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【农业科技】未来六大农业科技方向 & 15项农业新技术

发布时间:2024/01/23 新闻中心 现代农业 浏览次数:866

 未来六大高科技农业发展方向

农业科技是农业发展的第一推动力。建国以来特别是改革开放以来,中国农业取得了长足的发展,其中农业科技发挥了巨大作用,未来的农业是真正的高科技行业。

01、分子农业

利用动植物分子遗传学和转基因等生物技术,大规模生产蛋白质、药物、疫苗等物质用于预防、治疗人类及动物疾病。由于分子农业是利用植物生产、提取类物质,便于操作和规模化生产,因而为农业工厂化发展奠定了科技基础。

分子农业已经成为当下农业发展的主流,除了利用转基因植物提取抗体外,还利用马铃薯、大豆、油菜、水稻等作物生产疫苗。分子农业的出现,使农业产业拓展到医药、卫生领域。

02、太空农业

包括利用空间站、高空气球携带搭载作物种子、微生物菌种等样品,在太空宇宙射线、高真空、微重力等特殊条件作用下,诱发染色体畸变,进而导致生物遗传性状的变异,快速有效地选育新品种的空间诱变育种。

03、超级型农业

超级方向一般有两种:

一是大。利用高新技术把大型动物的生长基因引入体形较小的动物体内,培育出个体粗壮的大型动物。另外,通过倍性育种,可以获得株高、茎粗、叶大的高产蔬菜或奇特的观赏植物。

一是小。培育精、优、小巧的微型动植物品种。其次是植物的矮化育种。

04、精准农业

由信息技术支持的根据空间变异,定位、定时、定量地实施一整套现代化农事操作技术与管理的系统,是信息技术与农业生产全面结合的一种新型农业。

05、蓝色农业

在水体中开展的海洋水产农牧化活动。所有在近岸浅海海域、潮间带以及潮上带室内外水池水槽内开展的虾、贝、藻、鱼类的养殖业都包括在内。

06、白色农业

是以蛋白质工程、细胞工程、酶工程为基础,以基因工程综合组建的工程农业。

白色农业生产环境高度洁净,生产过程不存在污染,其产品安全、无毒副作用,加之人们在工厂车间穿戴白色工作服帽从事劳动生产,故称之为“白色农业”。

传统的农业生产领域,正在不断迎来技术投入与科技创新,提升行业供应链环节的信息获取能力和交互速度,重构农业生产链条,实现农业生产效率的倍增。互联网时代的农业相比传统农业已经产生了巨大变化,农业生产不再主要仰赖人力。技术驱动农业,正一步步变成现实。

  15项即将改变世界的新农业技术

【感应器】可以实现农业生产过程的实时可追溯性,并且协助分析农作物、家畜和农业机械设备的状态。

【食物】可以直接受益于基因重组技术,或许有一天人类可以直接在试验室里生产出肉制品。

【自动化技术】也对农业有很大帮助,它可以通过大规模机器人和微型机器人对农作物进行工厂级检查和维护。

【工程技术】则包含各种与农业有关的新技术、新工具和经济新领域。其中最有趣的是合成生物技术,它可以通过高效重组单细胞生命来获得燃料,副产品还可用于有机化学和智能设备。

01、感应器

1、空气与土壤感应器:这些感应器可为自动化农业提供根本性增补,实时了解农林或水源的现状。2013年已在科研中实现,预计到2015年才能成为主流技术并普遍推广。

2、设备远程信息处理:让机械设备比如拖拉机在快要出现故障时提前向机械师发出警报。2013年已在科研中实现,预计到2016年才能成为主流技术,到2017年才能普遍推广。

3、家畜生物识别技术:整合GPS、RFID和生物识别技术的颈圈可以自动识别和实时传输关于家畜的重要信息。预计到2017年才能在科研中实现,到2020年才能成为主流技术并普遍推广。

4、农作物感应器:不管土地肥沃程度如何,都可以利用高分辨率农作物感应器检测出需要施肥的数量。光学感应器或无人机可以利用远红外线技术检测田里的农作物的健康状态。预计到2015年才能在科研中实现,到2018年才能成为主流技术,到2019年才能普遍推广。

