湘湖實(shí)驗(yàn)室：播撒農(nóng)業(yè)科技創(chuàng)新的“種子”
更新時(shí)間：2024-06-06 14:49:49 內(nèi)容來源：杭州日?qǐng)?bào)
一粒種子，承載著收獲的希望，更預(yù)示著未來的豐饒。
盛夏時(shí)節(jié)，之江大地生機(jī)勃勃。湘湖實(shí)驗(yàn)室的科研團(tuán)隊(duì)，帶著他們最新的研究成果走出實(shí)驗(yàn)室，來到試驗(yàn)田里，一邊種植各種新開發(fā)的作物品種，一邊利用高科技手段監(jiān)測(cè)土壤濕度、作物生長(zhǎng)狀態(tài)……通過深入實(shí)踐，農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的科研創(chuàng)新不僅在實(shí)驗(yàn)室中“開花”，更在廣闊的田野上結(jié)出了豐碩的“果實(shí)”。
“作為浙江省唯一一家農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的省實(shí)驗(yàn)室，我們一直致力于突破解決生物育種和生態(tài)高效農(nóng)業(yè)的關(guān)鍵核心技術(shù)，并堅(jiān)持原始創(chuàng)新和成果轉(zhuǎn)化‘兩手抓’，加快打造原創(chuàng)性引領(lǐng)性的標(biāo)志性成果?！毕婧?shí)驗(yàn)室常務(wù)副主任楊華介紹。
在21世紀(jì)的農(nóng)業(yè)版圖上，以湘湖實(shí)驗(yàn)室等為代表的農(nóng)業(yè)實(shí)驗(yàn)室作為科技創(chuàng)新的前沿陣地，正以前所未有的活力引領(lǐng)著一場(chǎng)深刻的農(nóng)業(yè)變革，為農(nóng)業(yè)新質(zhì)生產(chǎn)力的培育和發(fā)展提供助力。
【機(jī)構(gòu)名片】
湘湖實(shí)驗(yàn)室是浙江省農(nóng)業(yè)科學(xué)院與蕭山區(qū)政府共同舉辦的新型研發(fā)機(jī)構(gòu)。實(shí)驗(yàn)室重點(diǎn)布局“生物育種”和“生態(tài)高效農(nóng)業(yè)”兩大研究方向，整合一批農(nóng)業(yè)科研創(chuàng)新資源，著力破解一批農(nóng)業(yè)領(lǐng)域“卡脖子”關(guān)鍵核心技術(shù)。
探索基因育種技術(shù)，讓“外來”魚蝦用上“中國芯”
在湘湖實(shí)驗(yàn)室生物育種實(shí)驗(yàn)室里，靠窗的桌面上，整齊擺放著一排養(yǎng)殖箱。最吸引人的，要數(shù)兩個(gè)玻璃魚缸。幾只紅螯螯蝦，正穿梭在精心布置的水草間，悠閑地?fù)]舞著紅色的鉗子。在日光燈的照耀下，散發(fā)著神秘氣息。
種子是農(nóng)業(yè)的“芯片”，苗種是水產(chǎn)養(yǎng)殖的“芯片”。數(shù)據(jù)顯示，我國是世界唯一水產(chǎn)品養(yǎng)殖產(chǎn)量超過捕撈產(chǎn)量的國家。全世界每5條魚中有3條以上由中國人養(yǎng)殖，在為中國消費(fèi)者提供1/3以上動(dòng)物蛋白的同時(shí)，對(duì)保障國家糧食安全起著重要作用。
“傳統(tǒng)育種方法的遺傳改良存在著選育周期長(zhǎng)、選育成本高和選擇準(zhǔn)確性低等問題，特別是對(duì)于繁殖力等低遺傳特殊性狀，育成新品種更困難。”在淡水水產(chǎn)種質(zhì)資源創(chuàng)制團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)人顧志敏看來，如果不開發(fā)新一代育種技術(shù)，僅靠捕撈野生資源或用未選育種來人工養(yǎng)殖，既滿足不了大眾的消費(fèi)需求，也會(huì)對(duì)天然資源產(chǎn)生極大影響。
