近日，中国农业科学院作物科学研究所作物光合生理调控创新研究组首次提出整合理想株型（Architectype）和最佳生理型（Physiotype）的作物协同优化新策略，阐述了通过多学科交叉融合的精准育种技术内涵，为开启作物下一次绿色革命奠定了理论基础。相关研究结果发表在《生物技术趋势（Trends in Biotechnology）》。
近年来，由于气候变化、资源短缺及农业管理滞后等因素的影响，全球主要作物产量增速放缓，部分地区甚至连续减产。同时，传统高投入农业模式带来的氮肥过量施用，也引发了土壤退化、水体污染等生态问题。因此，如何在资源有限的前提下实现作物高产稳产，成为当今农业面临的关键挑战之一。
研究围绕水稻、小麦、玉米和大豆四大主粮作物，系统阐述了适应现代高密度种植与资源限制条件下的理想株型特征。研究发现，单一的株型结构改良尚不足以支撑未来农业的高产与可持续发展，进一步提出了通过调控关键代谢路径与生理机制，系统提升光合效率、营养利用效率及逆境适应性的“最佳生理型”概念，并强调作物“可塑性”在实现稳产高产中的关键作用。同时，研究还结合作物育种“智能化”发展现状，提出系统聚合多个优异生理机制相关基因，协同提升作物形态与功能的“生理聚合”新策略。
研究提出，启动“作物种质资源泛基因组计划”和“作物表型组计划”。通过整合系统生物学、人工智能辅助设计、基因编辑等前沿技术，结合精准农业管理措施，有望在不显著增加资源投入的前提下，实现作物产量和资源利用效率协同提高20%-30%的战略目标，为保障全球粮食安全和推动农业可持续发展提供有力支撑。
该研究得到了国家自然科学基金、科技创新2030重大项目、作物基因资源与育种全国重点实验室、中国农业科学院科技创新工程等项目的资助。（通讯员：田浩园）
文章链接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0167779925001295
