第482期【齐悦读—线上共读—透视新科技】“齐悦读”[线上共读] 《巨型高粱》
讲座题目：透视新科技——巨型高粱
主 持 人：胜 春
做客嘉宾：谢 旗，中国科学院遗传与发育生物学研究所研究员。
李银心，中国科学院植物研究所研究员。
讲座时间：2023年8月14日～8月20日
（备注：讲座视频可循环播放）
透视新科技——巨型高粱
讲座内容：
各位好，欢迎收看我们今天的《透视新科技》！我是主持人胜春。高粱曾经在我们国家是一种主要的粮食作物，但是近些年，却已经淡出我们的餐桌了。最近科学家又通过新的育种技术，培育出了巨型高粱，有6.5米那么高，那如此巨大的巨型高粱，未来到底会给我们带来什么？我们通过短片去了解一下。高粱曾是我国人民餐桌上的主食之一。据统计，在上世纪60年代末，我国高粱种植达到最高峰，有1.4亿亩。在灾荒时期，高粱被称为“救命粮”，但是因为高粱米质地粗糙，口感不好。它所含的蛋白质等营养成分存在瑕疵，不易被人体所吸收。所以随着生活水平日益提高，高粱渐渐淡出了主食的行列。而今，高粱的主要用途除了酿酒之外，就是用作饲料。既然如此，科学家们为何还要费尽心思，培育新的巨型高粱品种呢？我们今天请来的两位嘉宾，第一位是来自中国科学院遗传与发育生物学研究所的研究员谢旗，接下来一位是中国科学院植物研究所的研究员李银心。
其实说到高粱，今天的80后，90后，00后可能了解不深。对，因为当时我们国家刚刚解放以后，各方面技术的话，也不是发展得很快，我们其实很多地方的水或者土地都不是很肥沃，高粱它就有这些特点，它可以用（种）在这些比较贫瘠的土地上。高粱它真的是一个非常好的一个作物，就是它就是抗性方面，抗盐碱很突出的，它抗旱，它还耐涝，这一点是很少有植物能这样的。两个都能做到很难。对，所以高粱还有另外一个名字，它因为适合在盐碱地上长，不毛之地上它能长得很好，所以也叫“盐碱地之花”。它用农民的话说它皮实。对，非常皮实，它还可以多茬（收割）。它可以割，像韭菜一样的。一般一年割三次是都没有问题，所以在那个时候我们国家的种植达到了一亿多亩的高粱，而且这时候的高粱作为了一个救命粮，所以中国人对高粱是有情怀，尤其是在我们这一代，太有感情了。
但是现在为什么我们看不到餐桌上用高粱做主食了？我觉得是因为现在就是农业发展，使得水稻、小麦、玉米这些的产量更高，能够满足我们这个口粮的需要了，因为高粱相对来说适口性好像就是差一点，有的还有点涩，粗粮嘛。所以就是有细粮吃，就不吃粗粮了，是这个原因。由于水稻、小麦等，其他适口好的（粮食），产量多了以后，技术投入了以后，那我们就有其他的食物了。所以高粱就慢慢开始只用到做酒方面了。这些年我们为什么要重新来研究高粱，而且还要培育巨型的高粱？这个主要还是我们国家的一个需求，也就是我们国家的一个食物的结构。从改革开放以来，就是1978年到2016年，我们现在国家有统计了，就发现其实我们国家的人民的需求吃肉越来越多，这样的话我们需要更多的肉食。所以一下来的话，那我们要吃更多的肉，那就（要）有更多的饲料，来养相关的给我们提供肉的这个动物。好，我们来看看相关的短片。中国是一个肉类消费大国，仅2019年一年，我国的肉类总消费多达9420.3万吨，已经超过了欧盟成员国和美国的消费总和。以猪肉为例，数据显示，2019年全球猪肉消费量1.009亿吨，其中我国消费达4486.6万吨，占比将近50%。肉类消费水平的提升对畜牧业和养殖业提出了增产的要求，而掣肘畜牧业和养殖业发展的因素之一，就是饲料。
