英国皇家生物学会发布植物科学新机遇报告《增长的未来》

  

      128日,英国皇家生物学会发布关于植物科学新机遇的报告《增长的未来》[1],报告由该学会的咨询委员会英国植物科学联合会研制。报告指出植物科学在应对未来挑战和促进经济增长方面的巨大潜力,识别出植物科学在4个重要领域的新机遇和需采取的优先行动,并对英国培育和发展植物科学提出了若干建议。

  一、植物科学对未来的重要性

  植物对地球上的生命必不可少,是食品、药品、材料和燃料的重要来源,维持着人类和社会发展,支撑着生态系统并推动经济发展。植物科学增进了人类对生命的理解,提升了人类利用植物的能力,有助于维持健康、高产的社会和环境。当前,在众多的科技计划中,科学家正通过植物科学研究来应对各种挑战,解决各种问题,主要包括4个重要方向。

  1、开发高产、高营养作物,以帮助解决粮食短缺和饮食质量低的问题。粮食短缺和饮食质量低在低收入国家会导致营养不足的社会问题,在高收入国家会导致肥胖问题,这给全世界的医疗保健系统造成重大负担。

  2、开发抗病虫害植物,以减少饥饿、经济成本和与作物损失有关的环境足迹,并降低对生态有害农药的依赖。

  3、开发用于生物能源、生物修复、生物基产品和新型高值产品的高级作物,以利用可再生的植物衍生替代品来解决化石燃料依赖、气候变化、土地退化、卫生挑战以及塑料和其他污染等问题。

  4、采用新的植物品种和资源高效利用实践方法,开发更具环境可持续性和恢复力的农业系统,减少温室气体排放,降低对生物多样性、土壤和水资源的危害,实现在不同气候条件下获得更稳定的产量。

  植物研究作为生物科学的一个基本领域,已使人们对生物学和医学中所有重要的机制有了深刻理解,包括从揭示遗传的机制到证明基因表达的表观遗传控制的重要性。植物除了提供便利和生态系统价值外,还作出了巨大的经济贡献。例如,2016年,食品供应链为英国经济贡献了1130亿英镑,占英国经济总增加值的6.4%,其中,大部分都通过农作物或牲畜得到了植物科学的支持。2017,英国第一大种植作物小麦的产值达近20亿英镑,水果产值达7.65亿英镑。

  二、植物科学的新机遇和优先行动

  植物科学新机遇和为实现这些机遇需优先采取的关键行动集中在4个领域,包括改良作物与农业系统、植物健康与生物安全、植物生物技术、生物多样性与生态系统。

  1、改良作物与农业系统

  该领域有4项机遇:利用标记辅助选择和快速育种技术,结合基因编辑和基因组测序进展,培育产量可靠、营养含量逐年增加、恢复能力强且资源利用效率高的作物;了解新农业系统和新作物品种的潜在发展,以减少农业、园艺和林业的产量差距;综合遗传技术的进步、大数据分析和启示,以及与决策支持工具、机器人或数字连接的农业机械,发展多学科方法;将基础植物生理学进展与闭环生产系统工程相结合,使农业和园艺生产过渡到新环境中,如城市地区的太阳能温室或LED照明垂直农场,以使粮食生产地更接近人口中心,降低运输和储存成本,并有助于城市复兴和社区参与。

  优先行动包括:支持有助于作物改良和有助于理解植物生理机制的基础植物科学研究,制定不受短期政策改变影响的长期战略愿景和支持计划;促进公私伙伴关系和合作,坚持长期一致的研发政策,支持科学发现向商业应用转化,支持跨领域专家合作;通过投资和适度监管,鼓励有前景的农业技术创新形式,包括精准农业和垂直农业等。

  2、植物健康与生物安全

  该领域有3项机遇:转变范式,将目前以合成化学品为主的作物保护系统转变为化学和生物控制与植物抗性相结合的协调系统;天然植物产物代表巨大、尚未开发的新生物活性分子来源,特别是对于利用传统方法难以合成的分子,可以利用大规模、性能高和可靠性强的合成生物学方法来生产;植物育种和改良抗性品种的开发将继续为作物健康系统提供支撑,创新的遗传解决方案和基因编辑等新型育种方法也为增强作物的病害抗性提供机会。

  优先行动包括:揭示植物与害虫、病原体、更广泛的微生物组以及环境间的相互作用,开发智能抗病作物,了解和施用生物作物保护和增强剂,改进监测和疾病预测;集成组学发现平台,持续发展植物育种;与最终用户进行实际接触;投资基因组诊断、遥感、生物传感器和电子鼻等新技术,以及数据分析/信息学和基于风险的建模等,创建和改进监测网络;建立促进植物科学知识快速调动的机制,以实现对重大疾病爆发研究和应对的协调;促进植物科学家、政府机构、资助机构、工业界、教育和研究机构及学术团体等机构有效地与公众接触,就生物安全、基因改造和作物保护等问题进行对话,使人们从创新中受益;培育所有植物健康学科的科学和研究能力,包括重建线虫学、杂草科学、昆虫学、植物生理学和应用植物病理学等被忽视的领域。通过专业的理学硕士课程恢复专业人才库,通过定制持续的专业发展培训提高所有部门植物健康专业人员的技能。英国皇家生物学会通过其植物健康专业注册支持技能开发和认证。

