点击右上角微信好友

朋友圈

请使用浏览器分享功能进行分享

正在阅读:基因编辑技术如何让水稻秸秆“变废为宝”?
首页> 科普频道> 三农科普> 基因故事 > 正文

基因编辑技术如何让水稻秸秆“变废为宝”?

来源:光明网2021-02-05 09:12

调查问题加载中,请稍候。
若长时间无响应,请刷新本页面

  出品:科普中国

  监制:中国作物学会 光明网科普事业部

  统筹:程维红 徐琴

  策划:宋雅娟 赵清建

  作者:张文娟 周子斌(华南农业大学硕士研究生)

     吴蔼民(华南农业大学教授 博士生导师)

  我国作为传统农业大国,自古以来有种植水稻的优良传统。唐代诗人李绅“春种一粒粟,秋收万颗子”描述了农民辛勤劳作后的丰收景象。宋代词人辛弃疾“稻花香里说丰年,听取蛙声一片”美丽田间跃然于纸上。

  水稻作为重要的粮食作物之一,每年产生将近3亿吨的秸秆,由于秸秆数量多,体积大,难以在短时间内及时处理,影响后茬作物播种,成为生产上的棘手问题。

  科学技术的快速发展,杂交水稻能让大家吃得饱,基因编辑技术则能提高秸秆的利用效率,能让水稻用得更好。

基因编辑技术如何让水稻秸秆“变废为宝”?

华南农业大学水稻试验田

  云水稻田空,造福亿万众

  水稻(学名:Oryza sativa)是草本稻属的一种,为一年生禾本科植物,单子叶,性喜温湿,成熟时约有1米高。水稻是稻属中作为粮食的最主要最悠久的一种,又称为亚洲型栽培稻。

  我国栽种水稻已有四千七百多年的历史,是世界上栽稻最古老的国家。我国的水稻分布区域可划分为6个稻作区域和16个亚区,稻区分布辽阔,南至海南岛,北至黑龙江省黑河地区,东至台湾省,西达新疆维吾尔自治区;低至海平面以下的东南沿海潮田,高达海拔2600米以上的云贵高原,均有水稻种植。水稻种植面积的90%以上分布在秦岭、 淮河以南地区,成都平原、长江中下游平原、珠江流域的河谷平原和三角洲地带是我国水稻主产区。

  水稻所结果实为大米,可作为粮食食用,是世界上三分之一人类的主食,还可以酿酒、制糖作为工业原料,还可以酿酒、制糖作工业原料,其稻壳可以作为牲畜饲料,其稻草可以做成粗麻绳、草席、草纸等。

基因编辑技术如何让水稻秸秆“变废为宝”?

我国的梯田美景(图片源自网络)

  水稻秸秆用处大,就地焚烧危害重

  到上个世纪九十年代以前,利用炉灶,水稻秸秆被收集作为稻区农村蒸煮、做饭加热等的主要资源;随着农村生活的改善、液化气的推广使用,炉灶基本退出了历史舞台,因而水稻秸秆使用面临新的问题。

  水稻秸秆可以用来做草食动物(如牛、羊等)的饲料、生活燃料、农作物的肥料、食用菌基料、草帘、鸭场垫料、沼气发酵原料等。农作物进行光合作用后的产物有一半以上存在于秸秆中,秸秆富含氮、磷、钾、钙、镁和有机质等,是一种有较多用途的可再生的生物资源,同时也是一种粗饲料。但这只能解决一小部分问题,大量的秸秆短时间集中收集,有待于进一步合理利用。

  秸秆中的纤维素,半纤维素和木质素等细胞壁成分坚固地缠绕在一起,导致水稻秸秆降解困难。秸秆造纸会由于半纤维素产生大量难以降解的戊糖等,导致造纸废水处理困难,加上秸秆分散,运输成本高,因而秸秆造纸规模不大。目前秸秆常用的降解方法可以分为直接还田,物理降解,化学降解以及生物降解,其中通过秸秆与微生物作用的生物降解法是目前处理秸秆最实际且有效的方法。

  在我国农村,农民更多的是采用直接焚烧处理大量秸秆的办法。水稻秸秆焚烧危害重重,焚烧过程中产生大量二氧化硫、二氧化氮等危害性气体,造成严重的大气污染,危害人类健康;焚烧时会烧死地表的微生物,导致腐殖质、有机质被矿化,破坏土壤结构和生态平衡;秸秆焚烧易引起火灾,形成的烟雾使空气能见度下降,影响道路交通和航空安全。

基因编辑技术如何让水稻秸秆“变废为宝”?

水稻秸秆回收利用(图片源自网络)

基因编辑技术如何让水稻秸秆“变废为宝”?

水稻秸秆焚烧(图片源自网络)

  秸秆回收有难度,基因编辑显身手

  中国是农业大国,秸秆资源的开发利用,既涉及到农业生产系统中的物质转化和能量循环,成为循环农业和低碳经济的重要实现途径,是农业农村社会经济可持续发展的必然要求,也是全球环境保护发展的必然趋势。

  基因编辑技术是近年来发展起来的一种能够定向改造生物基因组DNA的工具,其中应用最为广泛的是CRISPR/Cas9系统,它对DNA中碱基序列的改造,比如插入、删除替换碱基或一段碱基序列,使基因编码的氨基酸发生变化,从而实现相关基因功能的丧失或改变。

  面对这些常规方法难以解决的问题,华南农业大学吴蔼民教授团队采用CRISPR/CAS9基因编辑技术,对水稻UXE(UDP-木糖差向异构酶)和XAT(木聚糖阿拉伯糖基转移酶)部分基因进行敲除,获得了三个部分敲除UXE和XAT基因的双突变体,结果发现突变体中木聚糖中侧链阿拉伯糖含量大大降低,纤维素结晶度降低,使得细胞壁结构松动,增加了纤维素酶的可及性,从而使得细胞壁都更易被处理破坏。这项研究通过基因改造降低了秸秆处理的难度,为秸秆回收处理增加了更多的可能性。

基因编辑技术如何让水稻秸秆“变废为宝”?

