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种康、钱前点评多年生稻!说了什么?

放大字体  缩小字体 发布日期:2022-11-10  来源:BioArt植物  浏览次数:1049
 

      经过近万年来的人工选择,人类把粮食作物从其多年生野生近缘种驯化成了一年生栽培种,为人类的生息繁衍奠定了物质基础。但是,一年生粮食作物每年耕种也带来了种子投入量大、农机具投入增加、水土流失加剧、土壤养分流失等社会经济和生态环境问题。创新可持续的农业生态系统,解决人口不断增长所面临的粮食安全与生态安全平衡问题,是当前农业生产的迫切需求。

      把一年生粮食作物培育成多年生,实现栽培品种的多年生化(perennialization)是应对粮食安全和环境挑战的重要途径。

      2022年11月7日,云南大学胡凤益团队联合国内外相关团队在国际知名学术期刊Nature Sustainability发表了题为Sustained productivity and agronomic potential of perennial rice的研究论文,并同步发表了题为Switch to perennial rice promotes sustainable farming的研究简报,详细报道了该团队20多年来通过种间远缘杂交创制多年生稻的研究成果。基于亚洲栽培稻与长雄野生稻种间杂交,该团队成功创制了多年生稻,培育了系列多年生稻品系,审定了3个多年生稻品种,在全球多年生粮食作物育种领域具有里程碑意义。

图1 多年生稻创制及其可持续生产

      多年生稻连续种植4年,每年收获2季,平均每季产量为6.8吨/公顷,与一年生稻产量(6.7吨/公顷)相当。但是,现有品种从第5年起,由于杂草防控等问题,产量开始明显下降,生产应用上需加强田间管理或重新移栽。与一年生稻生产方式相比,多年生稻自第二季不再需要买种、育秧、犁田耙田和栽秧等生产环节,每季每公顷节约劳动力68-77人次,节约生产投入46.8-51%。

      基于免耕生产方式,多年生稻播种一次持续收获多年,改善了稻田耕层土壤结构,培肥土壤,其土壤有机质和全氮每年分别以0.95吨/公顷和0.11吨/公顷的速率增加。截止2021年,多年生稻已在中国及南亚东南亚和非洲等“一带一路”沿线多个国家试验示范成功,惠及55000余农户。

图2 多年生稻试验示范及应用

      据初步评估,在最冷月的月平均温度不低于13.5℃且越冬期低于4℃持续不超过5天的稻作区,即在南北纬40度之间的无霜稻作区,多年生稻具有广泛的应用潜力。

图3 多年生稻的社会、经济、环境效益和潜在应用区域

      经过20余年的探索,把一年生稻变成多年生稻已经成功。多年生稻一次移栽连续收获多年,具有良好的生产潜力和生态效益。多年生稻轻简化的生产方式减少了劳动力投入,培肥了稻田土壤,尤其是在梯田和一些脆弱的农田,受到越来越多的农民喜爱。在当前大多数国家农村劳动力转移向城市的背景下,多年生稻的应用无疑减少了农民的工作压力,尤其是弱势劳动力,如妇女和儿童等。多年生稻这一创新研究,将有助于维护粮食安全和生态完整性,同时对其他多年生粮食作物研究具有重要的借鉴意义。

      云南大学青年教师张石来、黄光福、张玉娇以及全国农业技术服务中心吕修涛推广研究员为共同第一作者。该研究得到国家自然科学基金、云南省科技计划、云南省“兴滇人才”专项、中国博士后基金、国家和云南省外国专家局、美国土地研究所等项目/机构资助。全国农业技术推广服务中心、云南省农业技术推广总站、云南省农业科学院、美国土地研究所(TLI)、美国伊利诺伊大学香槟分校(UIUC)和澳大利亚昆士兰大学(UQ)等相关团队参与了该项研究。

      论文链接:

      https://www.nature.com/articles/s41893-022-00997-3

      专家点评

      种康 (中国科学院院士)

      粮食作物多年生化(Perennialization)是粮食作物育种和应用的重要组成部分。云南大学胡凤益团队利用多年生野生种和一年生栽培种杂交,经过长期坚持和探索,把长雄野生稻地下茎无性繁殖特性转移到一年生栽培稻中,成功培育出多年生稻栽培品种并进行商业化生产,是全球多年生粮食作物育种的重要突破。

      多年生稻技术的应用,对扩大水稻种植面积、增加粮食产量、提高种粮积极性、保障粮食安全有积极促进作用,是稻作研究和生产的重要内容。该研究论文的发表,对其他多年生粮食作物以及多年生牧草的遗传改良具有重要借鉴作用。

      钱前(中国科学院院士)

      人类用了近万年时间把粮食作物从多年生野生种驯化成一年生栽培种,一年生粮食作物为人类的生息繁衍提供了充足的物质基础。但是,一年生的生产方式也同时带来许多生产问题,如昂贵的种子、劳动力增加、水土流失等。云南大学胡凤益团队20年磨一剑,把一年生栽培种改良成多年生栽培种,通过越冬和免耕实现种植一次连续收获3-4年,大幅度减少劳动力投入和节约生产成本,是一项轻简化稻作生产技术。

      该项研究利用长雄野生稻地下茎无性繁殖特性成功培育多年生稻品种,是我国种质资源创新利用领域最具代表性的突破之一,为利用野生种质资源提供了借鉴。

      William Burnside(《自然-可持续》高级编辑)

      William Burnside认为“该项研究从育种、农艺性状评价、潜在影响、农户劳动力和收入、以及潜在种植范围等方面证明:把世界上最古老和最重要的驯化谷物变成多年生范式是一项重大变革(step change)。”

      Jerry Glover(美国农业国际开发署可持续农业研究领域高级顾问,美国国家地理协会科学家,美国土地研究所原副所长)

      Jerry Glover高度评价了该项研究成果:“这是现代农业最重要研究成果之一。我相信,基于该项研究基础,通过更多科学家对主要粮食作物多年生性的探索,将会产生划时代新发现。对于近万年来全球粮食生产依靠一年生谷物而言,这项研究为全球粮食生产提供了一种重要的新途径。”

 
 
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