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【晒晒咱的国之重器㉛】给秧苗“吃小灶”:植物工厂水稻育种加速器

2021年10月,在国家“十三五”科技创新成就展上,一幢泛着红紫色柔光的玻璃小屋格外亮眼。

这可是一座植物工厂。四层栽培架上,一排排水稻青苗齐整整扎在特殊的营养液里,在颗颗彩色LED节能灯的“抚触”下,正奋力拔节。

在这里,稻子从插秧到收获只需60天左右,比在常规大田的生长周期整整短了一半!

原来,植物生长依赖光合作用,在不同的生长阶段,所需的光、温、水、气、肥等参数各有不同。在这座植物工厂里,科学家摸透了水稻的脾气,只消精准模拟自然环境,把各项参数调节到最理想的状态,给秧苗吃上“私人定制”的“小灶”,光合作用就自然加速了。提早开花,加速结果,稻子“早熟”也就梦想成真了。

科学家说,这里面最难啃的“硬骨头”是为水稻量身定制最适合的光环境。中国农业科学院都市农业研究所植物工厂创新团队首席科学家杨其长介绍,阳光中包含着赤橙黄绿青蓝紫7种可见光和紫外线等光谱,其中的红、蓝光对植物光合作用促进最大,其他光谱也对植物的开花、结实和色素形成具有独特功能。

但日常照明光和植物生长用光的差别可不小。“我们的很多试验都失败了,要么把植物‘晒’死了,要么就是长势不行”,不断摸索下,杨其长团队首次在国际上提出了植物“光配方”思想,突破多项核心技术,终于让发光二极管——LED以不同的光谱配方模拟阳光成为可能。

营养液代替泥土,无须担心虫害,不用喷洒农药……多种“黑科技”加持下,两个月就成熟的水稻一年能收获6茬。品质怎样呢?“实验已证明,这样种出来的水稻不仅周期短了,亩产有保证,品质也不错。”杨其长说。

不过,给水稻“吃小灶”、缩短它们生长周期的意义可不仅在于增加产量,在育种专家眼中,这座植物工厂正是绝佳的水稻育种加速器。

“高效的育种产业是保障国家粮食安全的关键。”中国科学院院士钱前说,传统的水稻育种周期长,一年顶多能繁育2至3代,育成一个新品种往往要几年甚至几十年时间。但依靠植物工厂,这一时空瓶颈就能被打破,从而实现“快速育种”。

不仅如此,植物工厂育种加速器可以不受土地、空间和气候条件的约束,若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,将大大节省育种工作者的时间。

杨其长说,未来,这座植物工厂水稻育种加速器有望实现每年6茬以上的“快速育种”,栽培层数甚至可以达到10层以上,“依靠植物工厂,这也为水稻和其他作物的加代育种和高效栽培提供了新的技术路径”。

事实上,智能植物工厂一直是国际高技术竞争的重要领域,但直到21世纪初,中国科学家才正式加入这条科研赛道。

现在,我国已是植物工厂产业化发展最快的国家,拥有规模以上植物工厂200多座,产品和技术装备已走上国际舞台,推广到欧美、日本等发达国家。

在杨其长看来,为育种加速,仅仅是植物工厂颠覆传统农作方式的一种可能,不久的将来,在非可耕地,在荒漠、戈壁甚至太空等特殊空间,人工打造一个适宜农作物生长的环境,植物工厂将大有可为——“它代表着未来农业的发展方向!”

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