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【爆炒干货】最新国际农业资讯(1)

更新时间:2015-06-02

1、全植物生理表型分析软件

为了满足日益增长的人口对粮食的需求,则需要更多的抗性作物。在最近几年,转基因技术出现了突飞猛进的增长,抗性植物没有表现出明显的特点,并且需要昂贵和费时的筛选过程。

科研人员对此开发了一种高通量全植物生理表型分析的软件平台,采用筛选算法来测试每一个独特植物的抗旱性和耐盐性。该技术是经过现场验证的,并且成功地展示了几种植物的类型,结果已经发表在顶级学术期刊上。

 

2、3D灌溉

智能灌溉,施肥系统,通过计算机以及智能终端来进行控制的一整套解决方案。

通过3D灌溉系统,可以降低高达70%的水和肥料的使用,并且已被证明其能够提高作物的生产力!“该方法通过将液体表面张力仪结合最新的计算机供电设备和算法一起使用,因此就可以详细掌握一个植物到底需要多少水。不仅如此,利用该技术还可以有效控水的深度,确保只有植物的主根系统被水覆盖。这种方法可以减少高达70%的水和肥料的使用。在大多数情况下,它实际上提高了作物的生产力。

 

3、面粉粘度降低的小麦

发酵工业(威士忌、生物乙醇)和动物饲料行业对小麦谷粒有很大的市场需求。但是,来自目前的小麦栽培品种的面粉是粘性的(因为这些小麦栽培品质主要是为了人类食品而培育的)。粘性面粉对于发酵来说是不合需要的,因为它导致机械设备的额外清洁成本和停机时间。而在禽类饲料中,它导致粘滞的粪便,从而增加清洁成本。

现已发现,通过降低小麦中TaGT43_2、TaGT47_2或者TaGT61_1基因的表达,小麦面粉的含水提取物具有较低的粘度(图1)。

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在一些情况中,粘度接近理论最小值1(相对于水)。通过对胚乳组织中的这些特定基因进行RNA干扰(RNAi)实现降低的表达,结果降低了小麦谷粒中的阿拉伯木聚糖的数量和/或溶解性,从而导致面粉粘度的降低。在转基因小麦株系中,种子重量和发芽率没有受到影响。理论上,采用非基因修饰方法,通过搜索小麦的天然群体或者诱变群体中的TaGT43_2、TaGT47_2或者TaGT61_1基因的无功能的等位基因,也可实现相同的效应。

使用以这个方法开发出的新型小麦基因型,在小麦谷粒发酵行业中将能降低停机时间的成本并避免需要进行费用不菲的木聚糖酶处理,而在禽类养殖行业中则将能降低清洁成本。

 

4、改进肥料(氮)的效率

联合国粮农组织(2011-2012)估计全球每年使用1.4亿公吨肥料,并且估计其中15%可能从土壤流失掉(Sun等人1993)。如果不输入氮肥,估计目前全球人口中仅大约一半能获得充足的食品能量和蛋白质供应。

在英国,大约62%的农业用地位于硝酸盐脆弱区域,需要对污染控制和水质进行特别关注(ADAS 2011)。英国环境、食品与农村事务处(DEFRA)估计每年要花费2亿英镑的GDP用于弥补地下水硝酸盐污染所造成的损失。在欧盟,氮污染(包括肥料生产和低效使用导致的温室气体排放)的代价估计每年达2800亿英镑(IOC/UNESCO, IMO, FAO, UNDP, 2011)。

市售的硝化作用抑制剂有效时间短,价格高,而且不能够固定土壤中已经存在的硝酸盐库存。因此,市场上仍缺少简单且低成本的方法,用来改进农业的“环境表现”,提高正在使用的肥料的效率。

该方法基于将生物柴油副产品(BCP)掺入到土壤或者土壤改良剂中以减少硝酸盐的流失。在减少氮元素流失到环境中方面,BCP比通常使用的基质更加有效,即使将这些基质粉碎以图得到尽可能高的性能也是如此。

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这项技术的关键特征和有益效果包括:

有效地将氮元素固定在土壤中

当将BCP掺入土壤中时,施用一次就能防止99%以上的硝酸盐流失到水体中。

•在植物生长过程中控制氮元素的释放

将BCP与肥料一起施用一次,可以将肥料中的营养素部分地固定,然后可以以缓慢且稳定的速率释放硝酸盐。

•容易施用

BCP可以制成制剂使用,或者直接施用于土壤。将BCP施用于土壤表面上一次,就能有效地固定土壤中的硝酸盐。

•对许多土地用途都适用(农业用地/运动用地/园艺用地/休闲用地) 这项技术可应用于任何土壤类型(沙质土壤、淤泥质土壤、粘土土壤和肥土土壤),并且目前正在可耕作的种植系统(冬小麦-春大麦)中进行试验。当将BCP与氮肥共同施用于之前表现出缺氮的草坪时,实现了草坪地面的绿化。