應(yīng)用基因組育種等現(xiàn)代生物育種技術(shù)改良提升紅螯螯蝦繁殖育苗能力，是一條有效的技術(shù)途徑，也是擴(kuò)大苗種供應(yīng)的根本路徑。
首先，是基因測(cè)序，了解鰲蝦的基因圖譜，好比先繪制一張地圖；然后，是功能基因挖掘，在基因“地圖”中，定位到某類功能基因；接下來，根據(jù)育種目標(biāo)，利用全基因組選擇或基因編輯技術(shù)，把這類基因快速富集或“剪輯”到鰲蝦中，就像修改文章，刪減或加入相關(guān)的基因片段，改良品種。
“像這類從澳大利亞引進(jìn)的紅螯螯蝦，是目前世界上最大的淡水養(yǎng)殖鰲蝦類，但引入中國后有水土不服的問題。”顧志敏團(tuán)隊(duì)要做的，就是研究耐低溫、抗病性等基因性狀，幫助企業(yè)擴(kuò)大養(yǎng)殖規(guī)模、降低養(yǎng)殖成本、提升經(jīng)濟(jì)效益。
“羅氏沼蝦有30多億堿基對(duì)，鱖魚有7億多堿基對(duì)?！弊鳛槭澜缜把丶夹g(shù)，基因育種的背后，是數(shù)以億計(jì)的數(shù)據(jù)和計(jì)算量，因此，開發(fā)低成本、高精度的基因芯片是全基因組育種、基因編輯的重要關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)。
過去一年多，顧志敏帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)研發(fā)出了羅氏沼蝦、紅鰲鰲蝦兩種液相基因芯片，這在全球范圍內(nèi)都屬首次。
在實(shí)驗(yàn)室，我們看見了幾管濃縮在5毫升左右液體里的兩款芯片。從外表看，沒有顏色，和普通的水并無差異。
湘湖實(shí)驗(yàn)室牽頭成功研發(fā)羅氏沼蝦100K cGPS高精度液相育種基因芯片。
“育種芯片是分子和智能育種的關(guān)鍵共性技術(shù)之一，以前長(zhǎng)期被國外的固相育種芯片壟斷。”顧志敏拿起一管芯片介紹，液相芯片和固相芯片不同，把原本需要固定在硅基上的基因“探針”，溶解到液體介質(zhì)中，通過探針捕獲育種材料中的不同基因組區(qū)域，從而實(shí)現(xiàn)育種材料的基因（型）鑒定。
耐低溫的、不耐低溫的；抗病的、易感病的……以液相芯片為基礎(chǔ)，團(tuán)隊(duì)還通過建立數(shù)據(jù)模型，進(jìn)行基因檢測(cè)分析，這些過去在傳統(tǒng)育種中難以觀察的基因，如今可以直接呈現(xiàn)在電腦屏幕上，一目了然。
“借助液相基因芯片，水產(chǎn)新品種培育時(shí)間能縮短一半，效率提升40%以上?！蹦壳埃延?家企業(yè)在繁育顧志敏團(tuán)隊(duì)培育的“新物種”，他相信，明年的繁育和養(yǎng)殖的產(chǎn)量還能擴(kuò)大兩倍。
讓“外來”魚蝦用上“中國芯”。
提高種植效益，用科技“解鎖”油菜增產(chǎn)增收的密碼
眼下，正值油菜豐收的季節(jié)，湘湖實(shí)驗(yàn)室油菜種質(zhì)創(chuàng)新和育種研究團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)人張冬青和平時(shí)一樣，身著輕便的工作服，頭戴寬邊草帽，在油菜種植基地里調(diào)查每份材料的成熟期表現(xiàn)，她偶爾彎腰摘下一個(gè)角果，輕輕一捏，感受著那份飽滿與堅(jiān)實(shí)。
將近晚上10點(diǎn)，張冬青和團(tuán)隊(duì)成員才從田間回到住處。整個(gè)5月，她的團(tuán)隊(duì)都往返于實(shí)驗(yàn)室和各個(gè)油菜種植基地之間，“忙”是一種常態(tài)，也蘊(yùn)含著辛勤耕耘后的喜悅。
