2024年 第七十五期（总第1035期）
中国科学院老科学技术工作者协会
简 报
﹝2024﹞ 第七十五期（总第1035期）
中国科学院老科协办公室 2024年5月23日
中国科学院老科协植物所分会举办
“以树代粮--研发杂交构树，构建新型牧业破解饲料难题”
学术沙龙
2024年5月9日，由中国科学院老科技工作者协会主办，中国科协创新战略研究院和中国老科技工作者协会支持，中国科学院老科协植物所分会承办主题为“以树代粮——研发杂交构树构建新型牧业破解饲料难题”学术沙龙。中国科学院老科协副理事长赵震声、曹以玉，原中国科学院生物局局长王贵海，中国科学院老科协办公室黄玉萍主任，中国科学院动物所、植物所、地理所、中国地质科学院、国家自然博物馆、北京动物园、中国科学院《人与生物圈》等30多位专家学者参加了此次沙龙。沙龙由中国科学院老科协植物所分会理事长李承森研究员主持。中国科学院植物所副所长梁振昌研究员致欢迎辞。
沈世华研究员做了主题为“以树代粮、种养循环——研发杂交构树，破解饲料难题，构建新型牧业”的报告。此次报告从国家需求、科技创新、应用推广、综合利用和社会影响五个方面展开。
首先，沈世华研究员强调了“以树代粮、种养循环”的必要性。目前，粮食问题还是我们国家面临的一个重大问题，尽管我们的口粮已经足够，去年国产粮6.95亿吨，但是，进口粮还是达到1.6亿吨，对外依存率将近19%。2023年最新的数据显示，我国饲料生产用粮是4.23亿吨，占粮食消费量53%，高于33%的食用和13%的工业消费。所以说粮食安全也等同于饲料生产用粮的安全。目前畜牧业发展面临三大瓶颈，首先是粮食安全——饲料粮的总量不足，饲料蛋白80%以上依赖进口。第二食品安全----养殖过程中药物抗生素超标。第三个是生态安全——养殖过后的环境污染问题。现在70%以上的大企业都是规模化养殖，禽畜粪便处理成为一个巨大问题。去年最新数据显示，禽畜粪便量多达41.5亿吨，大大超出固液废弃物的污染量。另外，养殖过程中产生的温室气体、甲烷和一氧化氮占全国温室气体排放总量7.5%。这些问题，是目前传统的养殖方式无法避免的难题，通过科技创新，构建新型蛋白质饲草料是解决这些问题的有效手段之一。
构树属于桑科桑属植物，多年生阔叶乔木，起源于我国的古老树种，具有自然分布广泛，适应性强的特点。也是有着悠久历史文化的乡土树种与多种用途的先锋植物。早在南宋末期已有用构树的叶子喂猪、喂牛作为饲料的古籍记载。现在我国西南地区仍使用野生构树叶作为动物饲料。但是，野生构树作为动物饲料存在三个不足，第一它的叶面粗糙，茎叶表面有被毛，适口性比较差；第二野生构树直根粗大，破坏耕地；第三构树的种子属于鸟食种子，具有无序传播的特点，对于生物安全有一定影响。所以我们构想将传统的遗传育种杂交方式与现代生物技术相合应用到杂交构树品种创新研究过程中。
有关种质资源收集工作。我们分别从海南、贵州、广西、北京、四川、河北、辽宁等地收集了600多种野生构树的种质资源，建立了30多个核心种质。通过基因组学研究，获得染色体级别高精度构树全基因组。研究结果显示，构树基因组大小为386.83Mb，编码30512个蛋白基因，其中，黄酮类合成基因家族显著扩张，木质素合成基因家族收缩。我们还揭示了构树用于造纸、饲用和药用的遗传基础，为高蛋白质木本饲用植物的研究和开发提供了重要的理论依据。基于转录组学、蛋白质组学等研究，寻找一些重要的关键基因。目前已经发现100多个关键的调控基因，成为后续育种工作的重要候选基因。
分子设计育种研究的主要工作。第一个利用TCP转录因子进行杂交构树树形调控。研究构树分枝发育具有重要理论意义和现实价值。我们期望以TCP转录因子作为研究对象，通过敲除或者过表达这个基因，达到调控杂交构树树形的目的。首先建立了杂交构树的基因编辑和转基因体系，实现3个月左右拿到转基因植株。在杂交构树中，TCP基因的过表达杂交构树的侧枝减少，但是敲除TCP基因之后，分枝明显增加，呈现灌木化、枝叶繁茂，有利于饲料应用。
第二个利用WOX转录因子进行杂交构树叶型调控。叶片既是植物的光合作用器官，也是植物蛋白质存储器官。从设计育种的角度来看，通过改变构树的叶型，进而增强其光合作用能力。我们发现WOX转录因子能够调控构树叶型，敲除WOX转录因子后，杂交构树叶型表现为裂叶。目前已经拿到相关的转基因材料，后续可以申报品种并进行推广。
