2013年12月23日至24日【中央農(nóng)村工作會議】在北京舉行，習(xí)近平總書記在會上發(fā)表重要講話，他強調(diào)：“中國人的飯碗任何時候都要牢牢端在自己手上。我們的飯碗應(yīng)該主要裝中國糧。” 為此，我國的科學(xué)家們都在不同的崗位上默默的耕耘與奮斗。
 
2021年8月22日，中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院都市農(nóng)業(yè)研究所植物工廠創(chuàng)新團隊與中國水稻研究所錢前團隊合作，在植物工廠環(huán)境下成功實現(xiàn)水稻種植60天左右收獲的重要突破，將傳統(tǒng)大田，也就是陸地環(huán)境下120天以上的水稻生長周期縮短了一半。
在植物工廠中，水稻被種植于栽培槽中，里面是科學(xué)家精心調(diào)配的營養(yǎng)液，水稻的光源不是太陽光，而是人工的LED光，水稻生長在這種封閉系統(tǒng)中，無需擔(dān)心蟲害，不用噴灑農(nóng)藥，不受氣候影響。在不同的生長階段，水稻所需的光照、營養(yǎng)、濕度、溫度等參數(shù)是不一樣的，通過調(diào)節(jié)各項參數(shù)，加速光合作用，讓水稻各個生長階段都能達到最優(yōu)的生長速率，讓水稻更快成熟。這種水稻的生長周期大幅縮短到兩個月左右，所以一年可以種植6季，再加上栽培層數(shù)還能增加到10層，這能讓水稻育種的世代時間大幅減少。基于該技術(shù)，科學(xué)家能夠加速育種，有助于培養(yǎng)出產(chǎn)量更高的優(yōu)異水稻品種。通過調(diào)控環(huán)境與營養(yǎng)要素，能夠顯著提升作物的光合作用速率，誘導(dǎo)早期開花和促進作物快速生長，大幅縮短作物生育周期，實現(xiàn)“快速育種”。植物工廠育種加速系統(tǒng)可不受土地、空間和氣候條件的約束，建在實驗樓或育種單位附近，一年四季均可進行加代育種。
據(jù)了解，這次水稻種植試驗是在有四層栽培架的全人工光植物工廠進行的，采用定制光譜的LED光源為水稻不同生育期提供最佳的光環(huán)境，將水稻種植在營養(yǎng)液栽培槽中，根據(jù)不同時期的營養(yǎng)需求精準(zhǔn)供給養(yǎng)分。同時，植物工廠內(nèi)部的環(huán)境要素，如光照、溫度、濕度、二氧化碳濃度等都受到精準(zhǔn)調(diào)控，為各生育階段提供最佳生長環(huán)境。
在供試的6個矮稈品種中，2個品種表現(xiàn)出較高的產(chǎn)量潛力，定植后45天抽穗，63天收獲，單株分蘗數(shù)達89個，單層栽培架的綜合產(chǎn)量為每平方米0.98公斤，相當(dāng)于畝產(chǎn)650多公斤。中國科學(xué)院院士、中國農(nóng)科院作物科學(xué)研究所所長錢前表示，高效的育種產(chǎn)業(yè)是保障國家糧食安全的關(guān)鍵。使用傳統(tǒng)育種方法，通常一年只能產(chǎn)生1至2代，即使在溫室環(huán)境下或在熱帶地區(qū)，一年也只能產(chǎn)生2至3代。“對于大多數(shù)作物來說，要想培育出新的優(yōu)良種質(zhì)，需要經(jīng)過若干代繁殖，通常需要幾年甚至數(shù)十年時間。依靠植物工廠技術(shù)，打破了這個時空瓶頸。”錢前說。中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院都市農(nóng)業(yè)研究所植物工廠創(chuàng)新團隊首席科學(xué)家楊其長說：“植物工廠是在一個完全環(huán)境可控的條件下進行植物生產(chǎn)的系統(tǒng)，系統(tǒng)中的溫度、濕度、光照、二氧化碳，以及植物的營養(yǎng)需求，都可以按照植物的各個階段的需求進行智能化的調(diào)控。也就是說植物需要什么，是光、溫，還是水、氣、肥，我們都可以人為進行調(diào)控。因此在這種環(huán)境下，植物生育的周期，包括產(chǎn)量都會得到大幅度的提高。”楊其長表示，未來有望實現(xiàn)每年6茬以上的“快速育種”，栽培層數(shù)可以達到10層以上，這一技術(shù)的突破為水稻與其他作物的加代育種和高效栽培提供了新思路，與此同時，這項研究也為未來工廠化栽培奠定基礎(chǔ)。下一步，研究團隊將針對植物工廠環(huán)境可控以及多層立體栽培的特征，選育出適宜植物工廠種植的水稻品種，提高產(chǎn)量水平。
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