作者:李晨阳 来源:中国科学报 发布时间:2022/5/31 10:58:27
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从基础研究到“生物经济”,油菜产量提升有秘密

 

5月10日,《“十四五”生物经济发展规划》正式公布,将推动生物农业产业发展作为培育壮大生物经济支柱产业的重要内容,明确要提高粮食等重要农产品生产能力和质量。生物育种成为了生物农业的首要发展方向,其中,分子育种作为生物育种的技术手段之一,在油菜等重要经济作物的育种研究方面被广泛应用。

油菜作为最古老的经济作物之一,在我国已有上千年的种植历史,时至今日,我国的科学家们还在持续探索如何提高油菜的产量和质量。在科学家、企业与政府等各方的共同推动下,油菜的增收扩产链条愈发完善,生物经济效益开始凸显,生物经济产业的良性循环也正在逐步形成。

油菜——最古老的经济作物之一

油菜可以分为芥菜型、白菜型和甘蓝型三种,因其籽实可以榨油,故得名“油菜”。油菜、花生、大豆是我国油料生产的主体,产量占油料作物总产量的85%以上。

除食用外,油菜还可作工业原料。食品工业中,菜油经过精炼、脱臭、氢化,可制作成色拉油、起酥油、人造奶油等用于烹调、制作糖果和糕点;轻工业中,菜油可用于生产肥皂、造纸、纺织、医药等;重工业、电气化等领域都需要菜油作为原料……菜籽饼是油菜籽榨油后的副产品,是一种高效、无公害化的农家有机肥,可以用来改善、肥沃土壤。

正因为油菜有如此广泛的经济价值,所以早在几千年前我国就开始尝试培育油菜。

《本草纲目》指出,古代栽培的“芥菜”、“芸苔”便是如今的油菜。油菜最初主要作为蔬菜食用,《通俗文》中记述“传说塞外有云台戍,始种此菜”。后来,人们发现“芸苔”的种子能榨油,于是将“芸苔”驯化成两种,分别是用来榨油的“油用芸苔”和用来食用的“菘,其中“油用芸苔”发展成了我们今天俗称的“油菜

到了宋代,商品经济盛行, 食用油伴随着餐饮业的进步经济作物属性日益明显,人们对于菜籽油的需求也愈发旺盛。

对油菜增产、提质的孜孜以求

为了提高油菜产量,获得更多收益,元代时我国南方利用冬季闲田种植油菜,并发展出油菜与水稻轮作的生产模式;明代时江南地区首创“油菜育苗移栽技术”,解决了油菜与水稻轮作换茬,季节紧张的矛盾。明代时,我国油菜每亩菜籽产量已达100公斤。

油菜是我国种植的第一大油料作物,占国产植物油50%以上,换句话说,提高油菜的产量和含油量就是满足我国食用油安全的根本保证之一。

如何提高油菜的产量和质量,也是许多科学家持续研究的重要课题。这背后,分子育种等新技术的出现提供了底层支撑。

为了明确芥菜型油菜地方品种——“四川黄籽”基因进化与环境作用的相互关系,湖南农业大学联合中国农业科学院油料作物研究所与诺禾致源研发合作中心一起分析了“四川黄籽”的基因组,阐明了芥菜在8000-14000年前起源于西亚,自西向东沿三条独立路径传播,通过基因突变和渐渗杂交演化出6个遗传类群;同时,揭示了芥菜传播过程中,开花期对环境适应及人工选择籽用、茎用、根用芥菜形态变异的基因组区域和候选基因。目前此研究成果已在Nature Genetics上发表,题为“Genomic insights into the origin, domestication and diversification of Brassica juncea&rdquo”。

在对芥菜型油菜研究的基础上,中国农业科学院油料作物研究所再次与诺禾致源研发与合作中心联手,启动了分析、利用优质性状的基因提升油菜产量的研究。产量是油菜最重要、最复杂的性状之一,每株油菜的“角果数”、“每角果粒数”和“千粒重”是影响产量的三个重要因素。研究基于418份现代油菜种质高深度重测序数据,揭示了油菜种质的环境适应性和农艺性状的遗传变异基础,同时对包括株型(PA)和产量(PY)性状在内的56个重要农艺性状进行关联分析,确定了628个关联位点及相关的候选基因。该研究结果破解了油菜产量提升的基因奥秘,奠定了油菜持续增产的理论基础。目前Nature Genetics已刊登了这一成果,题为“Genomic selection and genetic architecture of agronomic traits during modern rapeseed breeding” 。

形成生物经济产业的良性循环

与传统育种技术相比,分子育种的出现实现了从依靠经验到定向、高效、精确育种的转变,大幅提高了育种效率和成功率,保障了作物的产量和质量。其实良种选育只是油菜产业链条上的一个环节,油菜的生产经营流程还包括播种、田间管理、收获、加工等环节,各环节融合形成产业链,生物经济才更为完整。而这当中的每个环节都可以成为科学家研究的课题。

新技术的突破预示着未来行业的发展趋势,促使不同角色的企业投身其中。

以科研服务为例,诺禾致源在全球范围内与众多科研院所、高校、研究型医院和企业等机构建立了广泛的合作关系,完成多项具有国际先进水平的基因组学研究工作,在众多研究领域取得了丰硕成果。截止2021年12月,诺禾致源与项目伙伴合作发表SCI文章790余篇,累积影响因子大于6120。

而在加工环节,近年来,部分农业产业化国家级重点企业在中国农业科学院油料作物研究所、华中农业大学等科研院所的指导下大力推进油菜产业链与示范基地建设,助力当地农民增收致富。

有了政策的支持,企业发展得越来越好,生物经济的发展速度也不断加快。今年,农业农村部组织开展“油菜产业绿色革命科技行动”,着力扩大油菜生产,增加油菜种植面积。通过全区域布局、全价值链挖掘、全产业链开发,集成示范、绿色、高产、高效的油菜“三全高效”,全面提高油菜产业综合效益,维护国家食用油安全与产业链、供应链自主可控,促进乡村振兴与健康中国战略实施,端牢自己的“油瓶子”。

如此多样化的研究领域,如此广泛的市场需求,叠加政策的大力扶持,生物经济产业正源源不断地吸引着科学家、企业家、政府机关等各方力量深入探索,生物经济产业的良性循环正在逐步形成。

参考文献:

https://doi.org/10.1038/s41588-021-00922-y

https://doi.org/10.1038/s41588-022-01055-6

 
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