第三个利用CYP酶进行杂交构树叶色的调控。叶片中类黄酮含量是比较高的，与杂交构树的叶色相关。我们期望找到相关调控基因，增强黄酮类代谢化合物含量。从构树基因组中鉴定到一类CYP基因，这类基因在叶片中过量表达量后，总黄酮，总酚含量增加13%以上。
第四个是杂交构树耐寒抗冷形成机制的研究。如果能够提高杂交构树的抗低温能力，其种植范围便可以北移。通过低温性状GWAS关联分析与BpPP2Cs基因挖掘发现在杂交构树适应冻害的过程中具有重要作用，可能影响杂交构树越冬能力。此外还进行了耐寒基因BpADR1基因克隆与功能验证，通过测序样品中该基因变异分析，研究发现该基因存在两种基因型（TT和GG），TT相比较于GG，第一个外显子上1006号碱基从T变成G，由此引起该基因组所编码的氨基酸从亮氨酸变成缬氨酸。通过表型数据分析发现不同基因型的构树样品间耐寒形状存在显著差异。
以上是杂交构树一些基础研究，最重要的是要把这些成果转化为品种。目前，在种质创新方面也取得了重要突破，成功培育2个杂交构树新品种，新品种的茎叶粗蛋白含量提高5%以上，可以作为优质饲料，实现“以树代粮”的目标。树干木质素降低2%以上，是饲用、造纸、纺织优先原料。新品种还富含氨基酸、矿物质营养等，类黄酮、生物碱、果胶和生物活性物质含量高，能显著提高动物免疫力，减少抗生素等药物的使用。此外，新品种的适应性更强，种植区域更广，枝叶繁茂，树冠宽阔，叶片光滑，具有速生，丰产，侧根系发达、分布在土壤耕作层，随时可以复耕的特点。条件好的南方鲜重达到每亩每年8吨左右，耐刈割，每年可收割3-5茬，连续收割15年以上。
以树代粮的社会意义 2014年12月，杂交构树被列入国务院扶贫办精准扶贫十大工程——构树扶贫工程。2017年2月，在第39次中央政治局集体学习会上，构树扶贫工程案例被选为习总书记参阅材料，得到中央的肯定。2019年7月，李克强总理等国务院领导批示解决了构树扶贫工程用地的问题。2019年6月，胡春华副总理在兰考现场考察，对杂交构树畜牧业与脱贫攻坚给予高度评价。2020年4月，汪洋主席、胡春华副总理在《构树扶贫进展情况报告》圈阅和批示。2018年4月农业农村部杂交构树列入《饲料原料目录》。2020年9月国务院办公厅《关于促进畜牧业高质量发展的意见》杂交构树纳入新饲草品种。2021年12月农业农村部《“十四五”全国畜牧兽医行业发展规划》杂交构树纳入饲草千亿级重点产业。2022年6月18日中国乡村发展志愿服务促进会将杂交构树列入《乡村振兴特色优势产业培育工程》9个产业之一。
杂交构树一个品种催生了饲料畜牧，菌菇养殖，饮用食用，药用保健，生态绿化，打浆造纸等产业，体现了科技是新质生产力的价值。
围绕沈世华研究员的报告和杂交构树研究项目，王贵海、白克智、李良千和沈孝辉等专家展开讨论和交流，对杂交构树提高蛋白质含量和品种抗逆性研究，转基因生物安全，以及对动植物和生态影响提出了相关的建议和意见。赵震声指出：“以树代粮”的研究对国家粮食安全意义重大。虽然目前只能解决牲畜口粮问题，而牲畜跟人的关系非常密切，牲畜消耗的粮食比人类还多，这是和人类争粮的问题。如果能够把“以树代粮”研究做好并能推广应用，对造福子孙后代的粮食安全具有深远社会意义。他还对此次沙龙的选题和会务组织工作给予肯定。
最后，曹以玉总结发言：非常高兴参加植物所组织的沙龙活动，我代表院老科协对这次活动做简要总结。我认为今天活动非常精彩，达到了预期目的，沈教授的报告做得很精彩、非常前沿、非常到位，这次活动可以说具有四个特点：
一是沙龙选题定位准确。学术沙龙定位、主题选择应该是科学技术前沿，而且是要立意解决国家的重大需求。杂交构树在乡村振兴和脱贫攻坚方面发挥了重要作用，具有重要战略意义。
二是参与沙龙活动的人员比较广泛，有院内外的，有所内外、老中青相结合，各方面的声音都有，大家从不同角度就此杂交构树问题发表不同见解，也达成了共识。
三是讨论比较深入，大家讨论的问题很尖锐，也非常具有建设性。不同观点和意见的碰撞会产生出智慧火花。
四是沙龙组织规范，参加沙龙的专家遴选、现场的组织，理事长、离退办的同志现场工作与组织协调非常到位，会议进行的圆满。我认为这次沙龙开得很成功，感谢沈老师的精彩报告，感谢所有参加沙龙的专家和来宾，大家一起共同办好沙龙。
他还指出，沙龙结束后要抓紧时间总结，尽快完成新闻稿件与上网稿件，介绍学术沙龙的主要观点。相关稿件要在院网站科学智慧火花当中刊载，面向国家和全球的，做好宣传。
与会者合影