科學通報 | 綠色高效農業，如何“種”出中國飯碗的未來？

當我們端起一碗米飯，很少會停下來想一想——從一粒種子到萬頃良田，從實驗室里的一段基因序列到餐桌上的一口安心飲食，這背后究竟是什么在默默支撐？在全球氣候變化加劇、人口持續增長、糧食安全與營養健康需求日益提升的今天，發展資源節約、環境友好、產出高效、產品安全的綠色高效農業，已經成為保障國家糧食安全、推動農業可持續發展的核心路徑。

近日，北京科技大學魏珣教授、萬向元教授在《科學通報》生物與信息技術賦能現代農業綠色發展專輯發表了題為“綠色高效農業發展的規劃路徑與科技支撐”的綜述文章。文章基于2025年8月在哈爾濱召開的第二屆全國作物雜種優勢與生物育種學術大會上15位院士的前沿報告，系統梳理了我國在生物育種、智慧農業、綠色生產與功能農業等關鍵領域的最新進展，并提出以“生物技術+信息技術+綠色技術”深度融合為核心、培育農業新質生產力的現代農業體系發展框架。

生物育種：構筑種業的核心芯片

作物育種是農業生產的源頭與基石。當前，我國正推動育種研究從傳統的表型選擇、經驗雜交，向基于多組學解析與人工智能預測的智能設計育種轉變。

在水稻上，利用秈粳亞種間強大的雜種優勢是短期內實現產量躍升的最有效途徑。隨著S5、qHMS7等關鍵基因的克隆，以及“毒藥-解毒”自私基因系統驅動生殖隔離機制的揭示，長期制約雜種優勢利用的秈粳雜交不育難題正被逐步破解，一批高產優質秈粳雜交稻已實現大面積應用。此外，科學家解析了GRF4這一植物生長與碳-氮代謝平衡之間協調中樞，打破了高產與氮高效之間的“負相關魔咒”，培育出低投入、高產出的品種，為可持續農業提供了綠色高效品種解決方案。

在棉花、果樹、蔬菜等經濟作物上，“基因組+基因編輯”精準育種體系日趨成熟：我國棉花育種編輯效率已達87.8%，育種周期縮短2~4年；通過合成生物學策略，科學家甚至創制出富含蝦青素的工程棉花，讓棉花從“白色纖維經濟”邁向“紅色生物工廠”。

智慧農業：為全產業鏈裝上智慧大腦

數字技術正在深刻重塑農業的每一個環節。借助田間機器人、無人機遙感、高通量表型平臺等多尺度技術體系，海量表型數據與基因組、環境組數據結合，可將育種周期縮短30%~50%。自動巡航雜交授粉的智能育種機器人、全基因組親本智能耦合表型預測模型等，正讓“從基因型到表型”的最后一公里加速打通。

在植保領域，理念也正從“以消滅病蟲為中心”升級為“以維護植物生態系統健康為中心”，通過基于“天空地”一體化傳感與AI圖像識別實現實時預警，無人機變量精準施藥，把化學投入與生態代價降到最低。

綠色生產：筑牢大面積單產提升的田間防線

好種子的遺傳潛力，最終要在大田里變成現實產量。基于湖南生產實際集成的八項“良種良法”配套技術，在屈原管理區核心示范片實現增產20%~50%，農藥、化肥分別減施29.7%和17.4%，為全國糧食大面積單產提升提供了可復制的范本。與此同時，環吡氟草酮等自主知識產權綠色農藥推廣超7000萬畝、減少除草劑用量30%以上，稻油輪作、秸稈還田等生態農作制度持續提升耕地質量，讓“藏糧于地”落到實處。

交叉融合：不斷拓展的農業邊界

農業的功能邊界正在拓展。通過定向改良，科學家已創制出高EGCG、高茶氨酸的功能型茶樹品種，顯著提升農產品的健康價值。而mRNA疫苗技術的突破、“社會疫苗”（科學傳播）概念的提出也提示我們：農業同樣需要布局顛覆性技術，并同步加強公眾溝通，化解“卡腦子”的認知與信任問題。

未來挑戰與展望

文章也清楚地指出，邁向未來，農業仍有四道關口要過：源頭創新仍顯不足，前沿交叉領域與農業的融合剛剛起步；數據生態碎片化，智慧育種平臺與產業需求尚有差距；技術集成在“大國小農”國情下對小農戶的適配性有待加強；以及橫亙在實驗室成果與產業化之間的“死亡谷”，呼喚新型組織與資本機制。

從一粒種子到一片田野，從一項技術到一個體系——以生物技術筑牢農業潛能根基，以信息技術賦能農業精準決策，以綠色技術保障高效農業落地，三者深度融合、全鏈條貫通，正是我國把飯碗牢牢端在自己手中的底氣所在。我們完全有能力、有信心端穩端牢“中國飯碗”，并為應對全球糧食安全挑戰貢獻中國智慧與方案。

北京科技大學魏珣教授為文章第一作者，萬向元教授為通訊作者。文章受到國家重點研發專項項目（2022YFF1003500、2022YFF1100501）的資助。

文章信息

魏珣，萬向元. 綠色高效農業發展的規劃路徑與科技支撐. 科學通報, 2026, 71 (20): 4666-4673.

《科學通報》是中國科學院主管、中國科學院和國家自然科學基金委員會共同主辦的綜合性中文學術期刊，致力于快速報道自然科學各學科基礎理論和應用研究的最新研究動態、消息、進展, 點評研究動態和學科發展趨勢。

• 旬刊，每10天出版1期；

• 欄目：進展、評述、快訊、論文、觀點、科技前沿、科學訪談、亮點述評、悅讀科學等；

• 《新銳期刊分區表》 綜合性大類1區TOP期刊；

• 中國科技期刊卓越行動計劃領軍期刊；

• 《中國科技論文與引文數據庫》和《中國科學引文數據庫》的源期刊，同時被EI、ESCI和Scopus等收錄；

• 期刊官網：http://csb.scichina.com.

轉載、投稿請留言

| 關注科學通報 | 了解科學前沿