近些年，我国自产粮食中有50%左右都用作饲料粮，并且需要大量进口。数据显示。我国饲料用粮占粮食总产量的比重，已由20世纪50年代的20%上升到40%。饲料问题不仅关系到每个家庭的肉盘子，也关系到国家的粮食安全，所以在过去五年的中央一号文件里，强调农业方面要实现一个重要的策略是粮改饲。因此，培育出更高效、更高产的饲草作物成为科学家们重要的课题。那我们培养的这个巨型高粱，它的主要用途就是作为饲料吗？对，我们要大力发展畜牧业，奶制品业，所以需要有更好的饲料供给牲畜的食用。那么生物量越大，那不就是需求越得到满足吗？在单位面积里能生产出更多的饲料，对吧。所以从这样一个角度来说，我们要培育巨型的高粱，这是这样的一个用途。之所以选择高粱，作为畜牧业的饲料的原因和特点还有哪些？高粱，它的叶子里有高蛋白，它那个蛋白高了以后，就像我们人一样，大家吃的好的一个食品的话，它就看看是不是蛋白含量高，所以蛋白含量高的话，都是一个就是好的食品。所以它的叶子含量（高），还有一个高粱的纤维也很好，它的很多的纤维都是能够给动物能够来进行消化的。对它的胃肠更好。
哎，对，它相对于猪跟鸡来说不同，因为猪跟鸡只能够是籽粒。它吃的都是籽粒，但是牛跟羊除了吃籽粒以外，它还可以把所有的秸秆、叶子都全部用掉，我们现在的国家的话，因为养猪跟鸡很多，但是剩下的秸秆的话，我们一年的话有17亿吨秸秆。这些秸秆一般都浪费掉了，或者还引起污染，你要现在烧它的话，就有烟，会引起雾霾，假如很简单地就还田的话，它可能一下雨又流到河里去，就污染土地。所以说假如牛羊能够把那个吃了以后，变肉跟奶以后，有机肥料又可以还田，这样可以是一种循环农业，又可以保护我们的地球，保护我们的土地。那今天我们说的是这个巨型高粱，我们在电影里看到的《红高粱》什么的，应该是一人多高左右的这个高度，也就不超过两米。那六米多高，这是一个什么概念？那就等于说三个人那么高？三、四个人那么高。三、四个人，我们用传统的种植高档的技术，可以培育出这种巨型的高粱新品种吗？一般的来说就是比较难，因为你作为一个育种，一般那个育种要花五到六年时间。但是我们现在就用分子生物学，用基因工程等现代先进的技术以后，我们鉴定了这个基因，它这个基因决定了高蛋白，它决定了好纤维，决定了生长的快，生长得高大。这些我们都把它给定位在那里，我们就可以用一种组装在一起（的方式），来变成一个比较好的高粱。
跟过去我们的育种的技术，到底有什么区别？以前育种主要就是靠常规的杂交育种，周期很长的。比如说我们想培育一个更好的品种，那杂交就要有一个父本，一个母本，那么我们要把它们的好的性状，就比如说好的一个农艺的性状。比如是产量高，或者是适口性好的这种性状，让它保持下来。比如说是母本里面有这个性状，父本产量高，那么我们要在父本的基础上，要加上母本的这个适口性好，所以就要不断地反复地回交，反复地杂交，周期非常长，然后才能让它这个（性状）稳定下来。这个少则五六年，一般都要十多年的，甚至十多年都育不出来的。时间成本太高，效率太低。我们现在普通老百姓都知道，都会用基因这个词，实际上就是分子生物学的发展，真的是技术带来的突破，使得我们现在能够非常精准地对基因进行这个编辑。就是我们可以靶向的，比如说我们想品质上面有一个什么改善的话，我们知道是由哪些基因决定的，我们就可以非常精准地对这些基因进行编辑。我们可以直接对单个的碱基进行编辑，这个不是转基因，就仅仅是对我们在碱基水平上的一个编辑。其实现在我们对基因这个词也是比较敏感的。
