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重访南繁,我们看到种子研究的世界前沿科技

值得品味的 好酒地理局
2024-09-20

探访中国顶尖的种业科技。


2021年春天,好酒地理局团队首次踏上海南这片热土

当时我们拜访了位于陵水黎族自治县的四川省农科院水稻高粱研究所海南基地,以及乐东县的吉林省农科院海南基地、贵州省南繁基地,第一次走进种子的世界。

▼点击图片,了解万亿白酒产业背后的种子故事‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍

在这之前,鲜有人知道南繁对于酿酒产业的意义。

差不多在同一时间,海南正式成立崖州湾种子实验室。

半个月前,当南繁人开始忙碌于新一轮的育种工作时,好酒地理局组织好酒中国行科学考察团队,再次来到海南。

▼点击视频,和好酒中国行一起探访“南繁硅谷”‍‍‍‍

此行的目的地便是“南繁硅谷”的核心——三亚崖州湾南繁科技城,崖州湾种子实验室就坐落于此。

同行的,还有北京大学现代农学院院长刘春明、中国农业大学教授韩北忠、中国农业大学三亚研究院常务副院长苏洲、中国农业大学博士后陈小雪等专家。

期间,我们见到了中国科学院院士、中科院遗传与发育生物学研究所所长杨维才,并就酿酒产业与种子产业进行了深入交流。

重访南繁,走进中国种业与农业的科技创新世界,我们才发现,种子之于酿酒的奥秘,或许刚刚揭开冰山一角。

01|中国顶尖的种业科技

被称为“天然大温室”的海南,是中国唯一适宜大面积冬季作物南繁的区域,可以将育种周期缩短三分之一甚至一半。

自上世纪50年代以来,已有超过60万人次像候鸟一样,每年冬季到这里进行南繁育种,全国80%以上的植物新品种都经过南繁选育。

如果说第一次了解南繁,是围绕育种和南繁人的故事,那么这次重访南繁,就是真正认识中国顶尖的种业科技。

先从一个不简单的公园说起。

这个公园里面有内陆少见的油棕、鹧鸪麻、山栾、木瓜树等,也有普通公园里不会出现的棉花、小麦、大豆、油菜、玉米、高粱、水稻以及野生稻等。

南繁公园这个名字,就注定了它的与众不同。它的真实身份,其实是“科研普及区”。

公园入口处是一片野生稻田,如果不是专家们的介绍,我们大概率会疑惑南繁公园为什么要种这么多野草。

但当你知道它们就是现代水稻的祖先,是中华民族的祖先经过上万年驯化选育出来的,你就理解它们存在的意义了。

南繁公园的野生稻田

走在南繁公园,似乎空气里都有科研的味道。

我们这次调研的重要课题之一就是目前最前沿的育种手段——种子精准设计与智造创新。

“种子精准设计”,是发展现代种业的必然选择。

简单而言,就是我们可以精准地设计出想要的种子,它的“高矮胖瘦”甚至“性格脾气”都能被设计出来。

目前,种子的精准设计和智造创新,都是基于基因组设计与编辑技术体系。借由这项技术,生命科学研究已从遗传信息的“读取”,上升到基因组的精准“改写”乃至“全新设计”阶段。

换句话说,只要你足够了解一种作物的基因,你就能非常精准地去人为“塑造”它。

|摄于三亚国际种业科创中心

过去,传统育种靠的是不间断地反复试验,甚至以几十万分之一的概率,才能培育出一个想要的品种。而未来的精准设计育种,则是精准人工智能决策育种、高通量精准基因组编辑与合成,主动塑造作物最佳生长环境。

