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水稻抽穗與結(jié)籽圖受訪者供圖

8月19日，《中國科學(xué)報》從中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院都市農(nóng)業(yè)研究所（以下簡稱都市所）獲悉，該所植物工廠創(chuàng)新團(tuán)隊與中國科學(xué)院院士錢前團(tuán)隊合作，在植物工廠環(huán)境下成功實現(xiàn)水稻種植60天左右收獲的重大突破，將傳統(tǒng)大田環(huán)境下120天以上的水稻生長周期縮短了一半。這為加速作物育種，打贏種業(yè)翻身戰(zhàn)，保障國家糧食安全，提供了全新的技術(shù)途徑。

據(jù)團(tuán)隊首席、都市所研究員楊其長介紹，這次試驗的水稻是由錢前團(tuán)隊提供的矮桿品種，其株型相對較矮，空間利用率高，適合在植物工廠環(huán)境下進(jìn)行多層立體栽培。

楊其長告訴《中國科學(xué)報》，這次水稻種植試驗是在擁有四層栽培架的全人工光植物工廠進(jìn)行的，采用定制光譜的LED（發(fā)光二極管）光源為水稻不同生育期提供最佳的光環(huán)境。他們借助深液流水耕栽培（DFT）技術(shù)將水稻種植在營養(yǎng)液栽培槽中，根據(jù)水稻不同時期的營養(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、CO2濃度等都受到精準(zhǔn)調(diào)控，為水稻各生育階段提供最佳生長環(huán)境。

據(jù)悉，供試的6個矮桿品種中，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)高達(dá)89個，單層栽培架的綜合產(chǎn)量為0.98kg/m2，相當(dāng)于畝產(chǎn)652公斤。

倉廩充實，種業(yè)安全是基礎(chǔ)。錢前對《中國科學(xué)報》說，一個高效的育種產(chǎn)業(yè)是保障國家糧食安全的關(guān)鍵。傳統(tǒng)的育種方法很重要的一個限制因素就是世代時間長，通常一年只能產(chǎn)生1~2代，即使在溫室環(huán)境下或在海南三亞等地“南繁育種”，一年也只能產(chǎn)生2-3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，通常需要幾年甚至是數(shù)十年的時間。依靠植物工廠技術(shù)，完全打破了這一時空瓶頸。 ”錢前說。

楊其長介紹，在植物工廠里，通過調(diào)控最優(yōu)的光質(zhì)、光強(qiáng)和光周期，以及其他環(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(jìn)作物快速生長，大幅縮短作物生育周期，減少世代時間，從而實現(xiàn)“快速育種”。

此外，“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，可以就近建在實驗樓或育種單位附近，一年四季均可進(jìn)行加代育種，大大節(jié)省育種工作者的時間成本?！睏钇溟L說。

植物工廠環(huán)境下水稻栽培試驗的成功，大大縮短了育種的世代時間，顛覆了常規(guī)育種一年僅可加代2~3代的傳統(tǒng)。楊其長說，未來有望實現(xiàn)每年6茬以上的“快速育種”，栽培層數(shù)甚至可以達(dá)到10層以上?！斑@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的思路和有效途徑，對保障糧食安全具有重要的現(xiàn)實意義?！?/p>

錢前對實驗結(jié)果給予高度評價：“在植物工廠環(huán)境下實現(xiàn)水稻60天快速收獲，是水稻種植史上的顛覆性重大突破，不僅徹底改變了傳統(tǒng)的育種與栽培方法，而且也為未來工廠化栽培奠定了基礎(chǔ)?！?/p>

“未來的種稻農(nóng)民要上工廠打工了?！卞X前希望，植物工廠水稻種植將來能夠?qū)崿F(xiàn)全程機(jī)械化。

下一步，研究團(tuán)隊將針對植物工廠環(huán)境可控以及多層立體栽培的特征，選育出適宜于植物工廠種植的水稻先鋒品種，大幅提高產(chǎn)量水平，為糧食安全提供科技保障。(李晨)