2021年，中国农业生产持续发展，农业科技的贡献居功至伟，新技术、新方法为现代农业高质量发展夯实支撑、增添后劲。为此，我们梳理这一年本报采访报道过的农业科技的高光时刻，感受基因组育种、太空农业、智能工具、微生物等领域科技创新带来的质的飞跃，期冀农业现代化美好愿景。　

关键词 1 基因组育种

黑麦缘何成为小麦族“黑马”

黑麦对自然界不良条件有很强的适应能力，这令许多育种家着迷。然而，由于黑麦属于异交作物，具有自交不亲和性，并且拥有极为复杂的基因组，导致其基因组精细物理图谱的组装十分困难，这对于全世界麦类基础和应用研究来说都是一个非常大的挑战。

3月，河南农业大学农学院联合国内多所大学以及科研单位解决了这项难题，完成了黑麦基因组精细图谱的组装，揭示了黑麦基因组结构与演化的独特性及其淀粉合成、储存蛋白、抽穗期和驯化等相关基因的基因组特征。该成果对麦类作物遗传改良具有重要指导作用和实用价值，发表于《自然—遗传学》。

关键词 2 太空农业

太空种子“变形计”

深空环境对于生命的影响是一个非常重要的研究课题。1月，经历“奔月之旅”归来的一部分水稻、苜蓿和燕麦种子已经在实验室里出苗，并且长势喜人，它们承载着解决种源“卡脖子”问题的重大任务。

航天育种产业创新联盟理事长梁小虹表示，嫦娥五号搭载了由航天育种产业创新联盟牵头的多家单位提供的水稻、苜蓿、燕麦、兰花、竹子等各类农作物以及林草花卉种子共30余种。

国家植物航天育种工程技术研究中心副主任郭涛介绍，此次搭载的近2500粒“航聚香丝苗”水稻品系种子经历了范艾伦辐射带和太阳黑子爆发，这些空间环境因素可能会对水稻实验材料的变异率和变异幅度产生重大影响，理解这种变化，对下一步探讨物种进化和生命起源具有理论价值。

精英作物登陆未来太空农场

随着人类探索太空的步伐不断加快，以空间食物保障为核心的太空农业引发越来越广泛的关注。

10月，中国农业科学院都市农业研究所（以下简称都市所）在《自然—通讯》发表展望性文章，深入分析了太空农业系统对作物的独特要求，创新性地提出了面向太空农场进行作物改良的全株可食精英植物策略。

针对太空农业的特殊需求，团队研发的首个“月球微型农场”于2019年1月经嫦娥4号送上月球背面，搭载了中国农业科学院培育的棉花、油菜和马铃薯种子，完成了人类首次在月球培育植物幼苗的试验，拉开了农业走向太空的序幕。

关键词 3 智能工具

潜在位点难预测 人工智能来帮忙

近年来，表观遗传学成为生命科学热点领域，检测技术和高通量测序的发展推动了作物表观组学的研究。然而，受到多种因素制约，仍有大量表观修饰位点没有得到发掘和研究。

7月，中国农业科学院生物技术研究所谷晓峰课题组、田健课题组和普莉课题组在《新植物学家》上发表了研究成果。他们构建了植物表观遗传修饰智能预测在线工具SMEP，可向用户免费提供检索表观遗传修饰位点和基因表达数据的可视化界面。

该项工作利用人工智能，深度学习植物DNA甲基化、RNA甲基化、组蛋白修饰等序列信息，系统实现了水稻、玉米等物种中表观修饰位点的预测，为作物功能基因组研究和智能设计育种提供工具和数据支撑。

新模型为玉米智能育种注入“加速剂”

10月，中国农业大学农学院、国家玉米改良中心教授王向峰与西北农林科技大学生命科学学院、旱区作物逆境生物学国家重点实验室教授马闯课题组在《生物信息学简报》上发表了一款基因组优化设计模型GOVS，可以加速玉米杂交育种，缩短育种周期，促进玉米种业智能化、高质量发展。

传统育种模拟软件主要利用遗传材料的系谱关系和表型数据模拟育种过程，同时指导未来育种流程中的选系和组配。“GOVS则采用了称为‘基因组优化设计’的策略，即通过算法模拟出一个理论上尽可能多地聚合了某个育种群体中目标表型的优势基因组片段或有利等位基因的虚拟基因组。”西北农林科技大学博士生程前介绍。

在此之前，王向峰还与华中农业大学教授严建兵课题组在《基因组生物学》上发表了一款基于机器学习建立的全基因组选择模型——CropGBM工具箱，同时整合了多种常用遗传分析工具，为作物基因组设计育种提供一站式解决方案。

“智能指的就是机器学习里面建立的模型，这个模型相当于人的大脑，是有驱动力的。GOVS与CropGBM相辅相成，分别用于不同的育种环节，实际上都是利用人工智能的策略加速育种。”王向峰说。

关键词 4 微生物

擒病原菌先擒“帮手”

10月，一篇发表于《国际微生物生态杂志》的研究论文显示，番茄根际细菌群落对土传病原菌的“帮手”而不是病原菌本身的抑制发挥着决定作用。南京农业大学资源与环境学院（以下简称资环学院）教授韦中认为，调控根际微生物组互作关系，抑制病原菌帮手的生长可能成为抵御土传病害的新策略。

气候变化、滥用农药、高复种指数等已经威胁土壤微生物的生存，从而破坏了土壤中本来存在的微生物群落制衡环境，导致土传病害日益加重。

“只有精准地压制致病菌，比如引入噬菌体或竞争性功能的微生物来重构土壤微生物群落的竞争性环境，提升根际群落总体的免疫能力，才是解决这个问题的重要策略。”韦中说。

农业微生物：“菌”上大有用场

在农业领域，全球科学家投入了大量的人力物力，研究农作物的功能基因，用以改良植物性状，目前已取得显著成效。

一方面作物基因改良存在育种周期比较长等问题。另一方面，越来越多的研究发现，植物微生物组可以提高植物抗旱、抗病等重要抗逆性状，促进氮磷等营养物质的吸收利用效率，广泛参与调控植株生长发育及杂种优势等多个生物学过程，并影响最终作物产量和品质。

“针对‘作物—微生物组’作用机理的研究，必将大大加速传统育种与微生物群落育种相结合进行的农作物性状改良，以及农业微生物技术产品的开发应用。”中国农业大学教授徐凌说。

中国农业科学院农业微生物资源团队首席科学家魏海雷认为，农业微生物种质资源种类丰富，涵盖了细菌、真菌、病毒等重要类群，主要应用于肥料、食药用、饲料、植保、农业环境等方面。微生物在探索高效、安全、资源节约、环境友好的现代农业发展之路上发挥着重要作用。

中国科学院南京土壤研究所研究员褚海燕表示，环境中的微生物数量巨大，每克土壤里，就可能有成千上万种微生物，组学技术可将其作为一个整体研究，同时测定成千上万微生物的群落组成、功能和相互关系。

“因此，微生物组学研究要和大数据、人工智能等技术结合起来，深入理解微生物的组成、多样性与时空分布，深入挖掘微生物的功能与调控机制。现在大数据、人工智能等技术的进步，让微生物组学研究进入了‘最好时代’。”褚海燕说。

（中国科学报 2021-12-28）