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                                              中科院近代物理所利用重離子技術培育甜高粱新品

                                              發布日期:2021-01-11


                                               重離子束照射農作物種子,會引起明顯的生物學效應,產生各種變異材料,通過多代篩選,最終培育出優質新品種。與利用宇宙射線的太空育種不同,重離子加速器誘變育種時離子能量等能夠人工調整,而且成本相對低廉。此外,重離子束照射后,種子的變異率一般要比自然變異率高1000倍以上,能夠產生自然界里從未見過的新類型。

                                              中國科學院近代物理研究所的科技人員,坐在先進的儀器前,操作神奇的機器,研究原子核等微觀世界,似乎與農業沾不上邊。但是近年來,近代物理所的科技人員立足于重離子輻照誘變技術,培育出甜高粱新品種,研發了一系列以甜高粱為原料的產品,建立了甜高粱循環經濟產業鏈。目前,甜高粱種植面積在省內已超過10萬畝,未來有可能為甘肅打造數百億元甚至千億元的產業鏈。


                                              如何體現科技是第一生產力,如何使科技創新成為經濟社會發展的重要推動力,這是全國各地、社會各界共同關注的話題。甘肅省科研機構、高等院校以及各級政府、各類企業,在科技創新、科技驅動方面也進行了積極探索和生動實踐。

                                               

                                              重離子與新種子

                                               

                                              近代物理所科技人員與甜高粱打交道,起初是為了研發可再生能源。2006年,中科院院士、近代物理所時任所長詹文龍提出,近代物理所要瞄準國家能源戰略需求,研發可再生生物質能源。于是,用植物制造燃料進入近代物理所科技人員的視野。美國和巴西這方面走在世界前列,用玉米制造的乙醇燃料已經可以替代汽油用于汽車動力。在中國,如果大量使用玉米制造乙醇,會影響國家糧食安全,近代物理所的科學家立志打通用非糧作物甜高粱制造乙醇的技術路線。

                                               

                                              甜高粱光合效率高,植株鮮生物產量高,每畝甜高粱能產6噸至10噸的秸稈,植株鮮生物量的產量是玉米和甘蔗的2倍多。甜高粱適應性強,抗旱、耐澇、耐鹽堿,是一種高效節水型作物,符合節水型農業的要求,尤其適合在甘肅種植。甜高粱植株粗壯高大,根系發達且容易變成腐殖質,種植甜高粱有利于開發沙荒地、鹽堿地、山坡地等邊際性土壤,不僅可以防風固沙,防止土壤的流失,而且可以改良邊際性土壤。

                                               

                                              甘肅水資源嚴重不足,全省沙荒地、鹽堿地、山坡地等邊際性土壤面積估計約為1000萬畝,為甜高粱大面積種植提供了廣闊空間。

                                               

                                              發展甜高粱產業,適應性強的優良品種是關鍵。由于我國的甜高粱種子主要依靠進口,近代物理所科技人員決定采用獨特的重離子誘變技術培育適宜西部環境的甜高粱新品種。近代物理所所長肖國青說:“很多人知道重離子可以治療癌癥,其實,重離子還可以育種?!?/span>

                                               

                                              所謂重離子誘變育種就是用重離子束照射甜高粱種子,使種子的遺傳物質DNA發生損傷,在DNA修復過程中形成突變,通過突變體穩定性測試培育出新的品種。2006年,近代物理所生物物理研究室主任李文建帶領科技人員用不同劑量的重離子束照射甜高粱種子,用照射后的種子進行小區試驗種植。到了甜高粱成熟時節,董喜存副研究員觀察發現,有一株甜高粱長勢茂盛,生育期縮短,抽穗提前,重離子誘變培育甜高粱新品種有了初步收獲。

                                               

                                              育種是個長期的過程??萍既藛T進行了穩定性測試、品種比較試驗、區域試驗和生產試驗。經過7年時間,近代物理所終于成功培育出早熟、優質、抗逆的甜高粱品種。2013年,重離子誘變選育的甜高粱品種通過了甘肅省品種審定委員會品種認定,被命名為“近甜1號”。

                                               

                                              新技術與新產品

                                               

