2021年，是全面推進鄉(xiāng)村振興的開局之年，中國朝著農(nóng)業(yè)高質(zhì)高效、鄉(xiāng)村宜居宜業(yè)、農(nóng)民富裕富足的目標(biāo)邁進。

這一年，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)持續(xù)發(fā)展，農(nóng)業(yè)科技的貢獻厥功至偉，新技術(shù)、新方法為現(xiàn)代農(nóng)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展夯實支撐、增添后勁。為此，《中國科學(xué)報》梳理了這一年報道過的農(nóng)業(yè)科技的高光時刻，感受基因組育種、太空農(nóng)業(yè)、智能工具、微生物等領(lǐng)域科技創(chuàng)新帶來的質(zhì)的飛躍，期冀農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化美好愿景。

關(guān)鍵詞一：鄉(xiāng)村振興

鄉(xiāng)村振興從今躍

2020年年底召開的中央農(nóng)村工作會議強調(diào)，脫貧攻堅取得勝利后，要全面推進鄉(xiāng)村振興。從脫貧攻堅到全面推進鄉(xiāng)村振興，這是“三農(nóng)”工作重心的歷史性轉(zhuǎn)移，《中國科學(xué)報》就此話題采訪了相關(guān)專家。

清華大學(xué)中國農(nóng)村研究院副院長張紅宇表示，鄉(xiāng)村振興在“三農(nóng)”方面的確取得巨大進步，但是，在農(nóng)業(yè)、農(nóng)民和農(nóng)村發(fā)展方面仍然存在明顯的短板和挑戰(zhàn)。

怎樣保障14億中國人吃飽吃好吃安全，始終是我們面臨的重大問題和挑戰(zhàn)。

中國科學(xué)院亞熱帶農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所研究員王克林表示，農(nóng)民“離土不離鄉(xiāng)”，農(nóng)村人口對生態(tài)系統(tǒng)的壓力較大。鄉(xiāng)村振興必須和城鎮(zhèn)化相輔相成，農(nóng)村人口“長期離土不離鄉(xiāng)”會影響鄉(xiāng)村振興的進一步發(fā)展。因此，通過城鄉(xiāng)融合來緩解鄉(xiāng)村人口壓力、進一步緩和人地矛盾是未來努力的一個方向。

中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)經(jīng)濟與發(fā)展研究所研究員陳秧分表示，全面推進鄉(xiāng)村振興比脫貧攻堅難度更大。中央已經(jīng)明確，脫貧地區(qū)從脫貧之日起設(shè)立5年過渡期，保持主要幫扶政策的總體穩(wěn)定。保障不返貧、推動鄉(xiāng)村振興，我們需要有為政府和有效市場。

繪就鄉(xiāng)村振興美麗畫卷

當(dāng)前，我國脫貧攻堅戰(zhàn)取得全面勝利。今年的中央一號文件對實現(xiàn)鞏固拓展脫貧攻堅成果同鄉(xiāng)村振興有效銜接、加快推進農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化、大力實施鄉(xiāng)村建設(shè)行動等進行了細致部署。今年的政府工作報告也再次強調(diào)全面實施鄉(xiāng)村振興戰(zhàn)略。

鄉(xiāng)村振興從深度、廣度、難度上都不亞于脫貧攻堅，是一項艱巨的歷史性任務(wù)。兩會期間《中國科學(xué)報》采訪多位全國人大代表和全國政協(xié)委員共議這一話題，為繪就鄉(xiāng)村振興壯美畫卷建言獻策。

全國人大代表、安徽省農(nóng)業(yè)科學(xué)院副院長趙皖平表示，這么多年的脫貧攻堅，他一直在一線，感覺我國政治制度優(yōu)勢是取得偉大脫貧成就的最大保障，這是制度自信、道路自信最根本的體現(xiàn)。其間，涌現(xiàn)了許多好的做法，比如科學(xué)規(guī)劃、分類指導(dǎo)。中國地域廣袤，而貧困地區(qū)基本上集中在中西部，所謂“一方水土養(yǎng)一方人”，高原、湖泊、山地、丘陵等地貌差異巨大，值得夸贊的是許多地方因地制宜地做好規(guī)劃，根據(jù)當(dāng)?shù)靥厣_展產(chǎn)業(yè)建設(shè)，找到適合自己的發(fā)展之路。