精准设计突破了现有育种理论和技术瓶颈,实现由分子设计育种向精准、高效设计育种的跨越,引领了未来育种技术的发展方向。

在三亚南繁科技城里,关于种子创新,远不止育种这一个维度,还包括对精准种养、智慧农业、生态循环农业技术体系、边际土地等的研究。

所谓生态循环农业技术体系,就是把种植业、畜牧业和加工业有机结合,现代“甜高粱-湖羊生态循环模式”就是很好的实践。

这种模式下,高粱秸秆可用于制作湖羊养殖的青贮饲料,养殖产生的羊粪可作为高档有机肥用于高粱种植,形成高效闭环的循环利用模式,最终产出可口的羊肉。

目前,“甜高粱-湖羊生态循环模式”已推广至江苏、甘肃、贵州、浙江及山东等地,年出栏湖羊达到100万只以上。

边际土地是指内陆碱土、黄绵土、红土、砂性土、石灰土、苏打盐土、紫色土等土壤,这些都属于耕地的战略补充资源。

我们熟悉的高粱,就是能适应边际土地恶劣生长环境的最佳农作物。

各种种业科技、农业科技是藏粮于技,而边际土地的改良利用,则是藏粮于地。

中国现有边际土地11.7亿亩,未来实现边际土壤的改良和生态修复,将提供巨量的耕地资源。

实际上,像本文这样一篇来自酒业的文章,很难把中国的种业创新、农业创新讲得非常透彻,但我们尝试去做这件事,因为种业和农业科技的发展,终将哺育酿酒产业。

02|多彩南繁

此次崖州湾之行,我们还参观了崖州湾种子实验室、中国农业大学三亚研究院南繁基地、河北省农科院谷子所高粱科室南繁基地,以及正在建设中的国家野生稻种质资源圃

第一次接触南繁人时,总觉得他们的工作与生活,是年复一年的辛劳和枯燥。如今再见,感受到的更多是一项项科研成果、育种成果带来的满足与快乐。

更重要的是,南繁事业着实精彩。在作物种类、种质资源数量、科研手段、科研方向以及南繁人的构成等各个维度,都可以说一句“南繁天地宽”。

2021年5月12日,海南正式成立崖州湾种子实验室。

2022年4月10日,党和国家领导人来到崖州湾种子实验室,考察海南支持种业创新相关情况,并指出“中国人的饭碗要牢牢端在自己手中,就必须把种子牢牢攥在自己手里”。

当时,负责现场讲解的正是杨维才院士。

以前,各南繁单位只能把种子送回各地区研究,而崖州湾种子实验室解决了这一科研难题,为各南繁单位提供了一个公共的科研平台。

在中国农业大学三亚研究院南繁基地,苏洲副院长带我们参观了正在培育中的玉米基地。

走在田埂上,一片片被塑料布围起来的田地里,密集地种着高矮不一的玉米。大约每10株玉米之间,就有一个白色的小标识牌,上面有一串数字,这是它们的“身份证”。

“塑料布是用来防老鼠的。”苏洲副院长指着地里的玉米说,“经常会有农民不理解,你们专家种的玉米看起来奇形怪状,高的高、矮的矮。”

实际上,这是因为基地里种植着许多个品系,每个小分区的品系不同,外观也就不同。

北京大学现代农学院的刘春明院长还介绍说:“长得高大好看的植株,内行人不一定选它。高产玉米的基本特征是杆不能太粗,叶子要竖起来,一株上面长一个穗,穗要细长。要想真正提高产量,最主要的是提高密度。”

同理,高粱等农作物要想提高产量,也并非提高单株产量,而是通过提高种植密度,最终提高亩产。

眼下,中国农业大学正与海垦南繁产业集团共建种业联合创新中心。

未来,酿酒专用玉米也有可能成为其研究方向,“玉米蛋白质含量太高,适合饲料用,但是蛋白质含量是可以改变的,要用来酿酒的话,需要酿酒提出需求,和我们来合作。”

在刘春明院长的带领下,我们参观了正在建设中的国家野生稻种质资源圃。

|北京大学现代农学院院长刘春明

据了解,这个项目是中国农业科学院国家南繁研究院牵头建设,建成后野生稻种质资源保存能力达4万份,能够满足今后30年野生稻种质资源保存的需求。

截至目前,该项目已汇集全国约1.1万份野生稻种质资源。

|北京大学现代农学院院长刘春明(右六)、中国农业大学教授韩北忠(右五)、中国农业大学三亚研究院常务副院长苏洲(左五)、中国农业大学博士后陈小雪(右四)与好酒地理局团队走访位于三亚的国家野生稻种质资源圃。‍

