于菲菲：解锁角落地盘后劲的钥匙——高粱的多维价值

专题：2024年CC讲坛

　　由北京君和改进公益基金会、中国科学院大学学友会荟萃主理，主题为“和而不同，想想无界”的CC讲坛第63期演讲2024年12月14日在中国科学院大学（北京玉泉路校区）会堂举行。来自中国农业大学锻练于菲菲出席，并以《解锁角落地盘后劲的钥匙——高粱的多维价值》为题发扮演讲。

　　以下为演讲实录：

　　我是于菲菲，来自中国农业大学。我今天和大家共享的这个故事是《解锁角落地盘后劲的钥匙——高粱的多维价值》。

　　大家还谨记今天午饭吃了什么吗？咱们开国以来从啃玉米窝头到白面馒头，再到今天咱们饭桌上越来越丰盛的饭菜。标志着咱们的国度在发展，咱们的社会在发展，咱们的农业在发展。

　　说到吃，大家知谈咱们国度一年浮滥些许食粮吗？刚才刘志勇老诚聊到咱们换算为吨的话，咱们是浮滥快要7.8亿吨食粮。大家算一下咱们直爽有14亿东谈主口，也等于说咱们每个东谈主每年浮滥0.5吨食粮，也等于1000斤，换算到每一天咱们每天王人要浮滥三斤食粮。大家午餐的时辰是不是吃了一斤的馒头或者是一斤的米饭？对，有的一又友说是不不祥，除非你是大胃王。咱们简直需要这样多食粮吗？咱们这样多的食粮王人去那儿了呢？大家看一下咱们国度现时的通盘食品的消费结构。其实咱们从30年来浮滥的谷物应该是40年了，81年到现时，浮滥的谷物是减少了30%多，而咱们浮滥的肉蛋奶增多了300%~400%。也等于说咱们每天吃的馒头吃的米饭在减少，但是咱们每天要吃的肉，咱们浮滥的畜禽类在增多，大家心里可能就有谜底了。其实咱们的食粮50%也就一半以上王人用去饲喂畜生了，包括猪、羊等。也等于说咱们平直浮滥的食粮平直吃的食粮直爽是33%，也等于说咱们国度现时东谈主畜争粮的矛盾是曲常特出的。

　　咱们除了在耕地上要食粮，咱们还能怎样办？大家有莫得认为咱们这几年吃的牛牛羊肉增多了？对，因为这牛羊它不仅吃部分的籽粒，它还能吃什么？对，有一又友说是草。对，牛羊它是反刍动物，它不错诈欺这些草，诈欺植物的茎杆把它休养成牛肉，羊肉供到咱们的餐桌上。但是大家看一下咱们的草原，这是我的共事在内蒙拍的这张相片。如若有一又友去内蒙旅游，然后自驾去的话，从北京一齐向北，经过一齐上的草原，不错看到草原上有一个可刺眼的话，不错看到一丛丛的这种十分彰着的相比无际少量的草，这种草叫芨芨草，等于草原退化的这种象征。咱们由于过度放牧，咱们国度70%的草原王人靠近着这种退化的问题。咱们把19亿亩耕地，天然咱们的耕地红线是18亿亩，然后加上这40亿亩的草原，还不可自满咱们对肉蛋奶的需求。咱们还能用什么？咱们还能作念什么呢？

　　大家看这样一派地盘，这是雪吗？对，这不是雪。这是盐碱就盐碱地上析出来的盐碱。咱们有些许这样的地盘？咱们国度是有15亿亩这样的地盘，其中5亿亩是具有缔造诈欺潜能的。大家想想咱们有19亿亩的耕地，如若咱们再把这5亿亩的盐碱地给诈欺起来，对咱们的农业是一个多大的增长点。大家是不是又不错多吃点牛羊肉了？