                                              2013年,甜高粱種植在甘肅省取得突破性進展,推廣種植甜高粱面積超過了10萬畝,其中武威市5萬多畝,定西市5萬多畝。甜高粱一畝收獲后的鮮重平均超過6噸,其中最高畝產超過了10噸。在缺水的武威和定西,種植甜高粱每畝需水僅300立方米,不足玉米需水量的一半,單方水效益達到6.88元,遠高于玉米的1.67元,農民們嘗到了種植甜高粱的甜頭。除此之外,甜高粱耐鹽堿、抗旱、耐澇,可以生長在沙荒地、鹽堿地、山坡地等邊際性土壤里。

                                               

                                              對近代物理所科技人員來說,研發高產甜高粱最初目的是為了尋找可再生能源,用甜高粱汁制造乙醇。近代物理所生物物理研究室的微生物組科技人員完成了甜高粱汁生產乙醇的技術開發和示范,利用液體深層發酵技術得到了高純度乙醇。

                                               

                                              用甜高粱制造乙醇,從種子到生產技術,都得到了解決??墒沁@兩年,不利的局面出現了。買種子、地膜、肥料再加上用工,種一畝甜高粱成本需要700元,收割后壓榨、去汁、發酵、蒸餾,生產一噸乙醇需要成本8500元,而目前市場價格一噸乙醇只有7800元,國家對乙醇的補貼也在減少。這樁買賣有些不合算了。

                                               

                                              好在近代物理所科技人員早有準備。近代物理所科技人員從2007年開始就進行了多項研究。在研究用甜高粱制造乙醇技術的同時,微生物組王曙陽副研究員研發了甜高粱青貯復合微生物菌劑工藝技術及飼料生產技術,完成了青貯微生物復合菌劑在窖池發酵甜高粱飼料的評價,證實甜高粱是牛羊等的優質飼料。2013年,利用近代物理所研發的甜高粱青貯復合微生物菌劑生產了甜高粱青貯飼料50萬噸,支撐了當地養殖業的發展。

                                               

                                              除研發甜高粱在畜牧業的使用技術之外,科技人員還研發出用甜高粱汁生產酵母系列產品——人體免疫調節劑酵母β-葡聚糖、可清除人體自由基的酵母谷胱甘肽,以及用甜高粱汁生產氨基酸、果葡糖漿等產品,大大延伸了甜高粱的產業鏈。實踐證明,甜高粱汁還能替代玉米作為生物化工產業的優質原料,可以顯著降低成本,提高生產效益。

                                               

                                              新產業與新打算

                                               

                                              近代物理所的推廣種植情況表明,甜高粱產業極其適合在光照充裕、缺水、有大量鹽堿沙地的甘肅發展,是一種循環經濟產業,能使農民較快脫貧,值得更大范圍的試點和推廣。據估算,推廣種植100萬畝甜高粱可形成上百億元的產業,可為養殖業提供充足的優質飼料,提高草食畜承載能力,有效緩解水資源短缺,等效增加可用耕地,部分緩解耕地短缺狀況,還可為生物化工產業提供優質廉價的原料,綜合效益十分顯著。甜高粱循環經濟產業將極大推動地方經濟轉型和產業升級,形成一個現代農業發展新模式。

                                               

                                              在地方政府的大力支持下,2014年,甜高粱種植面積進一步擴大,種植基地主要分布在甘肅省的武威、定西、張掖以及新疆喀什等地。武威榮華集團在騰格里沙漠深處建成了甜高粱種植和配套養殖基地,目前,該集團養殖有奶牛1萬頭,將逐步擴大到4萬頭奶牛、2萬頭肉牛。

                                               

                                              近代物理所所長肖國青說,未來計劃在河西走廊布局上百萬畝甜高粱的試點推廣。目前正在爭取經費和政策支持,一方面加強科技投入繼續培育良種,研究大面積推廣后可能面對的病蟲害,評估對生態的影響;另一方面結合地方經濟特點發展相應產業,延伸甜高粱產業鏈,推動地方經濟發展。希望政府能夠出臺優惠政策鼓勵“企業牽頭+農戶”模式,形成產業鏈和市場。未來,甜高粱產業有望建成數百億元甚至千億元產值的產業鏈,對保障甘肅乃至全國的糧食安全、食品安全、帶動區域經濟發展、提高農民收入、改善生態環境具有十分重要的意義。

                                              鄭州市富鉑水處理設備公司自2010年始與中國科學院近代物理研究所合作,在離子加速器高純水、純水制備上多次合作,為沖洗超導腔盡一份力。



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