《表2 作物学研究中的7大机遇》

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《美国农业和食品领域2030科技突破计划及启示》

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作物是农业生产的基础，美国作为全球农业与食品体系大国，在作物学研究领域占据主导地位。近些年，虽然美国作物科学家仍具有顶尖研究水平，但是随着投入资金的减少，对于新技术的运用可能会逐渐落后。目前作物学研究主要面临三大问题：一是自然资源的滥用，如地下水正在逐渐耗尽，部分地区的土壤退化严重，导致生产力下降。二是全球气候变化加剧，极端气候频繁，过去10年中由于干旱时间延长、洪涝灾害频发导致美国农业面临生物和非生物的威胁。三是农业集约化、全球贸易加剧导致包括虫害和病害在内的生物威胁增加。科学家通过开发新的基因编辑系统、培育广适性品种、研究植物-微生物互作、优化作物生产系统、环境控制等方法来解决上述问题（见表2）。但是这些技术的运用仍然存在一定的困难，如虽然通过模式植物筛选定位了许多重要的功能基因，但是在具体农作物中其表型和等位变异的遗传基础相关知识仍然缺乏，为后续改良造成了不小阻碍；改善多物种转化效率的能力较低，以基因编辑技术影响最大，编辑后的植物组织转化为植物的效率过低，导致该方法的应用性价比极低[2]；劳动力、教育培训资金的缺乏使美国植物科学研究力量出现断层；基因变异与表型的联系不紧密。为保障全球粮食安全的重要农业大国地位，保证美国科学家能够继续引领尖端技术研究，委员会提出了3点建议[1]:(1）采用传统遗传学和基因编辑技术相结合的方法，引入目标性状，去除非目标性状；（2）建立易操作、高效率的遗传转化和再生技术体系；（3）利用传感器技术检测作物受到的胁迫和养分状况，同时结合纳米技术、合成生物学和宏基因组学技术培育作物新品种，更好地应对环境带来的挑战。