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

  • 海军福建舰开展入列后首次海上实兵训练

  • 香港举行“体育力量 闪耀香江”大型无人机表演

独家策划

推荐阅读
为促进卫星导航定位产业有序发展,维护国家地理信息安全,我国将对卫星导航定位基准站实行统一规划、统一标准、统一监管。针对目前基准站重复建设、存在数据安全隐患等主要问题,办法规定自然资源部会同有关部门制定全国基准站建设布局规划。
2025-11-19 09:52
18日,我国首个配置冷却塔的“华龙一号”核电机组——中广核山东招远核电项目1号机组顺利完成核岛第一罐混凝土浇筑,标志着该项目一期工程建设全面启动。
2025-11-19 09:51
2020年至2024年间,全球光热发电装机年复合增长率为4.24%,我国同期增长率达11.7%,显著高于全球水平;技术装备国产化率突破95%,释放出产业加速发展的强劲信号。
2025-11-19 05:35
科技创新、科学普及是实现创新发展的两翼,科普与科技创新“同等重要”。
2025-11-19 05:55
日前,由清华大学产业发展与环境治理研究中心和自然科研智讯联合编制的《国际科技创新中心指数2025》报告正式发布。
2025-11-19 05:55
新疆的孩子们在“流动科学课”上被磁悬浮演示、机器人互动、矿物标本展示等吸引了目光;甘肃张掖的科技工作者为大伙儿演示经典科普实验“火焰掌”;上海的科学家们踏上科技节的红地毯赢得公众的掌声……这些生动场景共同勾勒出“十四五”期间我国科普事业的发展印记。
2025-11-19 05:55
如今,在学习中遇到问题可以问人工智能,写作业也可以用人工智能辅助查询信息。正如这名同学所言,生成式人工智能正改变传统的以知识积累和传递为中心的教学模式。
2025-11-18 10:28
11月17日,在水利部举行的“贯彻落实党的二十届四中全会精神 推动节水产业高质量发展”新闻发布会上,水利部副部长陈敏介绍,目前,我国节水产业呈现出蓬勃发展的良好势头,
2025-11-18 04:20
新疆维吾尔自治区科技创新大会17日在乌鲁木齐举行。会上,干旱区生态安全与可持续发展全国重点实验室、丝路水实验室、昆仑智能装备实验室、
2025-11-18 04:20
党的二十届四中全会审议通过的《中共中央关于制定国民经济和社会发展第十五个五年规划的建议》指出,以创新能力、质量、实效、贡献为评价导向,深化项目评审、机构评估、
2025-11-18 04:25
近日,2025年6G发展大会在北京经济技术开发区举行。
2025-11-18 04:20
这台高能非弹谱仪的独特之处在于,它利用了中子不带电、穿透力强的特性,能够直接探测到物质内部的微观运动。
2025-11-17 08:56
建立和完善国家公园监测网络体系,是我国生态文明建设领域的重要实践,是践行人与自然和谐共生现代化理念的具体体现。
2025-11-17 04:30
浙江清凉峰国家级自然保护区是我国重要的生物多样性聚集地之一,也是长三角地区珍贵的物种基因库。
2025-11-17 04:30
近日,我国科研团队在嫦娥六号月背样品中首次发现大型撞击事件成因的微米级赤铁矿和磁赤铁矿晶体,揭示了全新的月球氧化反应机制,为环绕南极-艾特肯盆地磁异常的撞击成因提供了样品实证。
2025-11-17 04:30
在不久前召开的联合国教科文组织“人与生物圈计划”国际协调理事会第37次会议上,内蒙古大青山国家级自然保护区和陕西周至国家级自然保护区,被批准为“世界生物圈保护区网络”成员。
2025-11-17 04:30
以“智跃无界,开源致远”为主题的操作系统大会2025(以下简称“大会”)在北京举办。
2025-11-14 17:08
我国在4个国家开展6处文物古迹保护修复,49项中外联合考古项目涉及28个国家和地区,用实际行动践行全球文明倡议、不断丰富世界文明百花园。
2025-11-13 07:07
由四川省人民政府主办的2025世界动力电池大会12日在宜宾市开幕。
2025-11-13 04:55
据估算,太阳每秒钟释放的能量,可供全人类使用约70万年。模拟太阳来产生无尽的清洁能源,也因此成为人类的“终极能源梦想”。
2025-11-13 04:55
加载更多