你所不了解的农业科技成果

紫光阁,2012-06-12,作者：钟农苑

近些年，我国农业科技成果有什么？许多人都会脱口说出一项：超级稻。

其实，你所不了解的农业科技成果还有很多：我国培育的小麦品种，最高亩产达750公斤；培育的玉米品种亩产800公斤至1000公斤，最高单产1400公斤；我国首创转基因三系杂交抗虫棉，有效替代了国外的技术和品种；禽流感、口蹄疫疫苗技术在世界上具有领先水平……

从农业机械的发明发展、化肥农药的使用、育种技术的创新，到当前以生物组学技术、转基因技术、数字农业技术等为代表的前沿技术，我国的农业科技创新，带动了一轮又一轮的农业科技革命。

“东方橄榄油”：双低菜籽油

我国百姓所食用的80%的油脂和60%的蛋白质是由油料产品加工或转化而来。而油菜是最主要的国产食用植物油脂来源，油菜种植有两大优势：第一，油菜是产油效率最高的油料作物之一，油用比例达100%；第二，油菜是冬作物，主要利用冬闲田生产，不与粮食作物争地。

双低菜籽油菜是指低芥酸、低硫甙油菜,双低菜籽油由于其脂肪酸组成十分均衡，是目前公认的最健康的食用植物油，被誉为“东方橄榄油”。一是因为容易引发心血管疾病的饱和脂肪酸在双低菜籽油中含量十分低，平均只有7%，在植物油中最低。二是有助于降低胆固醇，预防心血管疾病的油酸（单不饱和脂肪酸）含量达60%，仅次于橄榄油（75%）。

20世纪90年代末以来，我国有效克服了油菜双低与高产、优质与抗病两大矛盾，培育一大批高产抗病双低油菜新品种。到2009年，全国油菜优质化率（双低率）达到90%以上，平均亩产达到125公斤，单产和总产比90年代末均增长了约25%，菜籽油占国产油料作物产油量的比例进一步提高到57%，同时显著提高了菜籽油品质，增加了优质饲料蛋白的供给能力。

目前，国内科研机构已经培育出油菜新品种—“中双11号”，它高产、含油量高、抗菌核病、适于机械化收获。“中双11号”在国家区区域试验中平均亩产167.3公斤；含油量达到49.04%。据测算，含油量每提高一个百分点，全国油菜产业可增收7亿元左右。

转基因抗虫棉：经济效益、生态效益兼收

上世纪90年代初，中国大地上曾经出现过这样一幅景象：学校停课放假，解放军奉命下乡。干什么呢？下棉田抓棉铃虫。

小小棉铃虫爆发起来，曾经让棉花产量损失30～50%，而原料短缺又导致工厂停工。

为什么不使用农药防治呢？举个数字：1992年，我国农药的使用量是80万吨，其中60%为杀虫剂，30%用于防治棉铃虫。长期大量地使用农药，使棉铃虫产生了强烈的抗药性，曾经出现这样的现象：将棉铃虫泡在农药原液中，棉铃虫扭来扭去很长时间不死，一只鸡走过来，吃了正在扭动的棉铃虫，没一会就死了。

真的对棉铃虫就毫无办法、无计可施了吗？转基因生物技术找到了解决棉铃虫问题的方法。在土壤中有一种细菌，叫做苏云金芽孢杆菌，它可以产生一种杀虫晶体蛋白质，而这种杀虫晶体蛋白质是棉铃虫的克星，被棉铃虫食用后，会导致棉铃虫产生“胃溃疡”直至“胃穿孔”，最终引起棉铃虫死亡。中国农业科学院生物技术研究所的科研团队根据苏云金芽孢杆菌杀虫晶体蛋白基因的序列，按照棉花基因的特征，在实验室合成了这个杀虫晶体蛋白基因，把基因导入到棉花体内，最终获得了含有杀虫晶体蛋白基因的抗虫棉。这一成功让中国成为继美国之后，第二个独立自主培育出抗虫棉的国家。

为了延长抗虫棉的安全使用寿命，科研团队一鼓作气，在世界上率先培育成功了转基因双价抗虫棉。双价抗虫棉中除了含有杀虫晶体蛋白质基因外，还有一个来源于植物的豇豆胰蛋白酶抑制剂基因。