5、基础设施状态感应器:可被用于监测建筑物、桥梁、工厂、农舍和其他基础设施的震动和材料状况。配合智能网络使用,这种感应器就能将关键信息反馈给相关的维护人员或机器人。预计到2021年才能在科研中实现,到2025年才能成为主流技术,到2027年才能普遍推广。

02、食物

6、基因食品:基因技术可以创造出全新的动物和植物食材,以更好地满足生物学和生理学的需求。基因食品与基因改良食品不同,它是彻底从无到有的创造。预计到2016年才能在科研中实现,到2021年才能成为主流技术,到2022年才能普遍推广。

7、培养肉:或被称为试管肉,它指的是并非来自活体动物的肉制品。目前已有不少科研项目正在进行培养肉的试验,但迄今为止还没有生产出能够供大众消费的培养肉。预计到2017年才能在科研中实现,到2024年才能成为主流技术,到2027年才能普遍推广。

03、自动化技术

8、变速收割控制:未来的收割控制技术是在现有的地理定位技术基础上发展而成,它可以通过减少重叠播种来节省种子、矿物质、肥料和除草剂。根据需要播种的土地的形状、生产力水平制定出具体的播种方案,然后就可以利用拖拉机或农业机器人在土地的不同位置因地制宜地进行播种。2013年已在科研中实现,预计到2014年才能成为主流技术,到2016年才能普遍推广。

9、快速迭代选择育种:这是下一代选择育种技术,它可以对育种的最终结果进行量化分析,然后从算法角度提供改良建议。预计到2014年才能在科研中实现,到2017年才能成为主流技术和普遍推广。

10、农业机器人:常被用于自动化农业生产比如收获、摘果、犁地、土壤养护、除草、耕种、灌溉等。预计到2018年才能在科研中实现,到2020年才能成为主流技术,到2021年才能普遍推广。

11、精细农业:根据对田间各种变化因素的监测结果对耕种进行管理。利用卫星图像和先进的感应器,农场主就可以优化耕种回报,同时还能节省大量的资源。进一步了解农作物的变异性、与地理位置有关的天气资料和精准的感应器可以改善自动化决策和完善耕种技术。预计到2019年才能在科研中实现,到2023年才能成为主流技术,到2024年才能普遍推广。

12、机械化农场群落:假设数十个甚至上百个农业机器人与成千上万个微小的感应器结合在一起,就能组成一个机械化农场群落,它可以在无需人工操作的情况下自动监测、预测、培育和从土地里提取农作物。预计到2023年才能在科研中实现,到2026年才能成为主流技术和普遍推广。

04、工程技术

13、封闭式生态系统:无需与外界进行物质交换的生态系统。从理论上来说,这种封闭式生态系统可以将废物转化为氧气、食物和水以维持系统内的生命体存活。这样的系统已经出现了,但是由于技术上的限制,那些封闭式生态系统的规模还比较小。预计到2015年才能在科研中实现,到2020年才能成为主流技术,到2021年才能普遍推广。

14、合成生物学:合成生物学涉及到利用标准化组件对生物学进行编程,就象如今的计算机利用标准化资源库进行编程一样。合成生物学将在现有的生物技术基础上进行大规模创新和拓展,最终目标是让人类能够设计、建造和修复各种技术支持的生物系统。2013年已在科研中实现,预计到2023年才能成为主流技术,到2024年才能普遍推广。

15、垂直农业:这是现代农业的自然发展方向之一。垂直农业可以在专用或多功能摩天大楼里种植植物或养动物。利用类似于温室的技术,垂直农业可以利用节能灯模拟自然光。垂直农业有很多的优势,包括全年种植农作物、不受天气影响、实现城市食物自给自足和降低运输成本。预计到2023年才能在科研中实现,到2027年才能成为主流技术和普遍推广。

近十年我国农业科技的30个标志性成就

党的十八大以来,我国农业科技取得了一系列重大突破,农业科技整体研发实力进入世界前列,在生物育种、土壤改良、畜禽水产养殖、植保与疫病防控、精准栽培、设施农业、农机装备、产后加工、质量安全、绿色发展等多个领域,涌现出一大批标志性成果,创新水平进入世界第一方阵。