敲除UXE和XAT基因后形成的双突变体(Chen C et al. ,2021,Plant Biotechnology J)

  基因编辑技术的应用已是大势所趋,随着研究的深入和发展,其在水稻秸秆利用方面必定有着广阔的应用前景。

基因编辑技术如何让水稻秸秆“变废为宝”?

[ 责编:张蕃 ]
阅读剩余全文(

相关阅读

您此时的心情

光明云投
新闻表情排行 /
  • 开心
     
    0
  • 难过
     
    0
  • 点赞
     
    0
  • 飘过
     
    0

视觉焦点

  • 距乌镇峰会开幕还有2天!

  • 熊猫搬新“家” 我国再添一座大熊猫基地

独家策划

推荐阅读
为确保航天员生命健康安全和任务圆满成功,经研究决定,原计划11月5日实施的神舟二十号返回任务将推迟进行。
2025-11-05 10:59
4日,国务院安委会办公室、应急管理部、国家消防救援局在京举行2025年全国消防宣传月活动启动仪式。
2025-11-05 04:20
当前,人工智能作为引领新一轮科技革命和产业变革的战略性技术,深刻改变人类生产生活方式。
2025-11-05 03:50
近日,搭载神舟二十一号载人飞船的长征二号F遥二十一运载火箭在酒泉卫星发射中心点火发射,发射任务取得圆满成功。
2025-11-05 04:20
科技论文是衡量科技创新水平的重要指标。
2025-11-05 04:20
近年来,中国审定推出了一批高产稳产、绿色节水、优质专用小麦新品种。2021年,这一情况出现了转变:“圣泽901”“广明2号”“沃德188”等3个国产白羽肉鸡品种通过审定,中国白羽肉鸡育种攻关实现从0到1的实质性突破。
2025-11-04 09:06
党的二十届四中全会提出,“加快高水平科技自立自强,引领发展新质生产力”“加快经济社会发展全面绿色转型,建设美丽中国”。
2025-11-04 04:25
人工智能的出现源于人类对提升生产效率与改善生活品质的持续追求,这一根本动因要求其发展必须始终以服务人类、增进福祉为核心。
2025-11-04 04:25
如何在新学期开展针对性训练,做好运动前准备和运动后体能恢复,已成为受到广泛重视的问题。
2025-11-04 04:25
我所在的他山中学,是贵州黔北山区的一所普通县中,有着4000多名师生。作为校长,我常常在思考:在现有条件下,如何为学生开辟更广阔的成长路径?在日复一日的探索中,
2025-11-04 04:25
11月3日11时47分,我国在文昌航天发射场使用长征七号改运载火箭,成功将遥感四十六号卫星发射升空,卫星顺利进入预定轨道,发射任务获得圆满成功。
2025-11-04 04:35
鸟类是生态系统的重要组成部分,是评估区域生态环境质量的关键指示物种,保护鸟类是推动人与自然和谐共生的关键环节。我国是世界上鸟类资源最为丰富的国家之一,
2025-11-03 05:05
人民城市人民建,人民城市为人民。2025年7月,中央城市工作会议指出,“要深刻把握我国城市发展所处历史方位”,“认真践行人民城市理念”,“以建设创新、宜居、美丽、韧性、文明、
2025-11-03 05:05
“从南极到北极,从草原到荒漠,到处都有昆虫的踪迹……”第三十二届中国杨凌农业高新科技成果博览会期间,西北农林科技大学博览园昆虫博物馆内,参会观众被讲解员李姗姗的讲述深深吸引。
2025-11-03 05:05
4日,神舟二十号和神舟二十一号航天员乘组进行交接仪式,两个乘组移交了中国空间站的钥匙。
2025-11-05 04:20
近日,中国科学院南京地质古生物研究所早期生命研究团队在湖北宜昌“石板滩生物群”研究中取得重要进展,发现了迄今最古老的复杂三维潜穴系统,
2025-11-03 05:05
秋水长天间,太湖正激荡起智能时代的万千涟漪。日前,以“万物智联,无尽前沿”为主题的2025世界物联网博览会在江苏无锡举办,一场关于万物智联的对话就此展开——人工智能如大脑般睿智思考,物联网似躯体般敏捷连接,当人工智能与物联网双向奔赴,万物就有了“感知”,人类正迎来一个全新智能时代。
2025-11-03 05:05
秋冬之际,正是候鸟迁徙之时。不知你有没有发现,从我们头顶飞过的候鸟,比以前更多了! 2024年全国水鸟同步监测结果显示,我国越冬水鸟总数达505.9万只,创最高纪录。
2025-11-03 05:05
HPV疫苗自2025年11月10日正式纳入国家免疫规划,2011年11月10日后出生的满13周岁女孩可以免费接种双价HPV疫苗。
2025-10-31 10:16
近日,飓风“梅利莎”横扫加勒比地区,成为近年来影响该地区最猛烈的飓风之一。
2025-10-31 10:14
加载更多