1998年抗虫棉和双价抗虫棉均通过了国家的安全性评价，开始大规模商业化应用。截止2011年，国产抗虫棉累计推广面积4.34亿亩，按每亩地节约使用农药0.5公斤，增收节支140元计，累计减少农药使用2.17亿公斤，实现经济效益607亿元。同时，棉农的劳动强度和防治成本显著下降，棉农中毒事件降低了70%到80%，棉田生态环境得到明显改善。

绿色农业的“新兵”：植酸酶玉米

植酸酶玉米是什么？与普通玉米相比，它有什么优点？

玉米是主要的饲料原料。植酸酶是饲料业使用的重要酶制剂，主要作用是提高动物对饲料中磷和蛋白质、金属离子的利用效率，提高动物的生产性能，显著降低动物粪便中磷的排泄量，减轻由此造成的环境污染问题。

植酸酶玉米是把植酸酶基因转到玉米中得到的转基因玉米，在玉米籽粒中高效表达、积累植酸酶蛋白，籽粒含有高活性植酸酶。植酸酶玉米既具有普通玉米的营养成分，又增加了普通玉米不具备的富含植酸酶这样的一个新性状。

植酸酶玉米的原理是：玉米等饲料原料中含有丰富的磷但主要以植酸形式存在，猪、鸡、鸭、鱼虾等不能有效利用，需要添加磷酸氢钙满足生长需要，造成磷资源浪费。同时，植酸是抗营养因子，它和钙、铁、镁、锌、蛋白质形成不溶性的螯合物，严重影响动物对这些营养物质的吸收利用。植酸酶可以专一地分解植酸，释放磷元素，同时解除对钙、铁、镁、锌、蛋白质的束缚，提高饲料利用率。

植酸酶玉米的优点：在我国严重缺磷，每年进口110万吨以上的情况下，植酸酶玉米将替代传统饲料中50—70%的磷酸氢钙；提高动物对饲料磷的利用率60%，肉、蛋产量、质量改善；减少粪便中磷的排泄量40%，显著减少磷的污染，有利于环境保护。

植酸酶玉米研究历经12年完成，是转基因育种范畴内的一个成功实例。目前，我国饲料用植酸酶玉米的技术成熟度是国际领先的，获得安全证书后引起国际知名机构和媒体的广泛关注。它的产业化将是我国农业生物技术的又一个里程碑。

现代农业的最高境界：智能植物工厂　　

农民种地能像产业工人一样在车间内不受气候的影响、按部就班地进行生产吗？

答案是：可以。正是智能植物工厂技术的突破，改变了“脸朝黄土背朝天”的传统农耕景象。

植物工厂，顾名思义就是在工厂条件下进行植物生产。专业上定义为“通过设施内高精度的环境控制实现农作物周年连续生产的高效农业系统，是利用计算机对植物生育的温度、湿度、光照、CO2浓度以及营养液等环境要素进行自动控制，不受或很少受自然条件制约的省力型生产。”植物工厂被认为是“现代农业的最高境界”，优势表现为：作物生产计划性强，不受外界气候的影响，一年可收获叶菜15—18茬；多层式、立体栽培，单位面积产量为露地栽培的30—40倍，生菜产量可达150吨/1000m2·年；机械化、自动化程度高，工作环境舒适，可吸引年轻人从事农业生产；不施用农药，产品安全无污染；不受土地的限制，甚至可在外层空间和其他星球上进行植物生产。

为此，我国科学家通过十多年的艰苦努力，目前已经在智能植物工厂的关键技术方面取得了重要突破。首先，在植物工厂的数字化测控技术方面，研制了可实时对植物工厂内部温度、湿度、光照、CO2和营养液（EC、pH、溶氧、液温）等关键因子进行数字化检测与自动化控制的测控系统，实现了智能化管理；其次，在LED人工光源技术方面，摸清了适宜于植物工厂蔬菜栽培各单色光的光谱组成，研制出了植物工厂LED节能光源及其控制装置，节能率达60%以上；第三，研制成功了多层立体栽培及营养液循环控制系统，实现了多层立体无土栽培，蔬菜栽培周期仅18－20天，大大提高了土地利用效率。目前，智能植物工厂技术已经在北京、山东、辽宁、吉林、江苏、广东等地推广应用，取得了良好的社会经济效益。