1.水稻基因组学研究及应用国际领先

开创了水稻研究从传统遗传图谱向全基因组水平转变的先河,引领了水稻精准设计育种的新方向,攻克了水稻生产中产量与多个重要性状之间相互制约的世界性育种难题,突破了水稻超高产与高品质协同改良的理论和技术瓶颈,奠定了我国在水稻新品种创制理论和技术领域的国际领跑地位,是农业领域重大基础理论突破,具有世界性、革命性意义。

2.超级稻亩产突破1000公斤

全国水稻各科技创新团队,选育了多个亩产超过1000公斤的超级稻新品种,年均推广面积超过1.3亿亩,2018年“超优千号”品种在云南个旧再创超级杂交稻百亩示范片亩产1152.3公斤新高。超级稻的研发应用,成为农业科技自主创新、协同攻关的典范,为保障我国粮食安全发挥了重要作用。

3.水稻育种屡获重大新突破,育种水平又攀新高峰

创新两系法杂交水稻技术,建立了光温敏不育系的两系法杂种优势有效利用的新途径,实现了超级杂交稻超高产、米质优、抗性强的有机结合。提出超高产专用早稻育种理论与方法,并创制优质稻米新种质。培育了中嘉早17、龙粳31、五丰优T025等优质新品种,为确保口粮绝对安全提供了坚实的科技支撑。

4.寒地早粳稻优质高产多抗龙粳系列新品种国际领先

开创了寒地早粳稻育种的独特理论与技术体系,在优异种质材料创制、寒地早粳稻优质高产多抗新品种培育等方面,达到国际同类研究领先水平,在黑龙江省内外累计推广1.37亿亩。

5.节水抗旱稻—水稻遗传资源的创制保护和研究利用

节水抗旱稻是兼具水稻高产优质和旱稻节水抗旱特性,在高产水田种植,节水减排省工;在低畦易涝旱地种植,优化种植结构;在山改(坡、抛荒)地种植,拓展水稻种植面积。

6.我国首次鉴定玉米、水稻趋同选择的关键基因

鉴定了调控玉米穗行数的关键基因KRN2,发现了水稻同源基因OsKRN2与玉米KRN2功能和选择机制保守,创制了KRN2和OsKRN2基因功能敲除的新材料,玉米和水稻的产量可分别提高10%、8%,并且无负面影响。为作物育种提供了战略基因资源,为作物驯化的机理解析和未来作物育种奠定了重要理论基础,为从头驯化或再驯化创制新型作物提供有价值的信息。

7.玉米籽粒机收新品种及配套技术体系集成应用

攻克了宜机收品种选育、收获时籽粒破碎率高的产业技术难题,审定了一批优良新品种,提出了从病虫害防治到专用联合收获机械的综合解决方案,使我国玉米籽粒机收新品种推广面积从“十二五”末的零星起步,发展到2019年的2000多万亩,实现了育种目标和生产方式的变革。

8.转基因玉米、大豆新品种培育成功

目前已成功培育 11 个转基因抗虫耐除草剂玉米,3 个转基因耐除草剂大豆获得了生产应用安全证书。开辟了自主培育转基因抗虫耐除草剂玉米、耐除草剂大豆的道路,填补了国内空白,实现了转基因研发从追赶到跨越的重大转变,奠定了现代种业发展的坚实基础。

9.冬小麦节水新品种与配套技术集成应用

攻克了节水品种不优质、不增产的技术难题,实现了小麦“节水、省肥、简化、高产”四统一,5年累计推广1.1亿多亩,为破解华北地区水资源匮乏、地下水超采做出了重要贡献。

10.小麦—冰草远缘杂交,引领国际小麦遗传改良

突破小麦与冰草属间远缘杂交难题,丰富了育种抗源高产源和遗传多样性。创建了小麦多样化抗病优质基因资源创新和加速利用的“滚动式加代回交转育”方法,建立了分子标记辅助选择技术体系。突破了小麦耐热品种培育中的瓶颈问题,建立了小麦耐热资源创新和高效利用的技术体系。育成中麦895、农大1108、农大5181等一批优质高产小麦品种,在全国大面积推广。

11.破解小麦“癌症”的基因密码

我国首次从小麦近缘植物长穗偃麦草中克隆出抗赤霉病基因Fhb7,揭示其遗传和分子调控机理,为解决小麦赤霉病世界性难题找到了“金钥匙”,选育的新品种“山农48”,已通过审定并大面积推广种植。转录因子FgPacC介导小麦赤霉病菌适应寄主高铁环境的表观遗传新机制,研究结果有助于深入理解病原菌寄主适应性的分子机制,并为赤霉病防控新策略的制定提供理论基础。