其实是这样，我们现在用的高粱的育种技术，跟我们平时用的水稻，小麦跟大豆，还有棉花、玉米的育种技术，都是一样的，就是没有什么大的不同。主要我们还是说，我们鉴定了相关的好的基因，最后我们把它用更快的这种，就是定位的这种育种方法组合在一起，其实我们一般用的这些生活技术就是这样的。就像我们要做一个非常好的时装，首先我们要有很好的这种布料，各种各样的布料，这个时候我们还要有一个好的设计师，那就是我们这种科学家就是这种设计师，然后我们把它设计好了以后，还要有一个缝纫师，这个缝纫师在设计师的指导下裁剪、缝纫以后，就可以做成一个很好的衣服，很好的服装。其实我们的高粱育种也是，我们就通过了对我们的基础的了解，我们把控制最好性状的相关的基因，我们把它都找到，然后动用一个组装型的这种育种，包括我们现在用的计算生物学，我们把这些最好的性状把它组合在一起，这样我们就育出来一个高大的高粱，同时也是好质量的高粱。我们巨型高粱长那么高有什么用？那么高会带来产量的提高吗？
最高的情况下，在同一亩地的话，相对能够提高到三倍。三倍。三倍多。三倍甚至不止。对。其实不光光是株高这一个，其实我们讲的巨型，其实主要是讲的生物量，生物量是什么呢？就是它的整株的重量，包括茎、叶、根这样的。那么，以前我们收高粱是籽粒的，对吧。那么现在我们讲的是整个的这个生物量，因为高粱它有很多的分蘖，这跟玉米也是很不一样的。分蘖是什么？分蘖就是底下长出好多的分杈。分枝。玉米一般就长一根，高粱它从下面可以分。还有一个，高粱跟玉米有个不同。它还可以多茬，它可以割，像韭菜一样的，在暖的地方只要有积温，在广东来说，高粱可以割六次，所以它这样叠加起来的话，它就是产量就大了。现在巨型的高粱，主要用来做青贮饲料的。因为它生物量大了，我们做青贮饲料的话，它的效率更高。好，我们通过短片去了解一下。
高粱是一年生草本植物，喜温、喜光，具有优秀的耐高温特性和抗盐碱性。高粱广泛分布于全世界热带、亚热带和温带地区，在中国的南北各省区均有栽培。传统高粱直立高度可以达到3米以上，秆的横径一般在2厘米左右，生长叶片十几片。而新品种的巨型高粱，高度最高可达6.5米，秆的横径可以达到5厘米左右，叶片的数量在第一次收割前增加5片左右，而且叶片的面积可以达到原来的两倍以上。高粱用作饲料需要经过一个发酵的过程，也就是把茎叶和籽粒在内的整株高粱，通过微生物发酵技术进行加工。新型高粱拥有更高、更粗的茎和更多的叶片，这就意味着它作为饲料的产量，将得到有效的提高。饲料关系到畜牧业和养殖业的根本，在肉食需求大量提升、生态保护要求禁牧，北方冬季漫长，草料缺乏的大前提下，高粱饲料产量的大幅提高无疑具有重要的意义。而要成为一种真正优质的饲料，巨型高粱除了产量高，还要具备很多其他的特点。这个巨型高粱除了个儿高之外，还有哪些优势？因为它生物量大了，生物量大了以后，你整个就是这个效益就高了，说不定我们不是说光光看它高6米5，主要它还有很多叶子跟茎秆，然后还有高粱的话。
有一种高粱它是甜高粱，它秆里还有糖，又有点跟甘蔗一样，这样的话它就是一个高能（量）的作物。作为一个牲口来说，它吃的能量越高，它长得就肯定长得越快，它积累的肉就越多，然后它（产）的奶也越多，有一个就是全球的从100多个奶厂和100多个种植的甜高粱的（研究）。它发现就是喂甜高粱，相对于青贮玉米的，它的平均来说每头牛产奶多了1.64公斤。每天动物食用了之后，对它肉质的改善是什么？根据我们研究发现，少量的单宁，它是对动物的肠胃蠕动是有好处的，那高粱有一定单宁，它就会增加那个猪的肠胃的蠕动，蠕动的话这样猪就会更健康，再加上我们现在育出来的高粱，这些我们还主要参照动物的它的营养的需求。它要有好的纤维，因为纤维就是高粱的秆，就是所谓的作物的秆，不是所有的东西都能够被牛羊用的，其中就有纤维素能用。而且其中纤维素又分中性纤维跟酸性纤维，其中中性纤维是很快的可以利用的，这个中性纤维在高粱中相对比玉米中它含量还高，所以它（秆中纤维）是好质量的。再加上它的叶子里面，有的品系它的叶子的蛋白能达到22%，所以来说我们就可以减少这个蛋白的运用。