此外,我国早在1986年就建成了国家作物种质库。目前国家种质库及南宁、广州两个国家野生稻种质圃还保存了野生稻种质份数共计18292份。

中国农业科学院作物科学研究所的乔卫华博士带我们看了已经保存好的野生稻种质,还给我们现场科普了野生稻与杂草之间的区别。

|图中红圈位置被称为“小耳朵”,是区分野生稻和杂草的主要标志。图中左边没有“小耳朵”的为杂草,右边有“小耳朵”的是野生稻。‍

据乔卫华博士介绍,野生稻是亚洲栽培稻的近缘祖先种,具有较高的研究、开发与利用价值,是水稻育种和生物技术研究不可或缺的基因资源。

参观过程中,稻田里有几位年轻人正戴着阔沿帽弯腰插秧,他们是中国农科院作科所的硕士和博士研究生。

中国农科院作科所的硕士和博士们正在稻田里插秧,乍一看和普通农户几无区别,稻秧旁的标识牌显示了这些稻谷的研究性质。‍

听说我们专程来看和酒有关的作物育种,乔卫华博士还介绍了当地一种叫“山栏稻”的旱稻。

据说早在宋代,当地黎族人就开始用这种长于山上的山栏稻酿酒,海南也是中国唯一的山栏稻产区。因为山栏稻糯性很高,适合酿酒,过去黎族家家户户都会用它在家中酿酒。

距离国家野生稻种质资源圃三公里左右,就是河北省农科院谷子所南繁基地。

河北省农科院谷子所南繁基地

该所高粱科室研究人员牛敬田告诉我们,这里种植了12亩高粱,共有上千种品系,其中冀酿2号、冀酿3号、冀酿4号是推向市场的主要品种。

这三个品种都属于糯高粱,占到河北省高粱种植面积的80%。目前,河北种植的60万亩高粱,全部由仁怀的酱酒厂收购。

眼前这12亩高粱在11月18日种下,生长的高度已超过成人的小腿。

|11月18日种下的高粱已长至成人膝盖高‍‍‍‍

按计划,我们此行的最后一站是四川省农科院水稻高粱研究所位于陵水英州的基地,但因客观原因未能成行。

据基地人员说,新一季种下的高粱才刚刚出苗。

陵水因为温度比崖州稍低,种植时间也晚。虽然这次未能前往,但在那个小院子里,此时正开启新一轮的忙碌,如同所有南繁人一样。

03|变革的“南繁硅谷”

建设“南繁硅谷”,是国家领导人在四年多前提出来的口号如今南繁硅谷已成为我国种业科技创新战略支撑力量

|中国科学院院士、中科院遗传与发育生物学研究所所长杨维才(右五)、北京大学现代农学院院长刘春明(右三)、中国农业大学教授韩北忠(右四)、中国农业大学三亚研究院常务副院长苏洲(左三)、中国农业大学博士后陈小雪(右二)与好酒地理局团队

此次在几位专家“导游”的讲解中,“南繁硅谷”的模样,也越来越具象。

三亚、陵水、乐东三市县因为得天独厚的地理条件,几十年来承载了中国南繁事业的前进。它们都位于北纬18度线以南,有着典型的热带气候资源优势,被誉为“天然的温室”。

新中国成立以来,累计超过2万个主要农作物新品种通过南繁加代、繁育,占全国育成新品种的70%以上。

近年来,每年有700多家科研单位、种子企业,7000多名科研人员在南繁从事科研工作。

依托国家给予海南自贸港的开放政策,未来这里还将成为全球热带农业中心、全球动植物种质资源引进中转基地和种子研究新技术应用的创新高地。

|南繁科技城和三亚深海科技城、文昌国际航天城,共同构成了海南的三大科技城。南繁育种被放在了与深海科技、航天科技同等重要的位置。‍‍‍‍‍‍‍

在一年多时间里两次走进南繁,我们非常明显地感知到了当前“南繁硅谷”的变化。

其一是由季节性加代繁育向常年种子研发转变。

目前育种科研正处于3.0时代——分子设计育种能够实现从“经验育种”,到定向高效的“精确育种”转变。

未来的4.0时代,将着力实现“生物技术+人工智能+大数据信息技术”育种能力。

其二是由单纯育制种向种业全产业链转变。

“南繁硅谷”正在建设全产业链现代农业生产体系,包括种子精深加工、优异种质资源创制、种质资源收集保存评价等。

其三是由分散科研向集群协同转变。

过去的700多家科研单位,都有不同的科研重点和研究手段。现在有了种子实验室这个平台,各个基地得以相互联动,在育种技术创新等各个维度实现集群协同。

总结起来就是,南繁事业正在向南繁事业与产业并举转变。

正如国家领导人考察时所言,“国家南繁科研育种基地是国家宝贵的农业科研平台,一定要建成集科研、生产、销售、科技交流、成果转化为一体的服务全国的‘南繁硅谷’。”

这片“南繁硅谷”,正在创造更具科技含量、科研水平的“农业芯片”。

种子是粮食的“芯片”,而粮食是好酒的源头,“南繁硅谷”之于酒,看似相隔甚远,其实息息相关。


审稿专家:

中国科学院院士、中科院遗传与发育生物学研究所所长 杨维才

北京大学现代农学院院长、教授、博士生导师 刘春明

中国农业大学食品科学与营养工程学院教授、博士生导师 韩北忠


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