　　咱们要去诈欺这些盐碱地，咱们怎样去用呢？其实有两个口头，一个等于以地适种。第二个等于以种适地。咱们闲居来说，一个等于改地，一个等于改种。我手脚一个斟酌植物学的东谈主来说，我能作念的等于去改种。咱们要去改种，也等于咱们就要去培育这些耐盐碱的作物。咱们就要了解植物它是怎样去耐盐碱的，咱们要知谈植物怎样去耐盐碱，是不是要了解一下泥土盐碱土是怎样回事？咱们看一下咱们国度的盐碱地，其实40%是盐地，60%是碱地。这个盐地它的富含的等于顾名想义它是中性盐，它包含氯化钠和硫酸钠。氯化钠大家应该王人是相比熟悉的，等于咱们平时食用盐的主要的因素。而碱地顾名想义也等于它含有碱性盐，它含有的是碳酸钠、碳酸氢钠。如若有一又友平时可爱作念饭会用到家里小苏打打，是以咱们碱地也叫苏打盐碱地。也等于如若咱们去培育这种耐盐碱的作物，咱们需要让它既耐盐又耐碱。咱们就看一下植物是怎样去耐盐，怎样去耐碱的。咱们最初看通过文件搜索，咱们就发现存6万多篇的著述在斟酌植物是怎样耐盐的，也等于说咱们对植物怎样耐盐，其实是斟酌的相比久了的。而看一下对于植物耐碱的著述独一2000多篇，证明咱们对耐碱其实是表现是曲常不及的，这可能亦然因为咱们过去也忽略了，咱们认为盐碱地里等于盐，是以大家王人去斟酌盐，咱们也斟酌出来了十分经典的一些表面。而碱咱们现时莫得一个十分说得出来的，或者是说公众科学家招供的表面，是以这一块简直等于一个0。

　　咱们看一下植物在盐地上在和碱地上孕育的时辰有什么区别？大家看一下这个图片，咱们知谈植物如若受到一种恐吓的话，无论是干旱照旧在这种高的盐的底下孕育的时辰，它会渐渐的变黄，然后再渐渐的萎蔫。但如若咱们把它放到碱土里边，咱们简直是看不到变黄的历程，平直叶片等于一种烧焦的气候，咱们在专科上就叫作念烧苗，是以碱对植物的这种毁伤要远深广于盐的这种损害。咱们粗拙的知谈，咱们碱贬责不祥产生一些活性氧，不祥影响植物的对养分的元素的招揽，但是这王人是一些相比浮浅的知晓。

　　咱们一方面是咱们独一现成的表面，我不错随沿着现成的表面去斟酌植物怎样耐盐，另一方面咱们是莫得任何的这种表面把柄去斟酌耐碱的，但是咱们照旧要去作念这种0~1的这种冲突，咱们要去斟酌植物怎样耐碱这个穷困。我其实博士期间是作念拟南芥的，拟南芥其实大家看它的高度现时其实是30~40厘米的这样一种小草，它是在欧洲大欧洲发现的一种小草。上个世等于近一个世纪以来，大家也曾把它斟酌成为一种十分红熟的这种模式植物，也等于说它的斟酌期间，它的斟酌口头也曾十分红熟。我博士期间就围绕它作念了好多的终结。我参预责任之后我就在想考，因为我渐渐的意志到国度对农业的醉心，我就在纠结，我是沿着一个我方熟悉的想法去作念，拟南芥照旧转向去作念作物，因为一方面我要去斟酌你来建，我就很快会出终结，我不错很快的去晋晋升我的职称。另一方面如若说我去作念高粱，期间是曲常不熟练的，我有可能作念好多年，很缺乏去跑到大田庐，但是莫得终结。我正纠结的时辰，因为我是博士毕业，留到了我博导的实验室参预了责任。有一天我的博士导师谢旗斟酌员就把我叫到办公室里，就说他很委婉，他说，“你能抽出一部分元气心灵往复作念高粱吗？”因为高粱其时实验室的通盘期间体系还不熟练，我心里一想我正纠结这事，然后我的老诚亦然在十分的火眼金睛，我想他既然问我了，我这条路细目是对的，我说：“我本心！”我就初始了高粱的斟酌。

　　高粱是什么？咱们怎样去斟酌？其实高粱它是发祥于非洲萨赫勒地区，撒哈拉大沙漠大家知谈吗？细目王人知谈。是以它发祥于这样的处所，它也被称为骆驼植物，是以它是曲常耐旱的。当由于这种沙漠里边的水分是一直在往外挥发，地下的盐分也渐渐的相聚到地盘名义，是以其实这个处所亦然曲常的耐盐碱性亦然曲常强的，是以高粱它就诞生在这种耐盐碱的处所，咱们开打趣说它打娘胎里它等于耐盐碱的。

