科學(xué)通報(bào) | 綠色高效農(nóng)業(yè)，如何“種”出中國(guó)飯碗的未來(lái)？

當(dāng)我們端起一碗米飯，很少會(huì)停下來(lái)想一想——從一粒種子到萬(wàn)頃良田，從實(shí)驗(yàn)室里的一段基因序列到餐桌上的一口安心飲食，這背后究竟是什么在默默支撐？在全球氣候變化加劇、人口持續(xù)增長(zhǎng)、糧食安全與營(yíng)養(yǎng)健康需求日益提升的今天，發(fā)展資源節(jié)約、環(huán)境友好、產(chǎn)出高效、產(chǎn)品安全的綠色高效農(nóng)業(yè)，已經(jīng)成為保障國(guó)家糧食安全、推動(dòng)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的核心路徑。

近日，北京科技大學(xué)魏珣教授、萬(wàn)向元教授在《科學(xué)通報(bào)》生物與信息技術(shù)賦能現(xiàn)代農(nóng)業(yè)綠色發(fā)展專輯發(fā)表了題為“綠色高效農(nóng)業(yè)發(fā)展的規(guī)劃路徑與科技支撐”的綜述文章。文章基于2025年8月在哈爾濱召開的第二屆全國(guó)作物雜種優(yōu)勢(shì)與生物育種學(xué)術(shù)大會(huì)上15位院士的前沿報(bào)告，系統(tǒng)梳理了我國(guó)在生物育種、智慧農(nóng)業(yè)、綠色生產(chǎn)與功能農(nóng)業(yè)等關(guān)鍵領(lǐng)域的最新進(jìn)展，并提出以“生物技術(shù)+信息技術(shù)+綠色技術(shù)”深度融合為核心、培育農(nóng)業(yè)新質(zhì)生產(chǎn)力的現(xiàn)代農(nóng)業(yè)體系發(fā)展框架。

生物育種：構(gòu)筑種業(yè)的核心芯片

作物育種是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的源頭與基石。當(dāng)前，我國(guó)正推動(dòng)育種研究從傳統(tǒng)的表型選擇、經(jīng)驗(yàn)雜交，向基于多組學(xué)解析與人工智能預(yù)測(cè)的智能設(shè)計(jì)育種轉(zhuǎn)變。

在水稻上，利用秈粳亞種間強(qiáng)大的雜種優(yōu)勢(shì)是短期內(nèi)實(shí)現(xiàn)產(chǎn)量躍升的最有效途徑。隨著S5、qHMS7等關(guān)鍵基因的克隆，以及“毒藥-解毒”自私基因系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)生殖隔離機(jī)制的揭示，長(zhǎng)期制約雜種優(yōu)勢(shì)利用的秈粳雜交不育難題正被逐步破解，一批高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)秈粳雜交稻已實(shí)現(xiàn)大面積應(yīng)用。此外，科學(xué)家解析了GRF4這一植物生長(zhǎng)與碳-氮代謝平衡之間協(xié)調(diào)中樞，打破了高產(chǎn)與氮高效之間的“負(fù)相關(guān)魔咒”，培育出低投入、高產(chǎn)出的品種，為可持續(xù)農(nóng)業(yè)提供了綠色高效品種解決方案。

在棉花、果樹、蔬菜等經(jīng)濟(jì)作物上，“基因組+基因編輯”精準(zhǔn)育種體系日趨成熟：我國(guó)棉花育種編輯效率已達(dá)87.8%，育種周期縮短2~4年；通過(guò)合成生物學(xué)策略，科學(xué)家甚至創(chuàng)制出富含蝦青素的工程棉花，讓棉花從“白色纖維經(jīng)濟(jì)”邁向“紅色生物工廠”。

智慧農(nóng)業(yè)：為全產(chǎn)業(yè)鏈裝上智慧大腦

數(shù)字技術(shù)正在深刻重塑農(nóng)業(yè)的每一個(gè)環(huán)節(jié)。借助田間機(jī)器人、無(wú)人機(jī)遙感、高通量表型平臺(tái)等多尺度技術(shù)體系，海量表型數(shù)據(jù)與基因組、環(huán)境組數(shù)據(jù)結(jié)合，可將育種周期縮短30%~50%。自動(dòng)巡航雜交授粉的智能育種機(jī)器人、全基因組親本智能耦合表型預(yù)測(cè)模型等，正讓“從基因型到表型”的最后一公里加速打通。

