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生态农业需解决五个层次难题 生物技术当此重任
发布时间:2014-11-28 点击次数:

日期:20141021  摘自:中国生物技术信息网  来源:中国科学报  作者:那中元


万物生长靠太阳,能动抗逆促生存。这是所有植物与环境和谐进化发展、能动抗逆绝境逢生的根本动力。


超高产优质生态农业继承创新辩证唯物观、结合现代科学技术,以深层自然规律为师,从而既符合自然法则,又不盲从自然条件,是能动地激发作物潜性功能、以和谐外界自然规律为基础,可不断深化、接近自然真理,又造福人类的新理念、新理论的农业新模式。


这是可不断提升向光能要高产优质,促抗逆、保安全持续,用超敏应激可逆防治病虫,让耕地蓄水生态调节旱涝,自修复活土、肥水高效系统生态良循环的能力和水平为科技新平台,必将革命性地解决舶来现代农业化肥替能、增肥保产、以毒攻毒防病虫的不可持续难题。达到农业超高产、优质、高效、安全、土、水、气、生态良循环。


粮食总量不足,导致舶来的现代化农业双刃剑正效应总量增加,迅速替代了中国数千年的生态农业模式,仅三十年左右,其增产正效应已几乎走到尽头,而其负效应却越来越显著,在中国已成恶性循环之势。


中国农业五个层次难题及解决方向


如何看到问题解决难题,仁者见仁,智者见智。中国农业既要保总量,又要可持续保证中华民族安全生存和发展需要,就必须解决现在已日益严重的五个层次恶性循环系列重大难题:1.粮食总量不足与低肥效比矛盾日益突出的不安全性难题;2.长期大量农药化肥造成的粮食不安全难优质难题;3.土壤破坏污染、能量物质索取大于输入等造成的地力衰竭、水、气污染的不安全性;4.资源性、水质性缺水、失控地域性降雨不均衡,加人为因素等导致水循环受阻的农业用水日益紧缺与晴旱雨涝加剧的农业命脉不安全难题;5、农业生态土、水、植被、空气全面衰退、破坏、污染的不安全性。


针对这五个层次的难题,要用超高产高肥水效率来解决粮食总量不足与低肥效比矛盾日益突出的不安全性难题。用少施化肥基本不用化学农药的源头治好面源污染来保证粮食品质的安全,以大幅度提高光合效能的增能量保优质所需。用增强植物抗逆性的大根系,高光合能量输入的高活性、强根面效应,让土壤自修复,成为高活性沃土,保耕地的安全。同时耕地少一氧化碳排放和碳储良循环。


在确保农业面源开始源头治理,土壤自修复启动条件下,增强农作物的抗旱耐涝性,旱地利用农业高产大垄措施等提高作物能动性,展开耕地年蓄雨调洪6000~7000亿立方米的系列生态消旱措施,促进农业水循环良性发展,确保整体资源性、水质性的安全。用综合效应超高产优质生态农业为核心平台生产的农业生态自修复为主,人工辅助其良循环,来达到生态农业良循环,让真正的生态文明和改善民生有物质环境基础的生态安全做保障。用大幅度提高光合效能和双向抗逆性为核心的农业生态自修复良循环为超高产优质生态农业提供平台,让真正的生态文明、改善民生、中华复兴有物质、环境基础的系统安全保障。


总之,中国农业要能尽量透过表象发现难题实质,找准解决系列难题的方向,最难的是能动应用自然法则搭建解决系列难题的创新科技平台。中国农业五个层次系列难题,产量都已近极限的舶来现代农业已难以问津,而只有以中华优秀文化精髓的科学体系继承创新为主,加洋为中用,才能承载解决重任。


超高产优质生态农业与诱导调控


粮食安全问题,归根结底就是农业安全问题。农业安全就是高产、优质、可持续良性循环,并且要不断有所进步的问题。这是现代农业已无法逾越、生物技术的旁枝末节不可能问津的难题。只有以真正的生物技术核心即诱导调控为核心基础的高效生态农业,才可能担当此重任,解决中国农业五个层次的艰难问题。


表型诱导调控表达技术(Gene Phenotype Induction Technique,简称GPIT)对农业发展的传统理念实现了九大突破:提高光合效能突破高产优质难题;提高肥水效率突破少施化肥不高产;突破盐碱地不高产;突破高寒山区不能高产;突破果树大小年难题;突破作物生长所需温度范围悖论;突破作物抗旱耐涝悖论;突破作物防治病虫害必须以毒攻毒;突破遗传学基因转座不可分离、不能稳定、不可获得性遗传。


GPIT以提高光合效能为核心,强化双向抗逆性为保障,将潜性功能部分激活为表型功能,从而大幅度提高光合效能(包括光肥、水效应)。生产中不仅可表现出明显的自然逆境双向抗性,如既耐旱又耐涝,既耐冷又耐热,既节肥又增产,既耐阴又耐光氧化……还难以置信地产生可控超敏应激可逆人工无害防治病害、强超敏应激非毒性机理快速湿触击杀害虫等科技新平台。不仅使农作物早熟、高产、优质,还能抗逆高光效节省水、肥,基本不用化学农药,高活性大根系的强根面效应既能向土壤提供更多的碳氢能量,又能激促大群体高活性的微生物,使土壤保持活性、促进自修复良循环,且能发挥作物多态性潜能治理高盐碱地。强化获得性优势,产生超大穗新种质,是农业超高产与生态和谐途径的创新科技平台。