　　咱们看一下高粱和咱们平时吃的主粮作物——小麦、水稻去相比一下，无论是耐盐方面照旧耐碱照旧耐pH方面，它王人是有十分十分好的耐力性。咱们来看一下这个图上，不错看到这个地盘上王人是白茫茫的盐碱。看咱们的高粱照旧长得十分的好，而且由于高粱它在非洲它是高非洲地区的主粮，是以因为非洲这个处所它的环境是曲常恶劣的，是以它保留了一些十分丰富的这种遗传变异。也就像刚才刘志勇老诚讲的一些在这种十分复杂的环境下，它的好多的基因它王人不错保留住来，而咱们的主粮作物在恒久的驯化历程当中，其实同质化是曲常严重的，是以这对于咱们来咱们斟酌亦然一个十分好的利好。那高粱它这样耐盐碱，咱们要去用它斟酌它有莫得什么经济价值，咱们去斟酌一个东西，咱们但愿临了能用能对咱们的东谈主民是成心益的，不祥咱们简直的孝顺于经济咱们的发展。其实高粱大家知谈，它其实是咱们国度是有这种悠久的白酒文化，其实咱们现时好多高粱的籽地王人去用往复酿酒，因为这个高粱它是酿酒当中必备的一个原料。咱们在斟酌历程当中，咱们就发现了一各样籽粒高粱的变种，叫甜高粱。这种高粱茎杆里含有丰富的糖，可能年长的一又友们小的时辰应该也王人吃过这种甜杆，等于这种甜高粱。甜高粱也不错跟玉米相同去作念青贮，然后去喂养牛羊，因为它茎杆里的糖分不错为牛羊提供好多的这种能量。大家看一下，我是1米67的个子，高粱直爽是有三米多高，但是莫得它还不错络续往上长。是以它尽头高，它的生物量很高，而且它还不错跟草相同去屡次刈割，像刚才说割韭菜是一茬一茬割，有的咱们甜高粱在海南亦然五六茬王人不错的。然后大家看一下迢遥是咱们莫得割过的，然后近处是咱们刈割一个月之后，它很快就能长到一米多，是以高粱被认为是世界上生物量最高的作物。

　　那高粱还有什么克己呢？大家知谈咱们一直在说咱们国度的双碳蓄意在国外上各方面，然后王人在说双碳蓄意，大家知谈咱们国度17%的温室气体是来自于畜牧业吗？包括牛羊的粪便，包括牛羊它平直呼出的排放出来的这种温室气体，还有咱们饲料坐蓐历程当中产生的。而且孝顺的最大的等于奶牛，65%，每头奶牛一天能产生200~400升的甲烷，而高粱当中含有一种十分心奇的物资叫单宁。大家有莫得吃过柿子就还莫得太熟练的时辰，一口咬下去就涩涩的。如若小一又友或者是相比小的一又友莫得吃过柿子，你有莫得吃过葡萄？葡萄籽不防备一咬亦然涩涩的嗅觉，那等于单宁在起作用。而高粱中它就含有这样的物资，这种物资不祥促进牛羊的胃肠蠕动，减少牛羊的饱读胀病，从而减少47%的甲烷的排放，是以甜高粱对咱们的环境亦然曲常友好的，咱们要用什么样的材料去找？

　　其实高粱从野生高粱驯化到咱们现时的栽培高粱，它在这历程当中产生了各式各样的材料，千千万万的材料。而且咱们知谈高粱中有3万多个基因，如若换算成核核苷酸的话，有7.3亿个核苷酸，咱们怎样样用这些材料从3万多个基因当中，从7亿多个核苷酸中寻找这种耐盐碱的密码。

　　咱们最初要作念的是咱们要去对咱们这些材料进行一个耐盐碱的评价，我其时就平直和我的中枢老诚说，咱们平直把材料去种到盐碱地上，咱们一看不就知谈了，我的博士导师说你知谈作念实验只可有一个变量吗？如若咱们把这些材料种到盐碱地上，你知谈盐碱地是曲常不均匀的吗？坑坑洼洼的就会导致他眼睑在不同的处所相聚的进度是不相同的。