在植保領(lǐng)域，理念也正從“以消滅病蟲為中心”升級(jí)為“以維護(hù)植物生態(tài)系統(tǒng)健康為中心”，通過(guò)基于“天空地”一體化傳感與AI圖像識(shí)別實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)預(yù)警，無(wú)人機(jī)變量精準(zhǔn)施藥，把化學(xué)投入與生態(tài)代價(jià)降到最低。

綠色生產(chǎn)：筑牢大面積單產(chǎn)提升的田間防線

好種子的遺傳潛力，最終要在大田里變成現(xiàn)實(shí)產(chǎn)量。基于湖南生產(chǎn)實(shí)際集成的八項(xiàng)“良種良法”配套技術(shù)，在屈原管理區(qū)核心示范片實(shí)現(xiàn)增產(chǎn)20%~50%，農(nóng)藥、化肥分別減施29.7%和17.4%，為全國(guó)糧食大面積單產(chǎn)提升提供了可復(fù)制的范本。與此同時(shí)，環(huán)吡氟草酮等自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)綠色農(nóng)藥推廣超7000萬(wàn)畝、減少除草劑用量30%以上，稻油輪作、秸稈還田等生態(tài)農(nóng)作制度持續(xù)提升耕地質(zhì)量，讓“藏糧于地”落到實(shí)處。

交叉融合：不斷拓展的農(nóng)業(yè)邊界

農(nóng)業(yè)的功能邊界正在拓展。通過(guò)定向改良，科學(xué)家已創(chuàng)制出高EGCG、高茶氨酸的功能型茶樹品種，顯著提升農(nóng)產(chǎn)品的健康價(jià)值。而mRNA疫苗技術(shù)的突破、“社會(huì)疫苗”（科學(xué)傳播）概念的提出也提示我們：農(nóng)業(yè)同樣需要布局顛覆性技術(shù)，并同步加強(qiáng)公眾溝通，化解“卡腦子”的認(rèn)知與信任問題。

未來(lái)挑戰(zhàn)與展望

文章也清楚地指出，邁向未來(lái)，農(nóng)業(yè)仍有四道關(guān)口要過(guò)：源頭創(chuàng)新仍顯不足，前沿交叉領(lǐng)域與農(nóng)業(yè)的融合剛剛起步；數(shù)據(jù)生態(tài)碎片化，智慧育種平臺(tái)與產(chǎn)業(yè)需求尚有差距；技術(shù)集成在“大國(guó)小農(nóng)”國(guó)情下對(duì)小農(nóng)戶的適配性有待加強(qiáng)；以及橫亙?cè)趯?shí)驗(yàn)室成果與產(chǎn)業(yè)化之間的“死亡谷”，呼喚新型組織與資本機(jī)制。

從一粒種子到一片田野，從一項(xiàng)技術(shù)到一個(gè)體系——以生物技術(shù)筑牢農(nóng)業(yè)潛能根基，以信息技術(shù)賦能農(nóng)業(yè)精準(zhǔn)決策，以綠色技術(shù)保障高效農(nóng)業(yè)落地，三者深度融合、全鏈條貫通，正是我國(guó)把飯碗牢牢端在自己手中的底氣所在。我們完全有能力、有信心端穩(wěn)端牢“中國(guó)飯碗”，并為應(yīng)對(duì)全球糧食安全挑戰(zhàn)貢獻(xiàn)中國(guó)智慧與方案。

北京科技大學(xué)魏珣教授為文章第一作者，萬(wàn)向元教授為通訊作者。文章受到國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)專項(xiàng)項(xiàng)目（2022YFF1003500、2022YFF1100501）的資助。

文章信息

魏珣，萬(wàn)向元. 綠色高效農(nóng)業(yè)發(fā)展的規(guī)劃路徑與科技支撐. 科學(xué)通報(bào), 2026, 71 (20): 4666-4673.

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