“這一階段我們的工作重點(diǎn)是對(duì)油菜成熟期的田間性狀調(diào)查和選種工作，細(xì)致開展生育周期的記載、抗性特征調(diào)查及經(jīng)濟(jì)性狀評(píng)估?！睆埗嗌钪?，每一次的實(shí)驗(yàn)調(diào)整，每一次的數(shù)據(jù)記錄，都是向更高產(chǎn)、更優(yōu)質(zhì)的油菜品種邁進(jìn)的重要過程。
“看田選種，看種種田?！币岣哂筒说姆N植效益，不光要算有多少地，更得看種子好不好、夠不夠。
紫紅、桃紅、玫瑰紅、橙紅……在景觀油菜育種方面，油菜種質(zhì)創(chuàng)新和育種研究團(tuán)隊(duì)已培育出9種不同花色的彩色油菜，分別包括高稈和矮稈兩種類型，它們具有花瓣大、色澤艷、香味濃郁、花量足、產(chǎn)量特征優(yōu)等特性。
“歷史上種植的油菜都是黃色花品種，會(huì)帶來審美疲勞，因此，我們采用精準(zhǔn)聚合育種方法，將不同花色基因重新組合，不斷更新豐富油菜花的花色種類，滿足農(nóng)業(yè)休閑觀光旅游的需求。”張冬青介紹，油菜花觀光旅游還能帶動(dòng)當(dāng)?shù)孛袼蕖⒉惋嫲l(fā)展，促進(jìn)優(yōu)質(zhì)農(nóng)產(chǎn)品銷售，助力鄉(xiāng)村產(chǎn)業(yè)振興，“我們育成的彩色油菜具有植株健壯、分枝多等特點(diǎn)，其產(chǎn)量和含油量也接近目前的主栽品種?！?/p>
成立還不到兩年時(shí)間，湘湖實(shí)驗(yàn)室里科技成果培育成效初顯。“在實(shí)驗(yàn)室的助力下，我們目前也在和幾家意向企業(yè)進(jìn)行對(duì)接溝通?！痹趶埗嗫磥恚@樣的成功，得益于湘湖實(shí)驗(yàn)室特有的成果轉(zhuǎn)化路徑和人才引育制度。
在采訪過程中，我們發(fā)現(xiàn)，湘湖實(shí)驗(yàn)室吸引了來自全球的優(yōu)秀科學(xué)家和青年學(xué)者加入，形成了一支結(jié)構(gòu)合理、充滿活力的研究隊(duì)伍。以油菜種質(zhì)創(chuàng)新和育種研究團(tuán)隊(duì)為例，團(tuán)隊(duì)里不僅有從事生物信息學(xué)分析工作的優(yōu)秀青年，還有從事油菜功能基因挖掘和新品質(zhì)創(chuàng)制研究的博士后。
湘湖實(shí)驗(yàn)室生物種業(yè)研究院實(shí)驗(yàn)室里研究人員正在做實(shí)驗(yàn)。
“湘湖實(shí)驗(yàn)室始終堅(jiān)持聚焦主攻方向引進(jìn)集聚人才，目前實(shí)驗(yàn)室人才規(guī)模已達(dá)162人。接下來，我們將繼續(xù)優(yōu)化服務(wù)，營造一流人才發(fā)展生態(tài)，扎實(shí)做好人才發(fā)展與保障工作。”楊華信心十足。
“播種”新質(zhì)生產(chǎn)力，以激光技術(shù)點(diǎn)亮作物“豐收路”
想象一下，夜幕低垂，星辰點(diǎn)點(diǎn)，一束細(xì)如發(fā)絲卻蘊(yùn)含高科技能量的激光，在寧靜的農(nóng)田上輕輕掠過。這樣的場(chǎng)景中，激光并非漫無目的地“游走”，而是依據(jù)精密計(jì)算建立起運(yùn)行軌跡。
“激光以其獨(dú)特的光頻與能量，能輕柔地‘喚醒’植物體內(nèi)的生物機(jī)能?！毕婧?shí)驗(yàn)室激光農(nóng)業(yè)研究團(tuán)隊(duì)副研究員李志濤形象地比喻道：“激光就像是種子生長(zhǎng)的‘魔法鑰匙’，能夠激活沉睡的生長(zhǎng)密碼，使得作物在更短時(shí)間內(nèi)提升產(chǎn)量和質(zhì)量?！?/p>
