作者:李晨 来源:中国科学报 发布时间:2021/8/19 16:43:20
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植物工厂60天收获:我国实现水稻生育周期减半

 

 定植后20天    受访者供图

水稻抽穗与结籽图    受访者供图

8月19日,《中国科学报》从中国农业科学院都市农业研究所(以下简称都市所)获悉,该所植物工厂创新团队与中国科学院院士钱前团队合作,在植物工厂环境下成功实现水稻种植60天左右收获的重大突破,将传统大田环境下120天以上的水稻生长周期缩短了一半。这为加速作物育种,打赢种业翻身战,保障国家粮食安全,提供了全新的技术途径。

据团队首席、都市所研究员杨其长介绍,这次试验的水稻是由钱前团队提供的矮杆品种,其株型相对较矮,空间利用率高,适合在植物工厂环境下进行多层立体栽培。

杨其长告诉《中国科学报》,这次水稻种植试验是在拥有四层栽培架的全人工光植物工厂进行的,采用定制光谱的LED(发光二极管)光源为水稻不同生育期提供最佳的光环境。他们借助深液流水耕栽培(DFT)技术将水稻种植在营养液栽培槽中,根据水稻不同时期的营养需求精准供给养分。同时,植物工厂内部的环境要素,如光照、温度、湿度、CO2浓度等都受到精准调控,为水稻各生育阶段提供最佳生长环境。

据悉,供试的6个矮杆品种中,2个品种表现出较高的产量潜力,定植后45天抽穗,63天收获,单株分蘖数高达89个,单层栽培架的综合产量为0.98kg/m2,相当于亩产652公斤。

仓廪充实,种业安全是基础。钱前对《中国科学报》说,一个高效的育种产业是保障国家粮食安全的关键。传统的育种方法很重要的一个限制因素就是世代时间长,通常一年只能产生1~2代,即使在温室环境下或在海南三亚等地“南繁育种”,一年也只能产生2-3代。

“对于大多数作物来说,要想培育出新的优良种质,需要经过若干代繁殖,通常需要几年甚至是数十年的时间。依靠植物工厂技术,完全打破了这一时空瓶颈。 ”钱前说。

杨其长介绍,在植物工厂里,通过调控最优的光质、光强和光周期,以及其他环境与营养要素,能够显著提升作物的光合作用速率,诱导早期开花和促进作物快速生长,大幅缩短作物生育周期,减少世代时间,从而实现“快速育种”。

此外,“植物工厂育种加速系统可不受土地、空间和气候条件的约束,可以就近建在实验楼或育种单位附近,一年四季均可进行加代育种,大大节省育种工作者的时间成本。”杨其长说。

植物工厂环境下水稻栽培试验的成功,大大缩短了育种的世代时间,颠覆了常规育种一年仅可加代2~3代的传统。杨其长说,未来有望实现每年6茬以上的“快速育种”,栽培层数甚至可以达到10层以上。“这一技术的突破为水稻与其他作物的加代育种和高效栽培提供了新的思路和有效途径,对保障粮食安全具有重要的现实意义。”

钱前对实验结果给予高度评价:“在植物工厂环境下实现水稻60天快速收获,是水稻种植史上的颠覆性重大突破,不仅彻底改变了传统的育种与栽培方法,而且也为未来工厂化栽培奠定了基础。”

“未来的种稻农民要上工厂打工了。”钱前希望,植物工厂水稻种植将来能够实现全程机械化。

下一步,研究团队将针对植物工厂环境可控以及多层立体栽培的特征,选育出适宜于植物工厂种植的水稻先锋品种,大幅提高产量水平,为粮食安全提供科技保障。

 
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