全國政協(xié)委員、云南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院院長李學(xué)林表示，建設(shè)更美麗、宜居的鄉(xiāng)村，要全面實施鄉(xiāng)村振興示范工程。整合農(nóng)業(yè)農(nóng)村、各級財政、住房建設(shè)、交通水利等項目資金，實施鄉(xiāng)村振興示范點工程，推動農(nóng)村面貌整體改觀、整體提升。建設(shè)鄉(xiāng)村振興示范鄉(xiāng)鎮(zhèn)、精品示范村、美麗鄉(xiāng)村示范村。深入挖掘鄉(xiāng)村特色文化符號，盤活傳統(tǒng)村落資源，實現(xiàn)鄉(xiāng)村特色化、差異化發(fā)展。

全國政協(xié)委員、江蘇連云港市農(nóng)業(yè)科學(xué)院院長徐大勇表示，要加大對商業(yè)化育種支持，做大做強“育繁推”一體化龍頭企業(yè)。按產(chǎn)業(yè)構(gòu)建商業(yè)化育種體系，切實提升企業(yè)商業(yè)化育種水平。對品種審定，積極推進“放管服”，減少中間審批環(huán)節(jié)和不必要的測試，降低育種成本。加大科研單位與企業(yè)合作研發(fā)力度，集中優(yōu)勢力量，選育一批突破性新品種，解決生產(chǎn)中的“卡脖子”問題。

關(guān)鍵詞二：基因組育種

黑麥緣何成為小麥族“黑馬”

黑麥對自然界不良條件有很強的適應(yīng)能力，這令許多育種家著迷。然而，由于黑麥屬于異交作物，具有自交不親和性，并且擁有極為復(fù)雜的基因組，導(dǎo)致其基因組精細物理圖譜的組裝十分困難，這對于全世界麥類基礎(chǔ)和應(yīng)用研究來說都是一個非常大的挑戰(zhàn)。

3月，河南農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院聯(lián)合國內(nèi)多所大學(xué)以及科研單位解決了這項難題，完成了黑麥基因組精細圖譜的組裝，揭示了黑麥基因組結(jié)構(gòu)與演化的獨特性及其淀粉合成、儲存蛋白、抽穗期和馴化等相關(guān)基因的基因組特征。該成果對麥類作物遺傳改良具有重要指導(dǎo)作用和實用價值，發(fā)表于《自然—遺傳學(xué)》。

河南農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院植物基因組學(xué)與分子育種中心研究員王道文表示，這是目前全世界組裝完成的最復(fù)雜的二倍體禾本科物種基因組，填補了禾本科物種基因組信息的重要空缺，為作物基因組學(xué)研究和重要農(nóng)藝性狀功能解析提供了非常珍貴的遺傳信息資源。

如何跑贏種豬育種效率“競賽”

國際上種豬育種競爭，本質(zhì)上就是改良速度的競賽，誰的效率更高，誰將最終勝出。

基因組育種是當(dāng)前最先進的豬育種技術(shù)，相比傳統(tǒng)方法效率能提高30%以上，在這場全球豬遺傳育種科學(xué)家參與的育種“競賽”中，要想跑在前面，必須深入理解豬基因組，應(yīng)用好基因組信息，進行高效育種。

4月，華中農(nóng)業(yè)大學(xué)教授趙書紅團隊繪制了目前涵蓋品種信息和組織類型最廣的豬基因組啟動子、增強子、開放染色質(zhì)區(qū)域及三維基因組精細圖譜，鑒定出超過22萬個豬基因組調(diào)控元件、25萬個調(diào)控區(qū)突變位點和3316個豬基因組新轉(zhuǎn)錄本，為應(yīng)用功能突變位點提升豬基因組育種效率奠定了基礎(chǔ)。相關(guān)成果在線發(fā)表于《自然—通訊》。

