“e植物”：粮食增产新撒手锏

文汇报,2012-11-06,作者：许琦敏

世界人口还在不断增长，而靠精耕细作、杂交或单一基因育种来提高粮食产量却已临近极限。粮食增产的下一个“飞跃”会在哪里？

昨天，记者从“2012IEEE第四次植物生长建模、应用和可视化国际会议”上获悉，各国科学家正致力于建造一棵“e植物”。通过它，科学家可以通过计算机模拟，找出更多令作物增产的“基因组合”、分子配伍等改良方案。目前，我国科学家已领先于各国，完成了最关键的叶片部分的建模。

从1987年到现在，世界人口从50亿增加到了70亿，到2100年将突破100亿。但主要粮食作物水稻、小麦、玉米的产量增加幅度却逐渐降低，寻找提高粮食产量的新途径迫在眉睫。从上世纪90年代末，科学家在传统作物生理及形态模型的基础上，又提出了一个概念——打造一株“e植物”，直接从基因或分子水平模拟真实植物的全部生命过程，再通过在电脑上“敲打”这些模拟的基因、分子，来寻找合适的育种方法。

中科院上海生科院计算生物学研究所朱新广研究员是这一概念的主要提出者及实施者之一，在近十几年来一直致力于该领域研究。他告诉记者，杂交、筛选基因等传统育种方式，犹如“撞大运”，从千百种基因组合中，挑选出有增产希望的苗子，或找到单个影响产量的基因。如果建立了“e植物”，就能通过电脑模拟，设计出更理想的高产基因组合——可能让几个、十几个基因联手，打造更高产的粮食作物。

理想中的“e植物”应该完全从分子层次精确模拟植物从发芽、抽叶，到开花、结果等各个生长阶段，小到分子活动、细胞生死，大到植物与周围环境的互动。目前，各国科学家在模拟植物形态建成和生理过程等方面进行了大量的工作，而中国科学家设计的“e叶片”则走在建立分子水平的机理模型的最前沿。

朱新广介绍，目前他的课题组已完成了叶片中所有与光合作用有关的数学建模，“每个与光合作用相关的分子相互作用过程，我们都可以通过电脑准确模拟出来。”不仅如此，朱新广课题组对叶片上的细胞、组织，直到整个叶片，甚至冠层都建立了相应的数学模型，能够精确计算出光合作用的效率。“光合作用是植物最重要的一种生理功能，完成了这一部分，就等于掌握了‘e植物’的关键。”他说。

虽然“e植物”才初具雏形，却已引来许多关注。许多国际种业公司纷纷希望介入该研究，利用这一新平台，抢占未来育种的先机。大会特邀报告人、瑞士巴塞尔大学生物学教授克里斯蒂·考纳认为，“e植物”的建成将为人类社会的粮食生产带来划时代的变化。