新范例。
据悉，接下来研究团队将进一步研究电催化与生物发酵这两个平台的适配性和兼容性。同时，未来如果要合成淀粉、制造色素、生产药物等，只需保持电催化设施不改变，更换发酵使用的微生物就能实现。
03
水稻首次在太空结籽
水稻是人类主要的粮食作物，也是未来载人深空探测生命支持系统的主要候选粮食作物，利用空间微重力进行水稻育种，是空间植物学研究的重要方向之一。种子既是人类的粮食，也是繁殖下一代植物的载体，人类要在空间长期生存，就必须要保证植物能够在空间完成世代交替。
此前，国际上在空间只完成了拟南芥、油菜、豌豆和小麦“从种子到种子”的培养。而在中国空间站内，“微重力条件下高等植物开花调控的分子机理”项目瞄准了水稻和拟南芥两种植物。
神十四乘组在轨期间，从7月29日注入营养液启动实验，至11月25日结束实验，水稻和拟南芥种子在中国空间站内经历了120天的空间培育生长，完成了种子萌发、幼苗生长、开花结籽这一“从种子到种子”的发育全过程。这是国际上首次完成的水稻全生命周期培养实验。
期间，航天员在轨进行了三次样品采集，包括孕穗期水稻样品、拟南芥开花期样品及水稻和拟南芥种子成熟期样品。采集后，开花或孕穗期样品保存于零下80摄氏度的低温存储柜中，种子成熟期样品保存于4摄氏度低温存储柜。
04
首次鉴定玉米水稻趋同选择的关键基因
三大作物玉米、水稻和小麦的驯化发生在全球不同地区，祖先各不相同，形态习性各异，它们的驯化过程遵循了共同的遗传规律吗？这是一个长期存在争议的问题。
3月25日，《科学》杂志在线发表了中国农业大学教授杨小红、李建生与华中农业大学教授严建兵联合团队的研究论文。经过三代科学家18年的研究发现，玉米基因KRN2和水稻基因OsKRN2受到趋同选择，并通过相似的途径调控玉米和水稻产量。该团队进一步在全基因组层面阐明了趋同进化的遗传规律。
玉米和水稻趋同选择的分子机制
该研究还利用基因编辑技术创制了KRN2和OsKRN2基因功能敲除的新材料。多年多点的田间小区试验表明，玉米KRN2敲除系和水稻OsKRN2敲除系可分别提高10%的玉米产量和8%的水稻产量，并且对其它农艺性状没有明显的负面影响，展现了巨大的应用潜力。
中科院院士李家洋认为，这一成果不仅揭示了玉米与水稻的同源基因趋同进化从而增加产量的机制，为育种提供了宝贵的遗传资源，而且为农艺性状关键控制基因的解析与育种应用，以及其他优异野生植物快速再驯化或从头驯化提供重要理论基础。
基因编辑KRN2 可以同时提高玉米和水稻的产量。
05
成功克隆野生玉米高蛋白基因
经过十年不懈努力，我国科学家首次从野生玉米中，成功克隆出高蛋白基因THP9，并通过杂交实验有效提高了现代玉米的蛋白含量。这一成果于11月17日在国际学术期刊《自然》在线发表。
十年磨一剑，解锁野生玉米高蛋白基因密码。玉米的“祖先”起源于南美洲，叫做大刍草，种子外面包裹着坚硬的壳，无法直接食用。人类早在9000年以前就开始驯化玉米，逐步把杂草一样的野生玉米，改造成了今天的玉米。
科研人员实验发现野生玉米在没有施加氮肥条件下，种子蛋白含量都高达30%，是现代普通栽培玉米的3倍，表明野生玉米中含有控制高蛋白含量的关键基因。十年来，研究团队提取了超过4万个样本的DNA进行鉴定，最终从野生玉米中克隆到首个控制玉米高蛋白含量的主效基因。