我们现在国家每年进口很多大豆，举个例，我们2020年已经进了一亿零三十二吨大豆。我们的大豆进（口）来以后，都是喂这些牲口的和鸡的，其实我们用来榨油的很少，还不到10%。假如我们能够育出来的高粱，它这个高大的高粱，它又含高蛋白的话，那么我们就可以减少这个大豆，这些东西进口的需求和依赖。再一个，我们知道这个单宁，控制了这个调控的基因，那我们就可以把这个种子里含量的单宁可以降低一点，降低一点的话，那这样的动物喜欢吃了，还有一个已经知道了，就是牛羊假如吃了含单宁的饲料以后，它现在少放44%的甲烷。对，您知道吗？就是说我们现在全球的大气层的甲烷，有17%的是牛放屁造成的。科学界已经有这个统计了，有17%这也是很高的，这个主要还是欧洲人、南美人养牛（造成的）。现在中国的牛羊需求量越来越大，少44%的甲烷，所以对我们大气层是一个重要的保护。
过去好像高粱有一个特性，它特别容易倒是吧。个高了（以后）是不是会改善，个儿高了是这样的，个儿高了以后，风大了肯定会倒，但是我们现在不光追求这个个儿高。个儿高了以后，我们可以研究它是什么东西抗它倒状，纤维素跟木质素在里面含量的变化，所以我们研究用相关的基因来定，又让它高大又能够抗倒状，这是一点。还有一点，我们可以改变种植方式，我不让它长那么高，它长到三米高的时候，我就把它收获一批，再让它再长一次，我加起来又那么高就行了，所以最后的产量还是高的，是这样的。它相对于我们有更多的选择性了。对，有更多的选择性了，同时它相对于玉米来说，它节三分之二的水。节约三分之二的灌溉水。灌溉水，因为淡水现在是我们地球上最大的一个问题。因为农业用水占了所有的淡水的70%，所以你假如有一个作物又能高产，又能够节水的话，整个我们的生态就得到一个很好的保护。
它还有个很重要的特点，它是耗用氮肥是最少的，所以它就是在低氮肥的情况下，它能够产出更多的产量出来。大家都知道我们国家其实现在很多的就是有些污染，就是用了太多肥料了，像这个以后多种高粱的话，你可以少用氮肥。因为氮肥它是植物生长排在第一位的养分需要，过量的使用化肥导致了特别多的问题，导致了这个土壤结构的变化，就土壤板结。土壤进一步的这个撂荒，就是不当的过度施肥，导致的这个土壤的退化，这个对农业生产造成危害实际上是非常大的，非常大。所以高粱就有这个优势，我们就要让它这个优势发扬光大，这就是我们育种当中需要考虑的。再有就是耐更高的盐，举一个例，一般的高粱，它长的土壤的含盐量是0.4%到0.5%，但是我们育出来新的品种的话，它能够耐到0.8到0.9的这个盐。这个数字的变化，带来的改变是什么？这个就是说我们有很多的盐碱地，它是低盐碱地、中盐碱地和高的（盐碱地），我们的高粱以前只能种到低盐碱地，我们现在可以种到相对的中高的盐碱地。那我们的种植面积就大了，比如我们黄河三角洲大多数都是盐碱地，我们新疆、甘肃、长江、淮河这些流域盐碱地很多。这些地方一般的庄稼种不了，但我们就可以种它（高粱），收了以后做饲料来喂牛羊。就大大增加了，我们可种植土地的这个面积。是的。说到这个话题，我们来看看相关的短片。
巨型高粱不仅产量高，生物量大，还具有高蛋白、抗倒伏、省淡水等优势，而它突出的耐盐性更具有深刻的意义。盐碱地在我国的西北、东北、华北等地区都广有分布。其中轻度盐碱地和中度盐碱地可以通过改造重新加以利用，是潜在的、重要的农业土地资源。巨型高粱的耐盐性，比普通高粱增强一倍，可以广泛应用于我国沿海滩涂和内陆盐碱地，提高土地利用率有助于更好的守住我国18亿亩的耕地红线。巨型高粱具有如此多的优点，如今推广情况如何？巨型高粱在种植中还存在哪些问题呢？目前这个新品种高粱的发展状况是什么样的？到目前为止，总共推出了有50万亩的种植，在全国来说，除了西藏以外，我们都有种植的点。但是就是说，（人们对）高粱认知方面不足，你要农民农场，他要去种的，他种惯了玉米的时候，你来了一个新型的事物。我种了一辈子玉米，为什么突然把它减（少）了之后，要种高粱，这个是一个非常难的一个过程。接受过程。除此之外还有哪些技术上的瓶颈？