智能植物工厂关键技术的突破不仅使我国成为国际上少数掌握植物工厂核心技术的国家，大大提升了我国在农业高技术领域的国际竞争力，而且也为我国未来解决耕地资源紧缺、人口增长、食物需求上升、农业劳动力老龄化等问题找到了有效的途径。

其他技术：走在世界农业科技的前沿

上文列举了食用油、棉花、玉米、蔬菜等4项农业技术的最新研究成果，它们在我们的生活中必需或常见。其实，在我国农业科技领域还有一些重大关键技术取得突破。

—家蚕功能基因组研究居世界领先水平。中、日两国科学家合作，成功组装了家蚕基因组序列精细图，序列覆盖度达到8.48，基因覆盖率达99.6%。家蚕基因组精细图是世界上第一张鳞翅目昆虫基因组序列精细图。我国科学家进一步采用Illumina-Solexa测序技术，选取代表性的29个家蚕突变品系和11个不同地理来源的中国野桑蚕系统进行了全基因组重测序，揭示了354个蛋白编码基因受到了驯化和人工选择压力的影响，研究成果于2009年10月16日在《Science》发表。研究成果极大地推动了鳞翅目昆虫基础生物学研、蚕丝新产业技术以及农林害虫防治新措施的研发。

—海水养殖新品种培育与良种化进程显著加快。研发了数量性状的育种值评定、遗传性状的分子解析和多性状复合育种等关键技术，定位和克隆了一批与重要性状相关的功能基因和QTL，突破了扇贝等大规模高通量开发SNP标记的关键技术；培育出“海大金贝”虾夷扇贝、“中科红”海湾扇贝、“981”龙须菜、“东方3号”海带、“黄海2号”中国对虾、“东优1号”杂交鲍、“申福1号”坛紫菜、“水院1号”刺参8个水产新品种，使我国贝、藻类育种技术水平位居世界前列。通过技术示范、应用转化与产业基地建设，初步建成现代海水养殖种子工程技术创新体系，养殖种类遗传改良率和良种覆盖率分别达到25%和55%以上。

—药物靶标发现与新烟碱类化合物创制进展显著。首次在国际上提出顺硝烯策略，并系统开展新烟碱杀虫剂创制研究；发现了一个具有全新作用机制并高效防治褐飞虱和烟粉虱的杀虫剂候选药，对烟碱型乙酰胆碱受体具有显著拮抗活性；发现了一个可用于防治绦虫和球虫的候选兽药，对烟碱型乙酰胆碱受体具有超高激动剂活性。具有自主知识产权的“哌虫啶”已获得农药临时生产许可证，正在大规模推广示范。新发现的两个候选药物在杀虫剂和兽药方面均具有极好的市场前景，对加速我国进入农业药物创制的先进国家行列具有重要意义。

—基因工程疫苗研究为我国畜禽疫病的防控提供技术支撑。针对口蹄疫、禽流感、蓝耳病、猪胸膜肺炎、猪囊虫病等畜禽重要疫病，研制了重组亚单位、空衣壳、活载体等类型的疫苗70余种，其中已获得转基因生物安全证书50余项。采用家蚕杆状病毒表达体系表达的AsiaI型、O型和A型3种口蹄疫空衣壳蛋白抗原的量可达到常规方法抗原产量的60-300倍，大大提高疫苗的免疫效果；研制了高致病性猪蓝耳病弱毒标记疫苗和猪传染性胸膜肺炎基因缺失活疫苗，解决了自然感染和人工免疫的鉴别难题；研制出致弱的8基因全禽源H5亚型流感病毒疫苗，具有广泛的应用前景；首次研制成功了猪囊虫病基因工程疫苗，在国内外疫区推广使用。

……

功能基因组研究、动植物新品种创制、海水良种化、新型动植物生物反应器、生物农药、基因工程疫苗、乳酸菌开发等等，我国农业领域生物技术在多方面取得的重大突破不胜枚举。

在我国这样一个农业大国，人口多，耕地少，人均资源相对不足，农业的发展正面临着诸多挑战。农业科技专家挑战和攻坚前沿性科学问题，致力于解决农业发展中的关键性技术问题，必将对缓解我国人口、资源、环境压力，提升我国农业现代化水平和农业高技术国际竞争力，都具有十分重要的意义。