“探明這些調(diào)控元件特征，為下一步應(yīng)用這些信息進行基因組育種技術(shù)創(chuàng)新奠定了基礎(chǔ)。”趙書紅說。

中國李緣何能“四海為家”

過去我國對特色果樹種質(zhì)資源、育種和產(chǎn)業(yè)技術(shù)重視、研究不夠，所以中國李的產(chǎn)業(yè)化程度較低、單產(chǎn)遠不及其他果樹，李在大家的認(rèn)知中也逐漸被歸為小雜果類。相關(guān)科學(xué)研究相對比較滯后。

9月，中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院鄭州果樹研究所（以下簡稱鄭果所）李杏種質(zhì)改良團隊與桃種質(zhì)資源團隊聯(lián)合破譯了中國李高質(zhì)量基因組，并且揭示了中國李起源與馴化特征，為中國李重要經(jīng)濟性狀改良奠定遺傳學(xué)基礎(chǔ)。該成果是鄭果所在“李屬基因組計劃”方面取得的又一重要進展，發(fā)表于《植物學(xué)雜志》。

“這是目前完整度與精確度最高的中國李參考基因組，為深度解析中國李基因組變異規(guī)律、分子育種及優(yōu)異基因發(fā)掘奠定了重要基礎(chǔ)。”鄭果所黃振宇博士表示。

關(guān)鍵詞三：太空農(nóng)業(yè)

太空種子“變形計”

深空環(huán)境對于生命的影響是一個非常重要的研究課題。1月，經(jīng)歷“奔月之旅”歸來的一部分水稻、苜蓿和燕麥種子已經(jīng)在實驗室里出苗，并且長勢喜人，它們承載著解決種源“卡脖子”問題的重大任務(wù)。

中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院蘭州畜牧與獸藥研究所抗逆牧草育種與利用團隊首席專家楊紅善表示，要想培育優(yōu)良新品種，必須有優(yōu)異的種質(zhì)資源，這需要用不同方法來創(chuàng)新種質(zhì)獲得育種材料。目前已有的方法和手段有野生種收集、雜交、基因編輯、分子設(shè)計和空間誘變等，其中的空間誘變更具“潛力”。

航天育種產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新聯(lián)盟理事長梁小虹表示，嫦娥五號搭載了由航天育種產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新聯(lián)盟牽頭的多家單位提供的水稻、苜蓿、燕麥、蘭花、竹子等各類農(nóng)作物以及林草花卉種子共30余種。

國家植物航天育種工程技術(shù)研究中心副主任郭濤介紹，此次搭載的近2500粒“航聚香絲苗”水稻品系種子經(jīng)歷了范艾倫輻射帶和太陽黑子爆發(fā)，這些空間環(huán)境因素可能會對水稻實驗材料的變異率和變異幅度產(chǎn)生重大影響，理解這種變化，對下一步探討物種進化和生命起源具有理論價值。

精英作物登陸未來太空農(nóng)場

隨著人類探索太空的步伐不斷加快，以空間食物保障為核心的太空農(nóng)業(yè)引發(fā)越來越廣泛的關(guān)注。

精英作物有望應(yīng)用于宇宙飛船和星際移民（效果圖）。

10月，中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院都市農(nóng)業(yè)研究所（以下簡稱都市所）在《自然—通訊》發(fā)表展望性文章，深入分析了太空農(nóng)業(yè)系統(tǒng)對作物的獨特要求，創(chuàng)新性地提出了面向太空農(nóng)場進行作物改良的全株可食精英植物策略。

針對太空農(nóng)業(yè)的特殊需求，團隊研發(fā)的首個“月球微型農(nóng)場”于2019年1月經(jīng)嫦娥4號送上月球背面，搭載了中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院培育的棉花、油菜和馬鈴薯種子，完成了人類首次在月球培育植物幼苗的試驗，拉開了農(nóng)業(yè)走向太空的序幕。

