作者: 唐凤 来源: 中国科学报 发布时间:2019-6-25
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如何养活100亿人
快速繁殖技术或奠定基础

 

图片来源:《自然—生物技术》

■本报记者 唐凤

作物改良或许能养活100亿人口,但人们能足够快地培育出更好的品种吗?近日,澳大利亚昆士兰大学、英国约翰英纳斯中心、中国科学院遗传与发育生物学研究所等机构研究人员发表综述文章,指出快速繁殖和育种技术,能帮助育种人员适应不断变化的环境和不断增长的人口需求,促进诸如基因分型、标记辅助选择、高通量表型、基因组编辑、基因组选择和重新驯化等技术的发展。相关论文刊登于《自然—生物技术》。

在过去的100年里,植物育种生产出了高产作物,维持了人类人口的增长。未来30年,全球人口预计将增长25%,达到100亿。但是,目前主要农作物的增产速度,不足以满足未来的需求。

该研究通讯作者、昆士兰大学农业和食品创新联盟的Lee T. Hickey表示,与1.2万年前第一批谷物被驯化时不同的是,如今的植物育种者有大量的创新技术可以应用于农作物改良工作。例如,自动化高通量表型分型系统的开发使得对更大群体的评估成为可能,这增加了选择强度,提高了选择准确性。

植物繁殖的主要限制因素之一是农作物的长世代,通常一年只有一到两代,这会“中和”通过使用扩展的光周期和控制温度减少作物产生时间的“快速繁殖”。因此,将最先进的技术与快速繁殖相结合,将为养活100亿人口的挑战奠定基础。

“我们在文章中强调了快速繁殖。该技术适用于多种种质,且不需要专门的实验室进行培养。”论文作者之一、中国科学院遗传与发育生物学研究所研究员高彩霞告诉《中国科学报》。该技术能利用最优的光量、光强度、日长和温度控制,加速植物光合作用和开花,并结合提早的种子收获缩短世代时间。

大约150年前,植物学家首次证明植物可以在人造光下生长。不久之后,科学家评估了连续光照对植物生长的影响,结果发现,在恒定的光照下,包括蔬菜、谷物、杂草、药草和园林观赏植物在内的近100种植物中的大多数开花速度更快。

Hickey指出,对于没有大型设施的研究人员而言,他们也能建立小型、低成本的快速繁殖单位。快速繁殖还可以加速发现作物地方品种和野生亲缘物种的等位基因多样性,并加以利用。

当下,随着LED的发展,快速繁殖得到了更广泛的应用,但速度提升还有多大空间?

该团队表示,快速繁殖的目的是优化和整合影响植物生长和繁殖的参数,以减少世代和观察表型所需的时间,特别是那些在发育后期出现的表型,因此,应注意定制满足不同作物的快速繁殖策略。

打破种子休眠是提高繁殖率的第一步,花期也可以缩短。在植物生长的关键阶段,通过提高温度可以加速植物生长,优化日长和光照质量可以改善繁殖时间线,提高CO2浓度可以通过增加植物的光合能力提高生产力。

此外,培养农作物养活百亿人,“我觉得除了要重视作物产量,还应该关注作物品质以及抗逆性”。高彩霞说。

相关论文信息:https://doi.org.10.1038s41587-019-0152-9

《中国科学报》 (2019-06-25 第5版 农业科技)
 
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