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行業動態

未來農業的大時代

時間: 2016-04-01瀏覽次數:3999
農業變革往往伴隨著農耕工具與技術的演進而發生。隨著基因組學技術的發展,我們迎來未來農業時代。

大約一萬年前,以采集和狩獵為主要生活方式的智人群體中,爆發了農業革命。伴隨定居而來的,是人們開始扮演“上帝”的角色,讓一些物種照著我們希望的方向發展,比如選擇作物品種,馴化家禽。


到了約4000年前,因為青銅器工具的出現,開始鋤耕式生產方式。再往後一點,1400年前,鐵器工具的出現,提升了農業效率。100多年前,石油資源的大範圍使用,農業機械化開始流行,農藥等化學藥劑用於耕種,提高產量的同時也帶來了汙染。而後,隨著綠色革命的展開,人們對物種的選擇進一步的加劇。上世紀50年代,半矮稈小麥、水稻選育成功,接著雜交技術的發展帶來糧食增產,不育係技術與專利保護帶來種業革命。隨後轉基因技術帶來的品種改良,例如玉米等,繼而基因編輯、人工智能育種、垂直農場,小米崛起等將帶來新一輪的綠色革命。


農業變革往往伴隨著農耕工具與技術的演進而發生。隨著基因組學技術的發展,我們迎來未來農業時代。

分子育種技術帶來新的農業革命

人類進入農耕社會以後,育種基本是農業上一個永恒的主題,目標是為了獲得具有更好農藝性狀的品種。到目前為止,育種方法一般可以分為以下三種:傳統表型選育育種、分子標記輔助育種和生物技術轉基因育種。其中傳統育種方法獲得一個新品種常常需要10年甚至20年,費時費力,而轉基因育種技術又飽受爭議(而且轉基因技術已是“過時”的概念,今後可以直接跳過轉基因,用基因編輯技術來改良物種了),因此,包括雜交水稻之父袁隆平在內的諸多世界級科學家都把大量精力投入到分子育種技術中來。

早在上世紀90年代,分子標記輔助育種就逐漸興起,它實質上也屬於傳統育種,僅僅是在育種過程當中,利用分子標記來輔助育種家選擇最優的株係,可以在不改變作物基因的前提下改變其性狀,或者僅僅是通過分子標記的方法篩選優良品種。但由於分子標記開發成本較高,同時能夠給育種家做指引有幫助的分子標記數量非常有限,因此並沒有得到大範圍應用。


直到2005、2006年前後,隨著二代測序技術的成熟,這才解決了材料的基因型鑒定問題。以前由於基因型鑒定成本過高,效率太低或時間太長,在實際運用中不可能實現。但現在依托於高效率、低成本的二代測序技術,育種家們完全可以在苗期甚至在種子還沒有萌發時,通過基因型鑒定就能做出正確判斷:哪些有價值,哪些是完全沒有價值,大大的提高了育種效率。


與傳統育種技術相比,分子育種技術具有諸多特點,比如選擇更準確、更高效,可使育種周期縮短三分之一甚至一半;以全基因組序列為指導的新一代育種技術效率更高,成本大大降低;可以廣泛運用於植物、動物、水產,推廣應用潛力巨大。

>>>華大農業:分子育種的奇跡


華大基因現在已經實現了從基因組到基因挖掘到分子育種的全線貫穿。目前在基因組層麵,全球與農業相關的主要物種有三分之二在華大的平台上得以破譯,累計完成超過20000份農業物種基因組數據獲取,擁有超過70%的全球農業基因組數據。

>>>華大農業集團成立 全麵開啟現代農業新篇章


早在2002年,華大通過霰彈法利用第一代測序技術完成了水稻基因組圖譜,當時也是由中國人第一次完成水稻基因組測序。到了2007年,華大引入二代測序技術,利用該技術華大在農業相關物種基因組研究上取得非常大的進展,並對世界農業進展做出了貢獻。從2008年到2013年,由華大自主完成或與其他單位合作,甚至多個國家共同協作完成的農業相關物種基因組超過120個。華大在水稻、穀子上都獲得了一係列精準改良的品係和新的正在審定的品種。典型的是穀子的葉色改良,水稻巨穗的改良,在青山羊和石斑魚上分子標記育種也取得了很好的成效。


過去,動植物常規育種的成功往往難以複製,且時間難以控製,一般被稱作科學加藝術的過程。但是隨著基因組的快速進步和在農業的快速運用,這個過程變成了科學加按圖施工的過程。從之前的藝術變成現在時間可以控製,費用可以測算清楚,成果可以保障的工程過程。


農業的一種未來可能

據報道顯示,聯合國糧食及農業組織表示,2050年,要養活當時的人口,糧食生產必須增加一倍。我國人口密集,耕地有限。如何能夠利用有限的資源養活越來越多的人口,成為亟待解決的問題,而垂直農業、立體農業則是解決這一問題的出路之一。