這也正是激光農(nóng)業(yè)研究團(tuán)隊(duì)的研究重點(diǎn)之一——推動(dòng)激光在育苗、營養(yǎng)調(diào)節(jié)、生長(zhǎng)發(fā)育調(diào)控中的應(yīng)用，創(chuàng)新農(nóng)用激光誘導(dǎo)的增產(chǎn)提質(zhì)新型生產(chǎn)方式。
來到湘湖實(shí)驗(yàn)室激光農(nóng)業(yè)實(shí)驗(yàn)室，記者仿佛踏入了一個(gè)充滿未來感的“生物工廠”：一排排白色的實(shí)驗(yàn)育種柜整齊排列，柜內(nèi)不僅模擬了各種自然條件，更內(nèi)置了先進(jìn)的激光育種模塊。水稻培育區(qū)里，嫩綠的稻苗在不同的激光光源下有序生長(zhǎng)；番茄生長(zhǎng)室中，激光穿透層層綠葉，直接作用于番茄植株，促進(jìn)果實(shí)的發(fā)育與成熟。
“在資源日益緊張、環(huán)境挑戰(zhàn)加劇的今天，激光誘導(dǎo)技術(shù)提供了一種高效、環(huán)保的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)解決方案?！卑殡S著激光器規(guī)律的嗡嗡聲，李志濤介紹說：“一年多來，我們?cè)诤芏嗟胤蕉疾贾昧思す庥绾图す馊椪盏脑囼?yàn)點(diǎn)，多點(diǎn)試驗(yàn)表明，激光育苗可使水稻增產(chǎn)7%以上，可使番茄增產(chǎn)15%以上，可誘導(dǎo)楊梅提前轉(zhuǎn)色。”
研發(fā)低功耗激光植物生長(zhǎng)調(diào)控?zé)?，首次將激光技術(shù)應(yīng)用于大規(guī)模農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，破解光能生物利用中高能耗、低效能的瓶頸問題……從激光農(nóng)業(yè)研究團(tuán)隊(duì)的階段性研究成果可以窺見，一系列關(guān)于激光農(nóng)業(yè)的創(chuàng)新應(yīng)用，正在科研人員的不懈努力下，被精準(zhǔn)地“播種”在每一寸滿懷希望的土地上。
哪些因素能催生出這樣強(qiáng)勁的創(chuàng)新動(dòng)力？李志濤坦言，是良好的科研環(huán)境。“湘湖實(shí)驗(yàn)室為我們科研創(chuàng)新培育了肥沃‘土壤’，比如在公共平臺(tái)的設(shè)施設(shè)備配置方面，實(shí)驗(yàn)室提供了超分辨率激光共聚焦顯微鏡、氣相色譜儀和高效液相色譜儀等大型儀器，使團(tuán)隊(duì)的科學(xué)研究更加方便快捷?！?/p>
發(fā)展環(huán)境只有更好，沒有最好。在楊華看來，農(nóng)業(yè)周期長(zhǎng)的特性，決定了農(nóng)業(yè)科研是一個(gè)漫長(zhǎng)的過程，難以實(shí)現(xiàn)短平快的效果?！盀榇耍覀兿Ｍ蛟炱鹨粋€(gè)多元共建的創(chuàng)新‘生態(tài)圈’, 通過在實(shí)驗(yàn)室總部建設(shè)農(nóng)業(yè)類標(biāo)桿孵化器，營造‘實(shí)驗(yàn)室+加速器+孵化器’的成果轉(zhuǎn)化環(huán)境和良好創(chuàng)業(yè)生態(tài)。”
創(chuàng)業(yè)者和科研人員在路演大廳分享著最新的科研成果轉(zhuǎn)化項(xiàng)目、投資人為創(chuàng)新項(xiàng)目提供寶貴的建議與資金支持……可以預(yù)見，在這個(gè)充滿活力與希望的“生態(tài)圈”中，“從0到1”的故事不僅僅是科技突破的代名詞，它是一種常態(tài)，一種持續(xù)涌動(dòng)的創(chuàng)新浪潮。
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