  3、植物生物技术

  该领域有5项机遇:通过育种和合成生物学,根据特定用途对植物进行量身定制,使其能够提供消费品、药品、绿色能源及其他新产品,以满足老龄人口的营养、健康和其他需求;农业副产品是生物可再生产品大规模生产的潜在原料,可以通过技术创新加以利用;将植物生物技术和微生物生物技术相结合,利用植物提供通过发酵可进一步加工的基础材料,丰富产品的多样性;将大规模生物质能源应用与二氧化碳的捕获和封存技术相结合,生产具有碳捕获和封存能力的生物能源;目前约有3万种植物物种生产医药化合物,但大多数尚未经过测试,基因组学可以帮助寻找在医药或工业生物技术中有价值的分子。

  优先行动包括:将英国定位为该领域真正的全球参与者,并为生物技术研究和创新开放业务,提供良好的服务和高技能工作岗位;拓展与公众接触的方式,以支持通过植物生物技术获益;利用资助和网络机会,鼓励学术和工业创新者将技术带入市场;通过创新计划将高度分散的技术和专业汇集在一起,如数据科学、机器人技术、远程监控、植物育种、基因组学、社会科学等。

  4、生物多样性和生态系统

  该领域有4项机遇:发展可持续的农业和食品生产系统,具体包括通过改进农业系统提高特定区域生产量,研究间作、农林复合、改良作物轮作和综合虫害和杂草管理的有效性,改进草地管理,支持昆虫传粉媒介和其他野生动物的土地管理,改善畜牧业的排放及其对生物多样性的影响等;在城市地区,绿色屋顶开发、有利于传粉媒介的城市种植、野生动物走廊、污染土地的生物修复、洪水减灾种植和街道绿植等可用于改善空气质量、福祉和城市恢复力,通过管理道路边缘、铁路沿线等,可以加强植物和动物的生物多样性和分散性,使物种能够根据气候变化而移动;新兴的数据收集工具和技术为编制和了解英国的自然资产、状况变化、恢复能力以及评估管理干预提供了机会;对受威胁植物物种进行遗传研究可以指导实际的保护工作,研究最小的种群规模可以降低灭绝的风险并指导生态系统管理。

  优先行动包括:维护和发展英国环境变化网络和农村调查等生态监测计划,收集有关生物多样性、自然资产和生态系统服务的数据,用于指导和支持植物科学的良好利用,实现有益管理;让公民科学家参与生物多样性监测,提高和利用公众的保护热情;将证据纳入决策和政策制定,以增强和支持对自然资产的长期可持续管理;将系统思维和对生物多样性的认识嵌入教育中,以确保所有部门未来的专业人员了解生态系统管理的重要性;实施和完善生物多样性和自然资产评估方法,以应对各种挑战,包括通过综合虫害管理开发更可持续的农业实践以及控制外来物种和疾病。

  三、对英国发展植物科学的建议

  为培育和发展充满活力和灵活性的植物科学部门,报告提出4个方面的建议。

  1、改变研究资助格局将为加强英国植物科学研究和增强其贡献提供机会

  首先,必须保持对基础植物科学研究的支持,以帮助更好地了解世界,并为发现和创新提供持续的来源,同时,资助体系必须认识到基础研究和应用研究的重要性和互补性;其次,通过任务导向的方式鼓励和支持科学界联合起来,并促进学术部门和产业之间的联系,以保证从研究到市场的创新连续性;第三,促进植物科学家与公众之间的有效接触;第四,重视植物科学的红利及其应对健康、营养、环境和生产等基本挑战的能力。需要强调的是,考虑综合植物科学的决策可以预防许多食品、营养和环境安全威胁。

  2、国际合作是英国植物科学的重要组成部分

  首先,植物科学是高度国际化的,英国科学家需要有获得良好支持的机会,以便在不同国家的相关研究项目之间进行合作和自由流动;其次,继续参与多国研究计划,这些计划提供协作、资金和基础设施访问等相关机制,可以实现一国难以完成的全球大型合作项目;第三,为技术人员和受训人员的流动提供便利,确保英国科学在任何时候都拥有合适人才组合,确保生物安全和研究连续性;第四,通过直接解决全球可持续发展目标或间接开展能力建设项目的方式,确保英国植物科学在全球粮食安全方面持续发挥重要作用。

  3、需要对英国农业生产的愿景进行持续、广泛且有序的辩论,同时要考虑新技术、作物品种和植物保护产品,然后做出监管决策

  首先,把新旧技术相结合,为农业和生物精炼厂培育新植物品种,适应既定市场和发展需求;其次,鼓励植物学家、社会学家和其他利益相关者进行持续和开放的对话,以便与公众进行有关创新的讨论并做出决策;与包括农民、林务员和保护经理在内的从业者进行互动;除发表科学论文外,认可和奖励研究人员的活动也至关重要;在传达决策时,政府部门和相关管理制度应具有适当灵活性,并能够明确诠释科学证据及其他有力证据。

  4、生物学课程需要提供具有吸引力、包容性和可利用的植物科学内容,提高人们对植物科学为社会提供的机遇的认识

  首先,提供有关植物及与其互作的物种教育,不仅有助于加深对这些复杂生物和系统的认识,也有助于了解其对科学、技术、工程和数学STEM)领域做出贡献的潜力;其次,对植物科学职业和技能的表述要易于理解和具有包容性,以便为学生和教育工作者提供有效的职业指导。   

                                               (袁建霞)

 

  


 

[1] Growing the Future. https://www.rsb.org.uk/images/news/2019/UKPSF_Growing_the_future.pdf

原文始发于:英国皇家生物学会发布植物科学新机遇报告《增长的未来》

 

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