主糧之首——水稻

水稻位列我國三大主糧之首，是重要的糧食作物之一。

自20世紀(jì)50年代以來，考古學(xué)家在我國長江流域出土的部分新石器時代遺址中陸續(xù)發(fā)現(xiàn)了水稻遺存，其中河姆渡遺址出土的距今約7000年的水稻更是吸引了全世界的目光。

水稻從植物學(xué)角度可分為兩個亞種，即粳稻和秈稻。水稻所結(jié)子實(shí)即稻谷，碾去米糠層即可得到大米。稻谷除可食用外，還可以作為釀酒、制糖的原料，稻殼和稻稈則可作為牲畜的飼料。

我國是世界上第一個成功研發(fā)和推廣雜交水稻的國家。目前，我國雜交水稻的種植面積約2.55億畝，占全國水稻種植總面積的一半以上。袁隆平是我國雜交水稻事業(yè)的開創(chuàng)者和領(lǐng)導(dǎo)者，為我國糧食安全、農(nóng)業(yè)科學(xué)發(fā)展、世界糧食供給做出了杰出貢獻(xiàn)，被譽(yù)為“雜交水稻之父”。雜交水稻技術(shù)也被聯(lián)合國糧農(nóng)組織列為解決發(fā)展中國家糧食短缺問題的首選技術(shù)，是中國科技領(lǐng)域自主創(chuàng)新的標(biāo)志性成就。

圖1 水稻（圖/新華社 許暢 攝)

確保糧食安全還需堅(jiān)守耕地紅線，聚焦以科技提升耕地畝產(chǎn)量上。我國現(xiàn)有的15億畝鹽堿地是未來極為重要的后備耕地資源，目前全國已簽約600萬畝鹽堿地改造項(xiàng)目，正式啟動了海水稻的產(chǎn)業(yè)化推廣和商業(yè)化運(yùn)營，擬用8～10年時間實(shí)現(xiàn)億畝荒灘變良田的目標(biāo)。

此外，我國科學(xué)家已成功破譯控制水稻種子活力的“遺傳密碼”，這項(xiàng)研究揭示了活性氧清除途徑改善水稻種子活力的新機(jī)制，為進(jìn)一步改良作物相關(guān)農(nóng)藝性狀提供了有用的靶標(biāo)。同時，我國已成功實(shí)現(xiàn)在植物工廠環(huán)境下水稻種植60天左右收獲的重要突破，將傳統(tǒng)種植環(huán)境下120天以上的水稻生長周期縮短了一半，為加速作物育種提供了新的技術(shù)途徑。

現(xiàn)代化水稻種植技術(shù)也是保證水稻產(chǎn)量的關(guān)鍵所在，我國領(lǐng)先的水稻種植技術(shù)體現(xiàn)在水稻機(jī)械直播和機(jī)械化育插秧技術(shù)的發(fā)展與創(chuàng)新上。水稻直播技術(shù)中，機(jī)械噴播、機(jī)械精量濕潤直播、機(jī)械旱直播和無人機(jī)直播等不同類型的直播技術(shù)，突破了地形地貌限制。在機(jī)插秧技術(shù)中，疊盤育秧和精準(zhǔn)稀播技術(shù)降低了雜交稻機(jī)插育秧的用種量，滿足了雜交稻機(jī)插秧稀播少本稀植的需求。在水稻側(cè)深施肥技術(shù)方面，實(shí)現(xiàn)了肥料定位深施，提高了肥料利用率?！安鍑娡健狈忾]除草技術(shù)解決了規(guī)?；痉N植帶來的除草難題等。

分布最廣——小麥

我國栽種小麥的歷史可追溯到4000年前，位于新疆孔雀河流域發(fā)現(xiàn)的公元前3千紀(jì)的無殼六倍體的普通小麥遺存是目前東亞地區(qū)早期小麥標(biāo)本遺存。漢代以后，小麥由北向南普及種植，中原大地也隨之開啟了“農(nóng)耕文明”。

小麥?zhǔn)鞘澜缟戏植甲顝V的糧食作物，是小麥屬植物的統(tǒng)稱。小麥的穎果是人類的主食之一，將小麥研磨成面粉后可制作面包、饅頭、餅干、面條等食物，發(fā)酵后可制成酒類或生物質(zhì)燃料。

圖2 邯鄲市臨漳縣小麥測產(chǎn)迎豐收（圖/新華社 王曉 攝）

我國是世界上最大的小麥生產(chǎn)國和消費(fèi)國，中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院公布的一組數(shù)據(jù)顯示：我國小麥2020年播種面積較2011年減少2700萬畝，但產(chǎn)量卻增加了1300萬噸，這“一減一增”的背后正是科技力量的充分體現(xiàn)。

近年來，我國主要農(nóng)作物基因組學(xué)研究在深度解析基因組結(jié)構(gòu)變異、基因組演變規(guī)律及關(guān)鍵農(nóng)藝性狀基因克隆等基礎(chǔ)研究領(lǐng)域取得了一系列前瞻性、引領(lǐng)性、原創(chuàng)性重大突破。在小麥領(lǐng)域，完成了小麥染色體級別的D基因組精細(xì)圖譜的繪制，克隆出小麥太谷核不育基因和抗赤霉病基因，大幅度提高了小麥育種效率。

基因組編輯技術(shù)是創(chuàng)制突破性種質(zhì)資源、加速育種進(jìn)程的有效手段。我國小麥分子育種團(tuán)隊(duì)通過載體元件的優(yōu)化改造，研發(fā)了高效的小麥多基因多靶點(diǎn)編輯技術(shù)體系，標(biāo)志著我國小麥基因編輯效率達(dá)到國際領(lǐng)先水平。