GPIT技术理论基础


1.历史渊源

生物起源进化的核心动力是能量,物种大灭绝大爆发是以能量为核心的能动抗逆体现,动物可以迁徙避害,植物只能立地经受考验,因此高等植物如玉米等比人类多出近一倍的基因数量。

现存的所有作物都是经过数亿年无数次暖期、间期、冰期生态环境剧变,能动变异抗逆适应的幸存者,也是适宜环境竞争的获胜者,而要两者兼顾,中庸表达就成为一般性最适性状。由于作物都存在大量的潜性功能,让这些功能部分变为表型性状,而在生态和谐条件下适合人类需要,就是生物工程最核心技术体现。


2. 诱导调控表达技术

GPIT技术是建立在生物信息感受度和动力学机制可改变基础上的。相关能量储备充分时,相应生理代谢可随之快速调节变化,是在强化剂强补偿代谢可逆的理论基础上的表观遗传生物学的重大实践突破;以提高能量利用为先导,高抗光氧化提高光合速率50%~400%为中心,全面提高包括光质量、光节律、光周期、光肥效、光水效的光能作用效率;启动综合双向抗自然和生物逆境为特征的作物潜能优良性状的可连锁表达;利用光导全息、细胞全能能动性、生物多态能动性基础,使信息感受度和动力学机制诱导调控可改变的能动性与外部环境等条件显著改变有机互作等原理,从而产生表型增强、部分潜在表型性状可表达,可重大分离或变异(数量、质量性状),及累加递增至质变,乃至部分稳定表达或遗传表达;抗逆高光效节水肥土壤自修复良循环、发挥生物多态性潜能治理高盐碱地;超敏应激可逆控制病害、强超敏应激非毒性机理快速湿触击杀害虫等从而使农作物早熟、高产、优质。


3. 表型表达与变异表达

基因转座导致相关生物不可分离也不可稳定地表达性状,然而强化表型表达可使转座基因典型种质的花玉米产生全黄、全黑和花粒三种分离,并可相对稳定表达。因此很多作物某些性状累加递增后,可使作物不仅在数量性状提高上,甚至在质量性状变异等乃至遗传表达上得到较好表达,从而使较快的能动自然变异产生新的种质材料成为可能。


GPIT技术的五大特征


1. 以大幅度提高作物光合速率为基础的光合效能

光合速率提高是光合作用的基础,光合作用效能还包括提高利用光信息、光质能、光节律、光周期、光温效应、光肥效率、光水效率等综合有效互作效应。光合速率可提高50%~400%以上为基础的光合效能,不只是产量的提高,更重要的是品质的提高和抗性的提高,因为所有品质和抗性的提高都是高耗能的,是产量耗能的2~3倍甚至更多;而抗性的提高还和光电传递通道相关,因此,过去大水大肥虽在一定限度内能明显提高产量,但却是以看不见的降低品质和抗性为代价,同时以污染破坏土壤、源头食品不安全为代价。


2. 强生理代谢累加的大库

GPIT及其产品能促使作物产生适时表达的强代谢功能和较快的代谢速度。叶厚色绿、根系发达、茎粗节短、穗大粒饱形成了强大的源库关系。也就是说,由于大库的需要,刺激光合系统吸纳利用更多的光能和二氧化碳,制造光合产物,通过缩短增粗的疏导组织迅速地输送到发达的根部和所需部位,再与根系快速地把这些东西和土壤中的水、肥、氧等物质综合加工成植物所必需的养分,最后通过植物中间的输导组织,把这些养分送到植物的茎、叶、花、果上面。这种高比速率是动力学和谐自然的重大突破。


3. 高抗光氧化效能的丰源

光氧化,就是作物受到阳光中紫外线的影响,特别是在强光照、温度不匹配的情况下,会使DNA过氧化受损,产生早衰老化的现象,即光能产生的负效,光合作用和代谢能力大幅度降低,使作物不能正常生长,后期叶茎非缺肥的过早生理性枯黄衰老,根系也过早衰亡,严重影响产量、果实的饱满度和品质。而高抗光氧化则不仅能使部分高效能短波光得到充分利用,且植物能适应一定的过氧化环境,且过氧化物对寄生的病原菌和入侵的病原菌都会有明显的抑制、杀伤和杀灭作用。


4. 双向自调控抗自然逆境

现存作物耐旱就不耐涝,耐涝就不耐旱,喜凉就不耐热,喜热就不耐冷。双向自调控,就是作物自身适应调整对外界相悖的环境能力,同时可提高耐旱耐涝、耐冷耐热等。生理上调整、控制、平衡营养生长和生殖生长,以果控制高产,且减小果树大小年。特殊情况还可打破基因控制程序生长。


5. 可控超敏应激防治病虫

在叶稻瘟病快速治疗中24~36小时可见明显的超敏现象,4~5天死亡褐变病斑出现可逆性,小病斑消除。

在马铃薯病毒、类病毒病害发病50%,并已致部分生长点死亡的治疗中,三至五天可见病症消除,并且发现超敏反应治玉米大斑病对病菌的抑制作用,只在活体叶片中有效,在离体叶片中则无效。桃树杆腐病治疗后原大面积腐烂部位可重新自行生长愈合。对已患猝倒病倒地不久的瓜苗,治疗一至两天瓜苗还能重新直起正常生长。


信息来源:中国生物技术信息网

http://www.biotech.org.cn/information/124456

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