科学通报 | 绿色高效农业，如何“种”出中国饭碗的未来？

当我们端起一碗米饭，很少会停下来想一想——从一粒种子到万顷良田，从实验室里的一段基因序列到餐桌上的一口安心饮食，这背后究竟是什么在默默支撑？在全球气候变化加剧、人口持续增长、粮食安全与营养健康需求日益提升的今天，发展资源节约、环境友好、产出高效、产品安全的绿色高效农业，已经成为保障国家粮食安全、推动农业可持续发展的核心路径。

近日，北京科技大学魏珣教授、万向元教授在《科学通报》生物与信息技术赋能现代农业绿色发展专辑发表了题为“绿色高效农业发展的规划路径与科技支撑”的综述文章。文章基于2025年8月在哈尔滨召开的第二届全国作物杂种优势与生物育种学术大会上15位院士的前沿报告，系统梳理了我国在生物育种、智慧农业、绿色生产与功能农业等关键领域的最新进展，并提出以“生物技术+信息技术+绿色技术”深度融合为核心、培育农业新质生产力的现代农业体系发展框架。

生物育种：构筑种业的核心芯片

作物育种是农业生产的源头与基石。当前，我国正推动育种研究从传统的表型选择、经验杂交，向基于多组学解析与人工智能预测的智能设计育种转变。

在水稻上，利用籼粳亚种间强大的杂种优势是短期内实现产量跃升的最有效途径。随着S5、qHMS7等关键基因的克隆，以及“毒药-解毒”自私基因系统驱动生殖隔离机制的揭示，长期制约杂种优势利用的籼粳杂交不育难题正被逐步破解，一批高产优质籼粳杂交稻已实现大面积应用。此外，科学家解析了GRF4这一植物生长与碳-氮代谢平衡之间协调中枢，打破了高产与氮高效之间的“负相关魔咒”，培育出低投入、高产出的品种，为可持续农业提供了绿色高效品种解决方案。

在棉花、果树、蔬菜等经济作物上，“基因组+基因编辑”精准育种体系日趋成熟：我国棉花育种编辑效率已达87.8%，育种周期缩短2~4年；通过合成生物学策略，科学家甚至创制出富含虾青素的工程棉花，让棉花从“白色纤维经济”迈向“红色生物工厂”。

智慧农业：为全产业链装上智慧大脑

数字技术正在深刻重塑农业的每一个环节。借助田间机器人、无人机遥感、高通量表型平台等多尺度技术体系，海量表型数据与基因组、环境组数据结合，可将育种周期缩短30%~50%。自动巡航杂交授粉的智能育种机器人、全基因组亲本智能耦合表型预测模型等，正让“从基因型到表型”的最后一公里加速打通。

在植保领域，理念也正从“以消灭病虫为中心”升级为“以维护植物生态系统健康为中心”，通过基于“天空地”一体化传感与AI图像识别实现实时预警，无人机变量精准施药，把化学投入与生态代价降到最低。

绿色生产：筑牢大面积单产提升的田间防线

好种子的遗传潜力，最终要在大田里变成现实产量。基于湖南生产实际集成的八项“良种良法”配套技术，在屈原管理区核心示范片实现增产20%~50%，农药、化肥分别减施29.7%和17.4%，为全国粮食大面积单产提升提供了可复制的范本。与此同时，环吡氟草酮等自主知识产权绿色农药推广超7000万亩、减少除草剂用量30%以上，稻油轮作、秸秆还田等生态农作制度持续提升耕地质量，让“藏粮于地”落到实处。

交叉融合：不断拓展的农业边界

农业的功能边界正在拓展。通过定向改良，科学家已创制出高EGCG、高茶氨酸的功能型茶树品种，显著提升农产品的健康价值。而mRNA疫苗技术的突破、“社会疫苗”（科学传播）概念的提出也提示我们：农业同样需要布局颠覆性技术，并同步加强公众沟通，化解“卡脑子”的认知与信任问题。

未来挑战与展望

文章也清楚地指出，迈向未来，农业仍有四道关口要过：源头创新仍显不足，前沿交叉领域与农业的融合刚刚起步；数据生态碎片化，智慧育种平台与产业需求尚有差距；技术集成在“大国小农”国情下对小农户的适配性有待加强；以及横亘在实验室成果与产业化之间的“死亡谷”，呼唤新型组织与资本机制。

从一粒种子到一片田野，从一项技术到一个体系——以生物技术筑牢农业潜能根基，以信息技术赋能农业精准决策，以绿色技术保障高效农业落地，三者深度融合、全链条贯通，正是我国把饭碗牢牢端在自己手中的底气所在。我们完全有能力、有信心端稳端牢“中国饭碗”，并为应对全球粮食安全挑战贡献中国智慧与方案。

北京科技大学魏珣教授为文章第一作者，万向元教授为通讯作者。文章受到国家重点研发专项项目（2022YFF1003500、2022YFF1100501）的资助。

文章信息

魏珣，万向元. 绿色高效农业发展的规划路径与科技支撑. 科学通报, 2026, 71 (20): 4666-4673.

《科学通报》是中国科学院主管、中国科学院和国家自然科学基金委员会共同主办的综合性中文学术期刊，致力于快速报道自然科学各学科基础理论和应用研究的最新研究动态、消息、进展, 点评研究动态和学科发展趋势。

• 旬刊，每10天出版1期；

• 栏目：进展、评述、快讯、论文、观点、科技前沿、科学访谈、亮点述评、悦读科学等；

• 《新锐期刊分区表》 综合性大类1区TOP期刊；

• 中国科技期刊卓越行动计划领军期刊；

• 《中国科技论文与引文数据库》和《中国科学引文数据库》的源期刊，同时被EI、ESCI和Scopus等收录；

• 期刊官网：http://csb.scichina.com.

转载、投稿请留言

| 关注科学通报 | 了解科学前沿