紐約時報：為了養(yǎng)活變熱的地球，科學(xué)家利用植物表型技術(shù)培育更加的作物

 近期，紐約時報報道了Robert Furbank博士（澳大利亞國立大學(xué)、澳大利亞研究委員會轉(zhuǎn)化光合作用中心主任）的研究工作。

澳大利亞國立大學(xué)植物生長艙（Growth Capsule）中培育的小麥品種

由于氣候變化的影響，諸如溫度升高、干旱加劇、風和降雨模式改變都在威脅農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，從而使*都在面臨逐漸逼近的糧食短缺危機。

Furbank博士和他領(lǐng)導(dǎo)的科研中心與相關(guān)科學(xué)家合作，瞄準了一個大膽的糧食危機解決方案：讓作物更加地傳導(dǎo)光合作用。

作物生理學(xué)家估計，如果植物光合效率可以提高5%，那么大部分作物的產(chǎn)量可以提高20%。

這對養(yǎng)活不斷增長的人口會是一個非常大的幫助。據(jù)預(yù)測，到2050年，人口會從現(xiàn)在的75億增長到100億。而科學(xué)家估計作物產(chǎn)量要增長70%以上才能滿足需求。

回顧歷史，得益于一系列統(tǒng)稱為綠色革命的農(nóng)業(yè)革新，在1960-2010年間，糧食產(chǎn)量增長了175%。通過培育高產(chǎn)作物、改善氮肥的使用以及改良灌溉方式，農(nóng)業(yè)部門避免了世界人口快速增長可能造成的性饑荒。

然而，近些年來，綠色革命的技術(shù)逐漸達到了極限，作物產(chǎn)量已經(jīng)止步不前。據(jù)2014年糧農(nóng)組織報告，三大主要谷物，水稻、小麥和玉米的年產(chǎn)量增長率從1960-1990年的2.19-2.95%下降到1990-2010年的0.79-1.74%。同時，現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的負面影響開始顯現(xiàn)，比如溫室氣體排放、氮肥污染、土壤退化等。

除了保障耕種面積和維護生態(tài)環(huán)境，有效的措施就是開發(fā)利用優(yōu)良的作物品種和先進的栽培技術(shù)。因此，在未來的數(shù)十年間，科學(xué)家需要培育作物新品種。這些新品種要應(yīng)對更加嚴酷而變化莫測的環(huán)境條件，更少的資源——包括土地、水和肥料，同時還能獲得高產(chǎn)。

為了達到這一目的，農(nóng)業(yè)科學(xué)家們的科研工作也迫切需要更先進的技術(shù)和儀器來支持。與之相關(guān)的工作都需要對兩方面的技術(shù)支持：

• 對復(fù)雜的植物生長環(huán)境的監(jiān)測與控制，用以模擬各種不同的環(huán)境條件來研究植物的反應(yīng)；
• 大量植株的各種特征和性狀即表型（phenotyping）的鑒別與分析。

因此，現(xiàn)代植物表型研究與分析技術(shù)就應(yīng)運而生。Furbank博士在研究中就使用了PSI公司提供的植物生長艙（Growth Capsule）。

Furbank博士（左）在植物生長艙中檢查培養(yǎng)的小麥

Growth Capsule植物生長艙為集裝箱式設(shè)計，方便移動運輸，無需專門的溫室或?qū)嶒炇遥陕短焓褂?，多個單元可以拼疊在一起。每個單元可獨立調(diào)節(jié)環(huán)境條件，溫度、濕度、光照及CO₂調(diào)控并在線監(jiān)測顯示在觸摸屏上，可以在任何地點、任何環(huán)境條件下進行生態(tài)環(huán)境模擬實驗和植物培養(yǎng)。

同時，Furbank博士所屬的澳大利亞國立大學(xué)與澳大利亞聯(lián)邦科學(xué)與工業(yè)研究組織已經(jīng)與PSI公司合作建設(shè)了多套PlantScreen植物表型成像分析系統(tǒng)。

PlantScreen植物表型成像分析系統(tǒng)集植物自動傳送技術(shù)、智能LED光適應(yīng)與培養(yǎng)技術(shù)、自動澆灌稱重技術(shù)、FluorCam葉綠素熒光成像技術(shù)、光譜成像技術(shù)（包括RGB、VISIR高光譜成像、SWIR高光譜成像、LWIR紅外熱成像等）等，以及根窗技術(shù)全自動根系表型觀測，高通量、無損傷、全自動、實驗觀測分析植物形態(tài)結(jié)構(gòu)與生理功能形狀表型，成為表型組學(xué)與遺傳組學(xué)研究及遺傳育種機構(gòu)的重要平臺，如德國IPK（Leibniz Institute of Plant Genetics and Crop Plant Research）、美國橡樹嶺國家實驗室（Oak Ridge National Laboratory）、荷蘭生態(tài)表型研究中心（NPEC，Wageningen University & Research，Netherlands Plant Eco-phenotyping Centre）、德國BIOP（Institute of Biochemical Plant Pathology）、澳大利亞CSIRO（Commonwealth Industrial Research Organisation）、水稻研究所、杜邦先鋒良種公司、孟山都公司、美國合成基因公司等等。

Furbank博士已經(jīng)在澳大利亞和世界各地開展了一系列不同的實驗。他說：“我認為將會有不止一種技術(shù)解決方案。我們需要在許多戰(zhàn)線上采取一致行動。”

澳大利亞國立大學(xué)的相關(guān)研究成果（Salesse-Smith, 2018, Nature Plants）

紐約時報原文鏈接：To Feed a Hot Planet, They’re Making More Efficient Plants