近期，我國小麥多基因編輯技術(shù)育種研究再次取得突破，實(shí)現(xiàn)了冬小麥一代多個優(yōu)異等位基因聚合，并成功獲得無需引入外源基因的小麥新種質(zhì)。這一高效、通用的多基因編輯體系的建立，將有助于促進(jìn)小麥分子生物學(xué)研究和復(fù)雜性狀形成的解析，定向創(chuàng)制小麥新種質(zhì)，實(shí)現(xiàn)加速育種進(jìn)程，為小麥和其他多倍體農(nóng)作物開展多基因聚合育種提供了重要的技術(shù)支撐。

高產(chǎn)作物——玉米

玉米是我國生產(chǎn)面積最大的糧食作物，約占糧食種植總面積的35%，其產(chǎn)量接近全年糧食總產(chǎn)量的40%，對保障國家糧食安全具有舉足輕重的作用。

玉米起源于美洲，是全世界總產(chǎn)量最高的糧食作物之一。玉米與水稻、小麥等糧食作物相比，具有很強(qiáng)的耐旱性、耐寒性、耐貧瘠性，環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)。玉米中的維生素含量是稻米、小麥的5～10倍，富含的核黃素能保護(hù)眼睛，硒元素能抗氧化，膳食纖維能促進(jìn)人體的新陳代謝，等等。

2021年，我國糧食進(jìn)口量達(dá)16 454萬噸，其中玉米進(jìn)口量達(dá)到2835萬噸，同比增長152.2%。玉米有著較高的經(jīng)濟(jì)價值，也是畜牧業(yè)、養(yǎng)殖業(yè)、水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)等的重要飼料來源。2020年下半年以來，在市場和政策的推動之下，我國生豬養(yǎng)殖持續(xù)恢復(fù)，玉米飼料需求進(jìn)一步增加。

受品種、耕地、氣候、栽培技術(shù)、生產(chǎn)方式等綜合因素影響，我國玉米單產(chǎn)量較低。近年來，我國新培育了一批豐產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)、宜機(jī)收籽粒的玉米品種，在鮮食玉米和青貯玉米品種選育上成效顯著，進(jìn)一步呈現(xiàn)出專用化和多樣化的良好發(fā)展態(tài)勢。

在前沿基礎(chǔ)研究方面，我國科學(xué)家先后克隆解析了玉米產(chǎn)量、株型、抗病、耐旱等多個重要性狀的關(guān)鍵基因，取得了一系列創(chuàng)新成果，發(fā)表的高水平研究論文處于全球第一方陣。在現(xiàn)代育種技術(shù)研發(fā)方面，在單倍體育種、轉(zhuǎn)基因、基因編輯、全基因組選擇等領(lǐng)域某些關(guān)鍵技術(shù)有所突破，我國玉米育種的技術(shù)得到提升。

近日，我國研究團(tuán)隊(duì)在玉米中發(fā)現(xiàn)了負(fù)責(zé)核糖體核糖核酸加工的關(guān)鍵因子，如果玉米中缺乏這個因子，核糖體核糖核酸加工異常，核糖體的數(shù)目也大幅減少，種子的生長發(fā)育就會受到限制，蛋白質(zhì)的含量也因合成過程不完整而降低。

圖3 玉米豐收曬秋忙（圖/新華網(wǎng)）

烤玉米、玉米烙、玉米沙拉……這也許是你眼中玉米應(yīng)有的樣子。但作為一顆有“雄心”的玉米，它還在創(chuàng)造更多可能。用玉米中的淀粉提取的聚乳酸被稱為“玉米塑料”，可替代傳統(tǒng)石油基塑料和化纖等白色垃圾，對抗擊“白色污染”具有重要意義。

糧食“新貴”——馬鈴薯

我國馬鈴薯種植面積與產(chǎn)量均居世界首位，隨著我國“積極推進(jìn)馬鈴薯主食開發(fā)”這一戰(zhàn)略的推出，馬鈴薯成為我國繼水稻、小麥、玉米后的第四大主糧。

馬鈴薯有著“營養(yǎng)之王”的美譽(yù)，其膳食纖維含量是大米、小米和小麥粉的2～12倍，但熱量不及它們的70%，是名副其實(shí)的高纖維、低脂肪食物。此外，馬鈴薯中的鉀含量是香蕉的4倍，是精細(xì)大米的10～20倍，維生素B1含量是面條的5倍、米飯的10倍，維生素C的含量是蘋果的6倍。

我國現(xiàn)已開發(fā)300多種馬鈴薯主食產(chǎn)品，研發(fā)出新型多菌種復(fù)合發(fā)酵劑，有效改善了馬鈴薯主食產(chǎn)品的口感和風(fēng)味。新研發(fā)的馬鈴薯主食產(chǎn)品不僅在品種上不斷創(chuàng)新，加工工藝也不斷改進(jìn)。

馬鈴薯主要由水和淀粉組成，其特有的氣味主要是由醛、醇等小分子有機(jī)物形成。我國一研究團(tuán)隊(duì)利用生物反應(yīng)器將醛、醇等有機(jī)小分子加以利用，形成了獨(dú)特的氣味，這為研制馬鈴薯水、馬鈴薯果汁飲料奠定了基礎(chǔ)。

圖4 馬鈴薯成為農(nóng)民增收的“金疙瘩”（圖/新華網(wǎng)）