高粱其实也存在一些它自己的缺点。对，就比如说你刚才说你小时候，吃那个高粱水泡饭对吧，吃完以后就很饱，为什么会饱？因为蛋白质是由氨基酸构成的，它这个里头，它这个外氨酸和色氨酸的含量，就是跟其他的这个比例不一样。这个就导致它这个蛋白质消化比较困难，不容易消化，不容易吸收。所以是从长远来说，其实这也是可以作为一个育种目标的，就是品质的改善，适口性的改善。所以这是它的短板。对，其实还有一点就是说，一般的高粱它生长的过程中，会在根（部），它会分泌一个叫高粱醌的东西，它会抑制其他植物的生长。它抑制其他的，有的时候也抑制自己后代的繁殖。对，举个例子，一般的高粱种了以后，那个地你第二要种土豆、种西瓜、种马铃薯就种不好了，所以的话我们假如新育出来的高粱的话，要少产生高粱醌的话，那我明年就可以来，很容易地种其他作物。除此之外，还有一个就是机械化，我们现在大型的农场，我们中国的机械相对来说的话，就是研究发展的没有那么先进。所以它割割割刀齿就会卡住了，所以这也是一个，就是说你长得高产了，不一定就能收回来，收回来也是很重要。还有一个就是说有些地方，我们还有些丘陵地带，丘陵地带的话，你机械就不方便了。要用小型机械。就要研究一些适合我们国内的平原，适合我们的山区小型的（机械）都需要。所以这个我们还是存在一些，需要将来更多地来做一些研究，能达到育出更好的高粱，不光是高大，还要高质量，容易收获，最后又高营养这一系列。
当所有的瓶颈都突破之后，那这种新型的品种，会有哪些突破？给我们人类带来什么样的影响？这个新型的品种的话，就是还是第一个就是说我们高产了，高质量了，牛羊吃了以后，多长肉，多产奶。这样的话，因为高效了，那我们就可以把土地就可以省出来，土地可以省出来以后可以种树、种草，这样我们的生态就慢慢地恢复。再有一个，我们说的高粱，它少用氮肥。这个氮肥的话，主要是尿素，你用多了以后，它会污染土地，会污染我们的水源，它种的时候你少施肥了以后，其实肥料，刚才说的尿素的生产，还是产生很多工业的污染，还有很多的能量的。这样我们又少用了能量，又保护了我们的土壤跟水（源），所以这是有非常大的意义的，我们要青山绿水是吧？这是我们的，也是我们人民追求的一个整个的生活方向，吃得好。我们有肉有奶就吃好了，同时我们还要有一个非常好的生活环境，这时候我们才有一个健康的整个的发展的真正的一个美好的生活。
我们国家有一部分科学家进行高粱的研究，我们也用现代生物学技术，结合传统的这些育种技术以后，也能够把高粱慢慢开始做得到国际水平。对于未来的畅想，您的想法是什么？我们培育出越来越多的品种，那么它就适应的范围，就每一个品种可能它有一定的适应范围，但是我们如果新的品种非常多，那么它就可以覆盖到很多一些以前覆盖不到的地方，这样我们就可以更加地、有效地利用土地了。那么这个利用土地除了产生目标产品，比如说饲料之外，对环境的保护的作用是非常大的，因为我们刚才都说了，它是高光效的一种植物，产生巨大的生物量，对吧。那么就是什么呢？固碳、固氮，所以我们多种这样的生物量大的植物，它就消耗二氧化碳，然后同时，对环境的污染得到控制。我们所需的绿水青山越来越多。对。所以今天我们请两位科学家在我们节目当中做客，我们表面上看似是给我们解读巨型高粱的秘密，实际探讨的是中国的粮食发展和科学育种的这样的一个话题。感谢各位收看我们今天的《透视新科技》节目，如果您想了解我们更多的节目内容，可以下载央视频去收看其他的节目。我是胜春，咱们今天的节目就到这了，咱们下期节目再见。
（通讯员 邓辉）