玉米蛋白含量提高1%，可减少700多万吨大豆进口。目前玉米已成为世界上最高产的农作物之一，70%的玉米都用作饲料，由于普通玉米籽粒蛋白含量较低，因此饲料中还需要补充大豆蛋白，而大豆严重依赖进口。这些成为我国畜禽养殖业的“卡脖子”问题。普通玉米蛋白含量每提高一个百分点，便相当于每年可以少进口700多万吨大豆。
中国科学院分子植物科学卓越创新中心和上海师范大学科研团队合作，在三亚进行了大规模田间试验，将野生玉米高蛋白基因Thp9-T杂交导入我国推广面积最大的玉米生产栽培品种“郑单958”中，可显著提高蛋白含量，表明该基因在培育高蛋白玉米中具有重要的应用潜能。同时，在减少氮肥施用条件下可以有效保持玉米的生物量，以及植株和籽粒中氮含量水平，这对于减少化肥使用和保护生态环境具有重要意义。
06
破解小麦条锈病感病基因密码
条绣病是全球小麦生产中的头号重大病害，在60多个国家均有发生。我国一直是条锈病发病范围最广、受害最重的国家之一。日前，我国科学家找到了被条锈病菌靶向利用的小麦基因，通过去除该感病基因，使得小麦可以抗条锈病。这项国际范围内的开创性成果日前被国际权威学术期刊《细胞》发表。
西北农林科技大学植物免疫团队历经18年捕获条锈病小麦感病基因，并成功破解了该小麦基因的作用机理密码。
西北农林科技大学教授王晓杰表示，这是我们在荧光显微镜下观察到的病菌的生长发育情况，左边这一列是在正常情况下，条锈菌侵染小麦后产生的一些侵染结构，而在这一列是我们破坏了病原菌和感病基因的互作，病菌的生长发育受到了严重的抑制。“我们通过让感病基因和病原菌的毒性基因不能碰面，就是让病菌不能去操纵感病基因，实现了抗病材料的创制。”王晓杰说。
研究团队通过基因编辑技术精准敲除了小麦中的这个感病基因，并创制出新的抗条锈病小麦材料。该材料在两年的大田试验中展现出高抗条锈病的特点，并且小麦的株高、穗长和粒重等主要的农艺性状没有受到明显影响。
中国工程院院士、西北农林科技大学教授康振生表示，这样一个材料对我们随后的生物育种提供了一个好的途径、好的策略。
07
连续两年实现“杂交稻双季亩产3000斤”
10月13日，三亚市崖州区坝头南繁公共试验基地，再迎晚造测产。晚造平均亩产671.6公斤，加上5月早造平均亩产910公斤，共1581.6公斤！同一地块，海南连续两年实现“杂交水稻之父”袁隆平生前提出的“杂交水稻双季亩产1500公斤”攻关目标。
08
转基因玉米、大豆新品种培育成功
4月29日，农业农村部发布了2022年第一批转基因生产应用安全证书，其中包括4个转基因玉米。截至目前，我国已有11个转基因抗虫耐除草剂玉米和3 个转基因耐除草剂大豆获得生产应用安全证书。
这些品种开辟了自主培育转基因抗虫耐除草剂玉米、耐除草剂大豆的道路，填补了国内空白，实现转基因研发从追赶到跨越的重大转变，奠定了现代种业发展的坚实基础。
根据农业农村部网站历年清单整理。
09
世界首个龙眼荔枝杂交新品种诞生
华南农业大学刘成明教授团队育出世界上第一个龙眼与荔枝杂交的属间杂交新品种——“脆蜜”。这是世界上第一个龙眼和荔枝杂交的新品种，具有开创性的意义。
据育种团队负责人、华南农业大学园艺学院教授刘成明介绍，“脆蜜”以石硖龙眼为母本，以紫娘喜荔枝为父本，通过属间杂交育种的方式，历时15年研发选育而来。
图左为母本“石硖龙眼”，图右为父本“紫娘喜荔枝”。
“脆蜜”。
该品种兼具石硖龙眼和紫娘喜荔枝的优点，其果肉嫩脆，完全无渣，糖度高达20～24%，“脆”和“蜜”很好地概括了它的特点。事实上，“脆蜜”仍然是一个龙眼品种，不过其果肉很嫩，这点与荔枝类似。另外，“脆蜜”果皮的龟裂片很明显，呈疙瘩状，这是荔枝才有的特点。