12.单倍体育种高效育种技术体系国际领先

在国际上率先建立了小麦、番茄、油菜等双子叶植物单倍体诱导体系,创建了单倍体高效加倍技术,形成新的育种模式,利用该技术创制的中农大678和京农科728新品种已累计推广面积超过1亿亩。该成果与应用基础研究和育种实践紧密结合,创建了单倍体育种高效技术体系,具有重大的科学意义和应用价值。

13.油菜生产全程机械化取得重大进展

攻克了油菜生产从播种、田间管理到收获的机械化技术难点,创建了在全国油菜主产区可复制、可推广的高产高效生产模式,全国油菜耕种收综合机械化水平从2007年的不足20%提高到2018年的53.6%。

14.创制大豆油菜新品种

建立了广适高产大豆育种技术体系,培育出广适高产的中黄13、中豆63等优质大豆新品种,培育转基因大豆新种质中黄6106和DBN9904,创制了具有完全自主知识产权的高含油量、双低、高产、多抗、广适油菜新品种中油杂19、中油杂501 ,“华油杂62R” “华双5R” “华油杂5R”和“华油杂115R”具有高产高油抗倒抗根肿病的优异性状,结束油菜生产中无抗根肿病品种可用的被动局面,亩增收300—500元,显著促进了我国大豆油料育种技术提升和生产发展。

15.中国荷斯坦牛基因组选择分子育种技术体系的建立与应用

创建了具有自主知识产权的中国荷斯坦牛基因组选择分子育种技术体系,被农业农村部指定为我国荷斯坦青年公牛遗传评估的唯一方法,2012年起在全国推广使用,提高了种牛选择的可靠性,大幅度缩短了育种周期,加快了遗传进展,整体提升了我国奶牛育种水平。

16.乡村振兴路上“领头牛”——华西牛

历时43年的杂交改良和持续选育,我国成功培育出肉牛新品种“华西牛”,已经审定获得国家畜禽新品种证书,生产性能和综合品质与国外主要凭证性能持平。预计到2027年,年提供进站种公牛500头,主导品种核心种源进口替代率达80%,将大幅度降低核心种源的进口比例,实现核心种源自主可控。

17.自主培育白羽肉鸡肉鸭新品种,白羽肉禽“卡脖子”现象有效缓解

培育出我国首批白羽肉鸡新品种“广明2号”“圣泽901”“沃德188”,主要生产性能与国际主流品种基本持平,实现了我国白羽肉鸡种源“从0到1”的突破。创建了多项肉鸭育种新技术和肉鸭品系资源库,育成了“中畜草原白羽肉鸭”新品种(系)和“中新白羽肉鸭”新品种(系)以及抗基因3型鸭甲肝病毒的专门化品系,打破了樱桃谷鸭等国外品种对中国市场的垄断。

18.耐高温的栉孔扇贝“蓬莱红2号”

发明了新型高效全基因组标记筛查分型技术、高通量、多种类型分子标记通用的分型技术等系列技术,突破了水产生物全基因组育种分析的技术瓶颈,开发了贝类分子育种技术和具有完全知识产权的贝类遗传评估系统,育成多个高产抗逆新品种,经济效益显著,其中“蓬莱红2号”为水产领域第一个全基因组选育品种,引领了水产种业技术发展。

19.解析园艺作物遗传密码,引领蔬菜基因组学发展

破解了第一个蔬菜作物—黄瓜的基因组遗传密码,培育了‘蔬研’系列黄瓜品种,解析了马铃薯自交衰退的遗传基础,育成世界第一个二倍体马铃薯概念性品种“优薯1号”。先后绘制完成了黄瓜、番茄、西瓜、大白菜、甘蓝等蔬菜作物的全基因组序列图谱和变异图谱,带动我国蔬菜基因组学科进入国际领先行列。