都市所研究員楊其長表示，團隊所探究的適宜于太空農(nóng)業(yè)需求的作物培育方法，構(gòu)建可用于太空植物工廠環(huán)境下全株可食精英植物的創(chuàng)制途徑，為人類探索太空食物供給提供有效的技術(shù)手段，同時該技術(shù)的綜合應(yīng)用將有效促進太空農(nóng)業(yè)、都市農(nóng)業(yè)和鄉(xiāng)村農(nóng)業(yè)的發(fā)展。

關(guān)鍵詞四：智能工具

潛在位點難預(yù)測 人工智能來幫忙

近年來，表觀遺傳學(xué)成為生命科學(xué)熱點領(lǐng)域，檢測技術(shù)和高通量測序的發(fā)展推動了作物表觀組學(xué)的研究。然而，受到多種因素制約，仍有大量表觀修飾位點沒有得到發(fā)掘和研究。

7月，中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院生物技術(shù)研究所谷曉峰課題組、田健課題組和普莉課題組在《新植物學(xué)家》上發(fā)表了研究成果。他們構(gòu)建了植物表觀遺傳修飾智能預(yù)測在線工具SMEP，可向用戶免費提供檢索表觀遺傳修飾位點和基因表達數(shù)據(jù)的可視化界面。

該項工作利用人工智能，深度學(xué)習(xí)植物DNA甲基化、RNA甲基化、組蛋白修飾等序列信息，系統(tǒng)實現(xiàn)了水稻、玉米等物種中表觀修飾位點的預(yù)測，為作物功能基因組研究和智能設(shè)計育種提供工具和數(shù)據(jù)支撐。

“科研人員可以快速、準(zhǔn)確地查詢水稻、玉米等作物基因組任何區(qū)域或任何基因已知的和潛在的表觀修飾位點，為作物功能基因組研究、重要基因克隆和功能分析、作物設(shè)計育種提供數(shù)據(jù)支撐。”田健說，他們還分享了所有數(shù)據(jù)和代碼，從事人工智能研究的工作者也可以應(yīng)用這些代碼和模型。

新模型為玉米智能育種注入“加速劑”

要想在種業(yè)科技創(chuàng)新上“彎道超車”，開發(fā)智能工具非常重要。

我國糧食總產(chǎn)量位居全球首位，玉米產(chǎn)量位居世界第二，但是育種技術(shù)體系的信息化與智能化程度與歐美發(fā)達國家相比，還有相當(dāng)大的差距。

科研人員意識到，我國急需建設(shè)為玉米種業(yè)服務(wù)的玉米智能設(shè)計育種技術(shù)體系。

10月，中國農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院、國家玉米改良中心教授王向峰與西北農(nóng)林科技大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院、旱區(qū)作物逆境生物學(xué)國家重點實驗室教授馬闖課題組在《生物信息學(xué)簡報》上發(fā)表了一款基因組優(yōu)化設(shè)計模型GOVS，可以加速玉米雜交育種，縮短育種周期，促進玉米種業(yè)智能化、高質(zhì)量發(fā)展。

傳統(tǒng)育種模擬軟件主要利用遺傳材料的系譜關(guān)系和表型數(shù)據(jù)模擬育種過程，同時指導(dǎo)未來育種流程中的選系和組配。“GOVS則采用了稱為‘基因組優(yōu)化設(shè)計’的策略，即通過算法模擬出一個理論上盡可能多地聚合了某個育種群體中目標(biāo)表型的優(yōu)勢基因組片段或有利等位基因的虛擬基因組。”西北農(nóng)林科技大學(xué)博士生程前介紹。

在此之前，王向峰還與華中農(nóng)業(yè)大學(xué)教授嚴(yán)建兵課題組在《基因組生物學(xué)》上發(fā)表了一款基于機器學(xué)習(xí)建立的全基因組選擇模型——CropGBM工具箱，同時整合了多種常用遺傳分析工具，為作物基因組設(shè)計育種提供一站式解決方案。

“智能指的就是機器學(xué)習(xí)里面建立的模型，這個模型相當(dāng)于人的大腦，是有驅(qū)動力的。GOVS與CropGBM相輔相成，分別用于不同的育種環(huán)節(jié)，實際上都是利用人工智能的策略加速育種。”王向峰說。

