近日，中國農業科學院作物科學研究所作物光合生理調控創新研究組首次提出整合理想株型（Architectype）和最佳生理型（Physiotype）的作物協同優化新策略，闡述了通過多學科交叉融合的精準育種技術內涵，為開啟作物下一次綠色革命奠定了理論基礎。相關研究結果發表在《生物技術趨勢（Trends in Biotechnology）》。
近年來，由于氣候變化、資源短缺及農業管理滯后等因素的影響，全球主要作物產量增速放緩，部分地區甚至連續減產。同時，傳統高投入農業模式帶來的氮肥過量施用，也引發了土壤退化、水體污染等生態問題。因此，如何在資源有限的前提下實現作物高產穩產，成為當今農業面臨的關鍵挑戰之一。
研究圍繞水稻、小麥、玉米和大豆四大主糧作物，系統闡述了適應現代高密度種植與資源限制條件下的理想株型特征。研究發現，單一的株型結構改良尚不足以支撐未來農業的高產與可持續發展，進一步提出了通過調控關鍵代謝路徑與生理機制，系統提升光合效率、營養利用效率及逆境適應性的“最佳生理型”概念，并強調作物“可塑性”在實現穩產高產中的關鍵作用。同時，研究還結合作物育種“智能化”發展現狀，提出系統聚合多個優異生理機制相關基因，協同提升作物形態與功能的“生理聚合”新策略。
研究提出，啟動“作物種質資源泛基因組計劃”和“作物表型組計劃”。通過整合系統生物學、人工智能輔助設計、基因編輯等前沿技術，結合精準農業管理措施，有望在不顯著增加資源投入的前提下，實現作物產量和資源利用效率協同提高20%-30%的戰略目標，為保障全球糧食安全和推動農業可持續發展提供有力支撐。
該研究得到了國家自然科學基金、科技創新2030重大項目、作物基因資源與育種全國重點實驗室、中國農業科學院科技創新工程等項目的資助。（通訊員：田浩園）
文章鏈接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0167779925001295