•增加土壤有机物质,导致土壤结构改进,从而降低耕作成本

BCP增加根部区域中的土壤有机物质,无需进行物理性添加(有机物质在水溶液中递送到土壤空隙)。沙质土壤中土壤有机物质的增加可改进营养物交换能力和持水性。在粘土土壤中则可降低耕作成本。

•减少硝酸盐对地面水和地下水的环境污染

BCP的使用能显著改善流向地下蓄水层的水的品质,以及在土壤有机物质和活微生物生态方面显著改善土壤总体健康状况。

•低成本

这项技术基于使用生物柴油行业的副产品,该副产品按低价值应用的出售价格在每公吨0和70英镑之间。BCP通常还含有残余的钾元素,其内在肥料值最高达40公斤钾/公吨BCP。

•供应量大

在2010年,欧洲生物柴油委员会估计欧盟的生物柴油产量总计达960万公吨。欧洲的生物柴油产量占世界产量的大约一半。有报告指出,从2009年到2018年(指欧洲生物燃料技术平台)复合年均增长率(CAGR)为6%。目前认为,可供用作BCP的产品每年在200万至300百万公吨之间(2012年)。

 

5、耗时最长的农业科学实验

从事长期研究项目的科学家不仅要努力保持实验的完整性,还要尽力保证实验的相关性。安迪·麦克唐纳(Andy Macdonald)就是这种情况。2008年,他接手了一项农业实验,这是自1843年起就开始进行的一项研究:弄清楚矿物肥料和有机肥料对农作物产量的影响。

 

该项研究是由肥料大王约翰·劳斯(John Lawes)在其位于伦敦北部的洛桑庄园里发起的,实验测试了氮、磷、钾、钠、镁以及农家肥料对几种主要农作物产量的影响,研究的作物包括小麦、大麦、豆类和根块农作物。

 

现今在英国洛桑研究所(Rothamsted Research)负责“经典实验”的麦克唐纳说,“研究进行了二三十年之后,一些肥料的相对重要性就基本弄清楚了”。比如,氮肥的作用最大,其次是磷肥。因此,为了适应农业实践的需要,实验会定期更新,测试新的想法。例如在1968年,自从研究开展之时农民就在种植的长杆谷类作物,被更高产的短杆谷类作物所取代。研究证实,新品种需要更多的肥料,因为它们要从土壤中吸取额外的养分,所以农民不得不去适应这种改变。

 

“洛桑是长期农业研究的鼻祖,”美国密歇根州立大学凯洛格生物站(W. K. Kellogg Biological Station)的负责人菲尔·罗伯森(Phil Robertson)说,凯洛格生物站是密歇根州立大学设立的一个长期农业研究站点。罗伯森指出,具有连续性的数据资料是非常宝贵的。洛桑研究所不仅能够研究环境和生物的发展动态,例如土壤中的钙存储状况或者入侵物种的影响等,这些改变只有在较长的时间内才能明显地表现出来,与此同时,洛桑研究所也为一些短期的研究提供了平台,如土壤中硝酸盐的流失现象。

 

洛桑档案馆保存着自从实验开展以来收集的大约30万份植物和土壤样本。2003年,科学家从1843年收集的小麦样本中,提取到两种小麦病原体的DNA,揭示了工业二氧化硫的排放对哪种病原体的影响比较大。

 

让资助机构对这类长期研究项目保持兴趣并不太容易。洛桑研究所的研究经费来源包括政府拨款、捐赠以及劳斯在去世之前设立的信托基金。

 

“即使是在暂时没有突出研究成果的时期,投资者也必须致力于维护实验数据的连续性,”去年参与设立美国农业部长期农业生态系统研究网络(US Department of Agriculture’s Long Term Agro-Ecosystem Research network)的罗伯森说。麦克唐纳和他的团队为他们所做的工作感到自豪。“我经常会回想起约翰·劳斯,”麦克唐纳说,“为了确保实验能很好地传承给下一代,我深感责任重大。这些数据资料不是陈列在博物馆里的历史文物,而是当今科学界的组成部分。”

 

6、干式水培

原理: 干式水培适用于种植短周期生长作物,例如生菜、草药、花卉。在灌满营养液的培养池中,作物种植在漂浮板上的固定格上。这种设计使作物能够同时获得充足的水分、光照、营养、二氧化碳及氧气,同时能让作物自然生长,减少了人工劳力。

干式水培将作物的地上部分和地下部分进行了分离。地上部分能够获得充足的空气和光照,为作物提供了生长健康肥壮叶片所需的微环境。地下部分一直处于充足的水分与氧气的环境之下。

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消除土壤蔬菜对地面的永久性破坏,保证了土壤成分的可恢复性;避免了土传疾病的发生,如线虫病。为一些极端条件的地区提供了作物生长的可能,如空气充足的盐碱地,光照、空间充足的沙漠边缘地区等。

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