　　你这样的话你的实验就有两个变量。一个等于不同进度的盐碱，一个等于你不同的材料，你得出来的终结到底是由这两个变量哪一个决定的呢？我忽然想起来，我导师从我入学的时辰就一直在强调，作念实验必须要有一个变量，经过讨久了的谈判之后，咱们决定回到这个实验室里，这亦然咱们十分擅长的。但是回到实验室里，咱们怎样从实验室里去模拟大田庐的这种环境或这种泥土？咱们最初去分析了一下盐碱土里边的因素。咱们刚才说盐碱土内部含有碳酸氢钠和碳酸钠。咱们于是用碳酸钠去向理，用碳酸氢钠贬责，但是咱们每次的终结王人不一致，十分恼东谈主，几百份材料每次上王人不一致。咱们自后又想，咱们其实作念实验的时辰有一种叫缓冲液，像PBS。它由磷酸二氢钠和磷酸氢二钠构成的，盐碱土里的碳酸氢钠和碳酸钠是不是也不错构成这种一种厚实的环境？然后咱们就去尝试了，咱们配了一个5：1的这样一个碳酸钠碳酸氢钠的一这种贬责条款，咱们谜底是咱们找到了这种厚实的条款。咱们把材料上上以后就不错看到有好多这种耐盐碱的，也有好多这种枯萎也曾很快就弃世的材料。咱们完成了通盘的300多份材料的表型的评价，咱们这些材料从世界各地网罗起来，然后咱们又去摸索这些条款去得到了这些表型跟它的遗传信息去进行了一个全基因组的关联。咱们终于挖掘到了主项耐盐碱的基因AT1，叫Alkali Tolerance 1。它是一个什么样的基因？

　　它其实编码G卵白γ亚基，G卵白γ亚基是什么？我十几年前这个去超市的话，我买的米基本上王人是圆粒的，现时再去超市看一下，有好多这种长粒米，而且大家王人认为这种长粒米等于不雅感尽头好，而且晶莹晶莹的，然后滋味也尽头好。其实这个基因在水稻当中的同源基因等于GS3，也等于舍弃咱们平时吃的圆粒米到长粒米滚动的一个基因，咱们知谈的基因是什么？然后咱们这个基因是从大数据里边挖掘出来的，它是不是简直有用，咱们一直在强调大数据，但是咱们大数据出来的东西到底可不可靠，咱们照旧需要用实验去考据。咱们用了不同的遗传学实验，咱们用了这种近等基因系的这种材料，它们的区别等于一个材料里有这种全程的AT1，一个材料里是有这种突变的，咱们定名为这种小at1。咱们一看到大AT1是耐盐碱的，小at1不耐盐碱咱们十分兴隆。我AT1然后匡助植物去耐盐碱了。关联词咱们接下来的遗传学实验，咱们通过基因剪辑的口头，用当代的这种基因剪辑的口头去敲除之后也等于变成了大AT1的这种突变，发现它尽头耐盐碱，就跟咱们的小at1是澈底相背的，而且比大AT1更为耐盐碱长势更好。咱们遗传学实验是这两个实验是互相矛盾的吗？现时咱们的学生其实也作念了三年多的实验了，周期是曲常长的，学生亦然来跟我说，“于老诚怎样办？”然后咱们用哪个数据，咱们信哪一个？学生的压力也十分大，我说，“咱们坐下来然后沿途分析一下。”咱们一分析就发现天然小at1它亦然一个突变的方式，但是它保留了一段卵白，它还能编码一段卵白，而且卵白愈加厚实。也等于说如若AT1是一个杀手的话，小at1等于一个大大的杀手。最终咱们通过进一步的通过基因剪辑的口头，把大AT1敲成东谈主为的敲这种小at1，发现小at1简直是不大严谨的，也等于说咱们的估计是对的。大AT1其实它是植物耐盐碱的一个杀手，咱们独一杀掉这个杀手，咱们智商取得这种耐盐碱的作物。咱们终于掀开了这个主效耐盐碱AT1的这个“藏粮密码”。它的机理是这样的，等于咱们的植物在耐盐在盐碱条款下，细胞内会累积活性氧。大家知谈活性氧对于咱们东谈主类的皮肤会变成恶臭，植物也相同，细胞内的活性氧大多累积过量的话，它就会变成一些毁伤，细胞就会弃世，进展到植物上植物就会弃世。而如若咱们把细胞内的杀手 AT1通过基因剪辑的方式剪切掉之后，咱们把杀手杀掉了，细胞内的累积的活性氧就不错有用的排出细胞细胞外，咱们的植物等于耐盐碱，咱们的产量就得到了提高。

