农业科技下一步创新的关键：我们能否了解每一颗种子的潜力？

为了满足世界人口增长引发的粮食供应需求，到2050年全球的粮食需求大约是现在的两倍。每一天，全球大约会新增200,000婴儿。我们需要通过增加粮食的产量来应对新的环境挑战，例如极端天气。

科学家们正在积极的对抗全球环境变化所带来的挑战，这些变化导致了气候模式的改变以及全球变暖。根据预测全球平均温度每上升1度意味着小麦产量将下降6%。谷物的产量在全世界范围内上升，但是即使忽略气候变化的因素，目前的增长速度仍然不能满足未来的粮食需求。我们不能创造出更多的可耕作土地或者改变气候状况，所以我们要怎么完成这一个巨大的问题？

全球的作物产量受到许多生物以及非生物逆境的影响，致使产生产量缺口。植物科学和农业上的创新是增加产量的重要因素，我很高兴看到，在农事、工程以及化学技术上的创新正在最逐步推进，并通过与基因技术的配合达成增产的目的。

遗传学研究以及其他的作物增强技术，这些潜在的协同效应在未来应该被合理的开发并利用起来。而对我来说，这关系着我们如何认识到每颗种子的潜在产量，而这需要一些“联合”的思考。

2050年玉米的产量可能达到15吨/公顷？

在所有的主要作物中，其生理过程是非常相似的，例如水稻、小麦、玉米、马铃薯等这些作物都是生长周期较短的一年生单子叶或双子叶植物，C3或C4光合作用。这里为了简单起见，以主要的粮食作物小麦作为例子。

生理学的分析表明，小麦的产量有可能从目前英国农场8吨/公顷的水平提高一倍达到15吨/公顷。尽管育种家持续地在提高小麦的产量，大约每10年提高0.5吨/公顷，但是在过去的15年间还没有农场的产量能够超过8吨/公顷。因此，我们需要更直接的了解小麦已经存在的遗传潜力。

小麦产量增加的速度取决于以下的几点创新：（i）延长作物的产量形成时期；（ii）优化作物水分和养分的利用效率；（iii）缓解热逆境的影响；（iv）改善光合效率以及同化产物的分配；（v）减少病虫害以及杂草对产量的影响。然而如果病虫草害进化的速度超过我们引进新的遗传性状、农艺措施以及化学技术的速度的话，产量实际上可能不是上升而是下降。

随着遗传增益一年年的逐渐消失，现在的目标是寻找突破式的技术实现每个种子的遗传潜力。例如分子育种、种子切片技术、对种子和叶片应用作物增强处理以及新型的基因编辑等强力技术等复杂的方法能够提供许多的改进措施，是农民以及下游的消费者受益。

像种子切片以及全基因组测序等技术可以使育种家能够更细致的观察每一个植物的DNA，在种子种到地里之前就预测到种子的性能。而使用一种被称为“变量控制技术”工具可以测定上一年特定地点土壤养分、水分和生产力信息，进而只对那些需要施肥的区域施肥。我们正处于下一代数字农业的创新潮中，例如现代的计算机视觉、精准传感器以及机器学习技术能够提高农民的种植效率，精确的增加产量。此外，通过采用这些尖端技术，每个种子内在的潜在产量将被很好的释放出来。