關(guān)鍵詞五：微生物

擒病原菌先擒“幫手”

根際微生物群落是抵御土傳病原菌的第一道防線。但迄今為止，大多數(shù)研究都聚焦于根際微生物如何直接抑制土傳病原菌的生長。

10月，一篇發(fā)表于《國際微生物生態(tài)雜志》的研究論文顯示，番茄根際細菌群落對土傳病原菌的“幫手”而不是病原菌本身的抑制發(fā)揮著決定作用。南京農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院（以下簡稱資環(huán)學(xué)院）教授韋中認(rèn)為，調(diào)控根際微生物組互作關(guān)系，抑制病原菌幫手的生長可能成為抵御土傳病害的新策略。

“從土傳病害防控的角度考慮，我們聚焦于既能抑制青枯菌生長又能抑制其細菌幫手生長的根際細菌。”資環(huán)學(xué)院教授徐陽春認(rèn)為，這種根際細菌可以有效抑制土傳青枯菌。

韋中介紹，總體策略就是要給根際微生物群落創(chuàng)造一個競爭制衡性的環(huán)境。在這種制衡的環(huán)境下，根際細菌、病原菌的生長和行為都會受到相互制約。

然而，氣候變化、濫用農(nóng)藥、高復(fù)種指數(shù)等已經(jīng)威脅土壤微生物的生存，從而破壞了土壤中本來存在的微生物群落制衡環(huán)境，導(dǎo)致土傳病害日益加重。

引入根際競爭型有益菌，可有效抑制土傳病原菌及其“幫手”（藝術(shù)圖）。

“只有精準(zhǔn)地抑制致病菌，比如引入噬菌體或競爭性功能的微生物來重構(gòu)土壤微生物群落的競爭性環(huán)境，提升根際群落總體的免疫能力，才是解決這個問題的重要策略。”韋中說。

農(nóng)業(yè)微生物：“菌”上大有用場

在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域，全球科學(xué)家投入了大量的人力物力，研究農(nóng)作物的功能基因，用以改良植物性狀，目前已取得顯著成效。

一方面作物基因改良存在育種周期比較長等問題。另一方面，越來越多的研究發(fā)現(xiàn)，植物微生物組可以提高植物抗旱、抗病等重要抗逆性狀，促進氮磷等營養(yǎng)物質(zhì)的吸收利用效率，廣泛參與調(diào)控植株生長發(fā)育及雜種優(yōu)勢等多個生物學(xué)過程，并影響最終作物產(chǎn)量和品質(zhì)。

“針對‘作物—微生物組’作用機理的研究，必將大大加速傳統(tǒng)育種與微生物群落育種相結(jié)合進行的農(nóng)作物性狀改良，以及農(nóng)業(yè)微生物技術(shù)產(chǎn)品的開發(fā)應(yīng)用。”中國農(nóng)業(yè)大學(xué)教授徐凌說。

中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)微生物資源團隊首席科學(xué)家魏海雷認(rèn)為，農(nóng)業(yè)微生物種質(zhì)資源種類豐富，涵蓋了細菌、真菌等重要類群，主要應(yīng)用于肥料、食藥用、飼料、植保、農(nóng)業(yè)環(huán)境等方面。微生物在探索高效、安全、資源節(jié)約、環(huán)境友好的現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展之路上發(fā)揮著重要作用。

中國科學(xué)院南京土壤研究所研究員褚海燕表示，環(huán)境中的微生物數(shù)量巨大，每克土壤里，就可能有成千上萬種微生物，組學(xué)技術(shù)可將其作為一個整體研究，同時測定成千上萬微生物的群落組成、功能和相互關(guān)系。

“因此，微生物組學(xué)研究要和大數(shù)據(jù)、人工智能等技術(shù)結(jié)合起來，深入理解微生物的組成、多樣性與時空分布，深入挖掘微生物的功能與調(diào)控機制。現(xiàn)在大數(shù)據(jù)、人工智能等技術(shù)的進步，讓微生物組學(xué)研究進入了‘最好時代’。”褚海燕說。

來源：山水溫宿