　　咱们这项责任完成之后，其实投稿历程也相比转折，但最终咱们照旧被全球最巨擘的杂志继承了。咱们的终结被国外上招供了，咱们是曲常兴隆和粗犷的。对于培养斟酌生，我心里的石头亦然落下来了，天然心里的石头落下来了，但是咱们的表面还需要落到地面上，是以咱们又回到了田间，这是您在宁夏平罗盐碱地，咱们在莳植之前，大家看咱们莳植之后。咱们莫得编削过的材料，飞速地就出现了前边说的这种烧苗的表型，而咱们编削之后的材料绿油油的。而咱们临了测产量或是通盘生物量区分提高了20%和30%，也等于说咱们这个基因咱们这个表面是有用的。

　　咱们前边说水稻里边也有这样一个同源基因，咱们就想咱们的表面是不是不错延长到这些主粮作物当中。咱们就去和白城大安碱地实验站，这是咱们国度第一个碱地实验站，以及华中农业大学去联接去作念了这样一个田间实验。咱们不错看出咱们编削过的水稻在田间王人不错看出它的穗子千里甸甸的，要比咱们没编削过的穗子压下去的就是曲常的彰着。咱们通过测产发现也能提高产量，在盐碱地上提高产量约20%，是以它在水稻当中亦然有用的。我的博士导师谢老诚他在有一次就在这个作念实验，在咱们进行历程当中就和李家洋院士说了咱们终结，李院士就说咱们有一个水稻品种，但是咱们还不知谈它是耐盐碱的，咱们是不是不错去试一下，咱们就把中科发5号放到了大安盐碱站上，发现中科发5号简直是具有十分好的耐盐碱性。咱们 AT1的关联表面鼓励了中科发5号在东北盐碱地的大面积莳植。2023年中科发5号成为了世界履行面积前十大品种之一，咱们作念的表面不祥简直的鼓励产业的发展。对于咱们科学家来说，这是咱们最但愿看到的，亦然最令咱们沸腾的。小麦亦然一个十分报复的主粮作物，咱们也把它放到了小麦上边。咱们看一下咱们从昌平拖回归的正常的土，咱们无论编削和不编削的材料长的是相同的，它王人不错正常的着花结籽。而咱们从白城拖回归的盐碱土，咱们把它种上以后不错看出咱们没编削过的材料很快就长不起来了，而咱们的编削过之后的材料就不错很好的耐盐碱，咱们就不错收到小麦的种子，是以它在小麦当中亦然阐述功能的，咱们同的表面也适用于小麦的耐盐碱校正。

　　咱们这些责任取得了国度的中国科学十猛进展，咱们荣誉是国度予以咱们的荣誉，同期也鞭策咱们雕塑前行，也饱读吹咱们鞭策咱们络续向大天然寻找耐盐碱的谜底，将咱们的表面和咱们的坐蓐履行结合起来。咱们每个科学家其实王人有一个祈望，而我的祈望就莳植在咱们的盐碱地上，莳植在咱们的角落地盘上。我的祈望是但愿有一天大家在座的一又友们能吃上咱们盐碱地上莳植的高粱，饲喂出来的牛羊肉，不祥吃上咱们盐碱地上种的高粱，出来的优质含有优质纤维的高粱米，谢谢大家。咱们把盐碱地充分诈欺起来，也等于保护了咱们的耕地，也等于保护了咱们的草原，也就端稳了咱们国度的饭碗。谢谢大家。

　　新浪声明：通盘会议实录均为现场速记整理，未经演讲者审阅，新浪网登载此文出于传递更多信息之目的，并不虞味着赞同其不雅点或阐发其刻画。

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