20.我国实现橡胶树种源自主可控

突破了橡胶树次生体胚循环增殖技术,在国际上率先实现“热研7-33-97”等我国自主培育的橡胶树品种体胚苗规模化繁育。国内建成全球首个天然橡胶体胚苗规模化生产示范基地,年产能超100万株,为实现橡胶树种源自主可控,保障国家战略物资安全供给和促进产业高质量发展提供了科技支撑。

21. H7N9禽流感疫苗研发成功并大规模应用

禽流感疫苗研发创新团队在国际上率先研发出高效H5/H7二价禽流感灭活疫苗,阻断了H7N9病毒从动物向人类传播,是“从动物源头控制人兽共患传染病”的成功典范。

22.猪病毒性腹泻三联活疫苗研发成功并应用

攻克了3种猪腹泻病毒疫苗创制和生产中的世界性难题,实现了“一针防三病”的效果,该产品累计推广应用超过6000余万头母猪,为我国生猪产业健康发展做出了重要贡献。

23.草地贪夜蛾等迁飞性害虫防治技术取得突破

阐明了草地贪夜蛾生物学和发生规律,构建了实时监测预警技术体系,自主研发了生物农药苏云金芽胞杆菌工程菌G033A,创制我国第一例具有自主知识产权的基因工程微生物农药,打破了国外同类产品的垄断,田间防效达到85%以上。研发出新型种衣剂、造粒工艺和植保无人机施用技术,综合防治效果提升显著该技术体系已大面积示范应用,并由联合国粮农组织向全球推荐。

24.蔬菜基因组学研究利用国际领先

攻克了利用多组学研究作物复杂性状的重大难题,打通了从基因组到蔬菜新品种的技术通路,引领了国际蔬菜育种新方向,奠定了我国优良蔬菜品种培育的理论基础。

25.自主基因编辑工具突破种业核心关键技术

我国研发出具有自主知识产权的Cas12i、Cas12j两把“基因剪刀”,突破传统育种难以解决的遗传障碍,实现特定性状的精准改变,彻底颠覆农业生物遗传改良技术路径和选育效率,弥补了我国在基因编辑工具领域的技术空白,打破了国外对该项技术的垄断。

26. “梨树模式”开出了保护利用黑土地“良方”

“梨树模式”通过将废弃的秸秆还给土壤,可以保持永久性土壤覆盖、最低程度的土壤耕作以及植物物种多样化发展,实现兼顾黑土地保护与利用,提升了土壤的蓄水量,有效抑制了土壤的沙化问题出现,充分激活黑土地,提升黑土地的利用效率,提高粮食的产量。

27.构建“天空地”农业感知系统,服务国家粮食生产决策

构建了多源多尺度农作物遥感监测技术体系,创建天(遥感)空(航空)地(地面传感网)农业感知系统,长期服务于国家粮食生产宏观决策,并全球推广。突破了灾情信息星机地一体化快速获取、旱涝灾害动态解析和灾损评估等关键技术,建立了高精度、大尺度和短周期的旱涝灾害遥感监测系统,实现全国旱灾常规监测。

28.创建智能LED植物工厂技术体系,开拓未来农业发展新模式

针对植物工厂亟待突破的共性关键技术开展了植物LED节能光源、智能管控、作物品质调控与快速繁育等一系列研发工作,在光配方构建与LED光源创制、光-温耦合节能调温、光-营养协同调控、作物快速繁育技术等方面取得了重大突破,创建了我国自主知识产权的智能LED植物工厂技术体系,并在国内外广泛应用。

29.全球首艘10万吨级游弋式智慧养殖工船

“国信1号”养殖工船总长249.9米、排水量13万吨,养殖水体9万立方米,养殖密度是近岸网箱的4—6倍,养殖周期缩短1/3,可开展大黄鱼、石斑鱼、大西洋鲑鱼等名优鱼种养殖,年产量3700吨,向世界提供了深远海养殖的“中国方案”。

30.植物到动物的功能基因转移首获证实

经过20年追踪研究发现,“超级害虫”烟粉虱可以从寄主植物获得防御性基因功能,具有类似“以子之矛、攻子之盾”的能力,首次研究证实植物和动物之间存在功能性基因水平转移现象,揭示了昆虫如何利用水平转移基因来克服宿主的防御,为探索昆虫适应性进化规律开辟了新的视角,也为新一代靶标基因导向的烟粉虱田间精准绿色防控技术研发提供全新思路。

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