具有集約、高效、持續、安全特點的立體農業其實並不玄乎,它在我國已有2000多年的曆史,最早產生於農作物間的“間作套種”方式,就是充分利用一片土地的空間、陽光及錯開種收時間,來提高這片土地的產量。立體農業也是利用時間差和空間差,有效組織生產,以獲取最大的經濟收益。這在20世紀初被美國哥倫比亞大學的J.R.smith教授稱為“種植業、畜牧業與加工業有機聯係的綜合經營方式。”比如新式的大棚養殖中,西瓜種在藤蔓上,草莓等植物重在地上,也算是立體養殖的一種方式。在建築物的樓頂種植作物,在室內養殖魚和家禽也是立體養殖的概念體現。

垂直農場是這一設想的另一種踐行方式。垂直農場又叫做立體種植農場,美國《連線》雜誌稱其為“改造地球的十大最瘋狂生態實驗之一”。


據報道,這一概念最初由美國哥倫比亞大學環境科學與微生物學教授迪克森·戴斯波米爾提出,他也認為中國印度是最適合發展垂直農場的國家。在他看來,把摩天大樓作為生產中心,150座占地一畝、30層樓高的大廈,通過無土溶液栽培、溫度濕度控製的方式,就能供應整個紐約一年的蔬菜及糧食作物所需。而且,垂直農場具有極大的省水性、不受惡劣天氣影響、沒有汙染、不怕病蟲害、節省運輸費用等優勢。這一概念目前尚未得到大範圍的普及,與巨大的資金投入與糧食安全緊迫性有關。研究者們還在通過不斷試驗都方式來降低成本,提高產能,使這一技術在不久的將來能夠得到普及 。


對於立體養殖的一種未來設想,是退耕還林,人們都在城市中生活,種植則在高層建築中進行。


圖片來自網絡,僅作內容說明之用

解決農業問題,立體農業隻是其中的一個辦法。將健康的種子保護起來,是避免作物生物多樣性降低及“末日危機”的有效方式。挪威斯瓦爾巴末日種子庫位於永凍層中,藏著數百萬的植物種子。 從2008年至今已存儲87萬多份種子,來自71個國家的84個機構的樣本,包括美國、德國、巴西、墨西哥等等,還有北朝鮮、台灣,目前尚未有中國大陸機構在此存儲樣本,但是有其他國家機構提供、但來源於中國的樣本。華大基因與種子庫從2012年就開始接觸並探討戰略性的合作。華大基因負責深圳國家基因庫的建設,保存樣本資源和基因數據資源。未來華大和種子庫將在數字化樣本信息,樣本間交流合作和共同製定國際標準方麵開展合作。除了實體的樣本保存,其實可以再有一份數字拷貝——測序所有這些物種,為他們建立數字檔案,才是最全麵和完整的資源保存。


深圳國家基因庫的建築理念:人與自然和諧共處


老汪的未來農業設想

2016年3月29日,華大農業集團成立儀式上,華大集團董事長汪建從未來種什麼、怎麼種、怎麼吃幾個方麵和大家分享了他的未來設想。他想和大家一起探討,從天然的食物能量轉化,到人工培育,到物種遷徙,到工業化的控製,到人工條件下的精準農業,是不是人類未來發展根本的出路。


種什麼?除了四大主糧,我們還須要做一些新的東西。用國家基因庫跟全球合作、全國合作,合理合法把最新的物種引進、馴化,培養新的東西。


怎麼種?首先,可以嚐試改變種植的方式。傳統的播種後連根拔起的收割方式是否能夠改良,讓糧食作物的收獲變成割韭菜式,收割了馬上能接著長出來。動物、水產實現全生態養殖,構建魚菜菇共生係統,打造高效生態農業,動物、水產、蔬菜、水果一體化生態圈。搭建農業雲與物聯網係統,建設海洋牧場,實現精準扶貧。


工業化的進程是否能快速推進城市農村的立體農業的發展?如果我們的甘蔗、纖維類的作物每畝地能夠到30、40噸的話,以這種作物來進行後麵分子層麵上工業加工,把它轉化糖、澱粉、纖維素,存儲起來。就是一個極大的、全新的農業、工業一體化發展模式。


怎麼吃?中國的心腦血管疾病發病率日益增長,部分原因是飲食不當和缺乏運動。營養和健康是我們最大的需求。最健康的食品是什麼?我認為一定是嬰兒的食物,一定是老年的食物,一定是軍隊的食物,一定是貓食、狗食。我們現在吃的那些山珍海味,既是營養過剩,又是營養失衡。了解我們自己的身體需要,了解我們的食物成分,匹配性地進行個性化營養補充,是實現個人健康的有效方式。而且更重要,所有這些都是從我們做起,從華大食堂做起,從我們日常生活做起。


部分地區的農產品加工已經變成第一大產業,怎麼樣讓它更加健康,有極其重要的意義,也是中國的國家戰略需求。


三農院一體的方式,全新的農科院、全新的農業學院、全新的大農場,從大目標走到大數據,這條路已經走通了,我們應該沿著這條路走到一個全新的農業發展全新道路上。這種農業發展創新之路也許會引領著中國長期的可持續發展,至少有巨大的參考作用。“我堅信在我們理想、在我們需求驅動下,我們一定能走出一個珠三角從未有過的農業發展創新之路”。汪建如此期待。



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