10
育成肉牛新品种“华西牛”
中国农科院牧医所牛遗传育种科技创新团队组织全国优势育种队伍，持续43年协同攻关，并在多个省份进行示范推广，育成了具有自主知识产权的肉牛新品种“华西牛”。该品种于2021年12月通过国家畜禽遗传资源委员会审定。
华西牛。图源：农民日报
中国农科院副院长刘现武表示，近年来我国肉牛生产总体保持增长态势，生产水平逐步提升。但也要看到，牛肉产量还不能完全满足消费快速增长需要。原因主要是我国肉牛业起步晚，品种生产性能与国际先进水平有较大差距，养殖机械化程度和生产效率等方面也有待提升。
据悉，“华西牛”既适应我国牧区、农区及北方农牧交错带，也适应南方草山草坡地区。成年公牛体重达900公斤，成年母牛550公斤以上，屠宰率62.39%，净肉率53.95%，平均育肥期日增重达1.36公斤，主要生产性能达到国际先进水平。
农业农村部种业管理司二级巡视员谢焱表示，“华西牛”是大家畜育种的一个重大代表性成果。在种群性能上，具有生长速度快、适应性强的优势；在核心技术上，实现了全基因组选择技术的突破；在组织机制上，成立了育种联合会并以实体形式运行，有机整合了育种企业、科研机构等优势单位力量。
中国农科院牧医所副所长李俊雅表示，肉牛作为典型的大家畜，世代间隔长、繁殖效率低，加上生产模式复杂，育种数据收集难度大。“华西牛”的成功培育，得益于多方发力、联合育种和科技创新。
11
全球首艘10万吨级智慧渔业大型养殖工船起鱼上市
5月20日，全球首艘10万吨级智慧渔业大型养殖工船“国信1号”在中国船舶集团青岛北海造船有限公司交付运营。“国信1号”的交付标志着全球首艘10万吨级智慧渔业大型养殖工船项目顺利完成设计研发、建造及海试，正式进入产业运营阶段，我国深远海大型养殖工船产业实现了由0到1的进阶发展。
作为全球唯一一艘建成并运营的10万吨级养殖工船，“国信1号”在研发、建造和产业运营等诸多方面都开创了国际先例，有望为中国乃至世界深远海养殖打造“中国样本”，率先探索海洋渔业养殖从近海走向深远海，从农业传统经营模式转向大规模现代化工业生产的方式和路径。
9月1日，产自“国信1号”的首批大黄鱼起鱼上市。本次起捕约65吨，实现活鱼现捕、冰浆锁鲜冷链运输，第一时间到达百姓的餐桌。后续将陆续起捕，满足中秋、国庆、春节等节庆市场需求。
产自“国信1号”的首批大黄鱼。
2017年起，中国船舶集团、青岛国信集团、海洋国家试点实验室、中国水科院渔机所等单位投资建造全球首艘10万吨级深远海智慧养殖工船“国信1号”，创新探索深远海工船舱养模式。2019年，该项目在青岛北海造船启动建造，2022年1月出坞下水，5月20日交付运营。
“国信1号”堪称“渔业养殖航母”，船长249.9米，排水量13万吨，载重量10万吨，设15个养殖舱，单舱水体量比2个标准游泳池还多，全船养殖水体8万多立方米，以“船载舱养”模式，开展大黄鱼、石斑鱼、大西洋鲑鱼、黄条鰤鱼等名优鱼种的养殖，设计年产高品质鱼类约3700吨。可实现年产3700吨高品质鱼类和650吨的优质蛋白供给，超过查干湖全年的捕获量。交付运营以来，“国信1号”实现鱼苗入舱300余万尾，累计航程3000余海里。
记者丨张植宏综合整理
编辑丨农财君
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