科學(xué)普及 | 基因編輯秘籍，助力油菜成為“全能王”

提起油菜，很多人一定會(huì)想到榨油和賞花，但油菜的用途僅此而已嗎？事實(shí)上，作為我國(guó)當(dāng)前的第四大農(nóng)作物、第一大油料作物，油菜的功能用途得到了科學(xué)家廣泛的開發(fā)。

一菜多吃，油菜讓身體更健康

經(jīng)過農(nóng)業(yè)科學(xué)家的改良，菜籽油不再有刺激性氣味，精煉油清亮無味，壓榨油濃香醇厚，各有一定的喜好人群。最妙的是，菜籽油是所有植物油中含容易引起動(dòng)脈硬化的飽和脂肪酸含量最低的，同時(shí)其不飽和脂肪酸種類多并且比例合理，還含有腦黃金DHA的前體物質(zhì)亞麻酸，是健康功能最好的食用植物油之一。

榨油只是油菜在我們飲食中扮演的角色之一，如今油菜還是一種蔬菜，菜苗鮮嫩可口，菜薹肉質(zhì)肥厚，成為了不少美食愛好者與營(yíng)養(yǎng)追求者追捧的對(duì)象。

種植油菜薹不僅有助于農(nóng)民提高種植經(jīng)濟(jì)效益，對(duì)于消費(fèi)者來說還能夠避免由于缺硒所帶來的健康隱患。中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院副院長(zhǎng)、國(guó)家油菜產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系首席科學(xué)家王漢中院士基于油菜富集硒元素的能力，提出了油菜“硒高效”概念，即在普通的非富硒土壤中，生產(chǎn)出每千克含硒0.01毫克以上的菜薹，并培育出“硒滋圓”系列油菜薹用品種。除了富硒以外，油菜薹還具有高鈣、高維生素 C、高氨基酸和高鋅的特性。

絢爛繽紛，菜花讓家鄉(xiāng)更美麗

“楊柳青菜花黃，天上人間覓芬芳”。多少人兒時(shí)的記憶中，春天鄉(xiāng)村田園那成片的金黃，蜂飛蜜香，是一年中最美的景色，點(diǎn)綴著對(duì)生活的美好向往。如今，油菜品種改良以后，適應(yīng)性提高，種植區(qū)域南進(jìn)北擴(kuò)，不斷增大。遍及全國(guó)油菜主產(chǎn)區(qū)的油菜花景點(diǎn)，熙攘熱鬧的油菜花節(jié)，吸引著人們，帶著家人，伴著朋友，走向田野村莊。最早從1月、2月的廣東新會(huì)、云南羅平始，到3月的江西婺源、湖北荊門、江蘇興化，再到4月的陜西漢中，7月、8月的青海門源、甘肅民樂、內(nèi)蒙古海拉爾，都有美麗的油菜花海可以徜徉。

近年來，油菜周年開花技術(shù)研發(fā)逐漸成熟，秋冬季看油菜花已經(jīng)不再是奢望。2019年中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院油料作物研究所攜手全國(guó)油菜花第一縣江西婺源打造出秋季油菜花海景觀，通過新品種、新技術(shù)集成創(chuàng)新，攻克了低海拔地區(qū)夏季高溫種植油菜植株矮小、開花難、花色不艷、花期不長(zhǎng)等難題，8月初種植，9月下旬初花，10月進(jìn)入盛花期，打造出秋季金燦燦的油菜花海，讓國(guó)慶期間的游客異常驚喜，為美麗鄉(xiāng)村建設(shè)和花海經(jīng)濟(jì)找到了新的增長(zhǎng)點(diǎn)。2020年，該秋季油菜花海又在湖北武漢和松滋華麗綻放，10月、11月均可觀花，為疫情后湖北人民的生活增添了色彩。

傳統(tǒng)油菜花為黃色，花色相對(duì)單一?？茖W(xué)家們通過努力，發(fā)掘和培育出具有白色、金黃、橘黃、紅色、紫色等多種花色的多彩觀光油菜新品種（系）。這些多彩油菜品種花色燦爛，適于景觀設(shè)計(jì)，為觀光農(nóng)業(yè)發(fā)展提供了更多選擇。

彩色油菜花（圖片源自網(wǎng)絡(luò)）

曾經(jīng)湖北恩施州全州貧困發(fā)生率30.61%，這其中就包含恩施市和利川市交界處的朝東巖下方，坐落著人口3000余人的田鳳坪村。中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院油料作物研究所對(duì)口田鳳坪村進(jìn)行幫扶，結(jié)合當(dāng)?shù)禺a(chǎn)業(yè)布局，整合新品種、新技術(shù)、新成果，建設(shè)了高山油菜試驗(yàn)示范基地和良種繁育基地，以保護(hù)價(jià)回購(gòu)良種，讓村民吃下了增收致富的“定心丸”。同時(shí) 堅(jiān)持“以農(nóng)帶旅、以旅促農(nóng)、農(nóng)旅結(jié)合”發(fā)展思路，形成了種植、觀花、餐飲、民宿和特色農(nóng)產(chǎn)品銷售一體化發(fā)展新模式。如今田鳳坪千畝油菜花海成為恩施遠(yuǎn)近知名的網(wǎng)紅打卡景點(diǎn)。油菜觀賞不僅實(shí)現(xiàn)“美麗鄉(xiāng)村”理念，還切切實(shí)實(shí)為當(dāng)?shù)剞r(nóng)民帶來了經(jīng)濟(jì)效益，將油菜觀光打造成了當(dāng)?shù)氐囊粡埫瑸猷l(xiāng)村脫貧致富提供了可復(fù)制、可推廣的產(chǎn)業(yè)扶貧模式。

中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院油料作物研究所建所60周年油菜花大地藝術(shù)圖案（圖片源自中油所）

飼料油菜，為糧食安全做貢獻(xiàn)

油菜植株中蛋白質(zhì)含量與豆科牧草相當(dāng)，粗纖維含量低，粗脂肪和無氮浸出物含量較高，鈣含量高，粗蛋白質(zhì)含量、有機(jī)物消化能和磷含量接近豆科飼草，各種營(yíng)養(yǎng)成分高于谷草，營(yíng)養(yǎng)類型與豆科飼草類似，堪稱為品質(zhì)優(yōu)良的飼草。

近年來，華中農(nóng)業(yè)大學(xué)傅廷棟院士為了解決我國(guó)飼料供應(yīng)不足的問題，致力于飼用油菜產(chǎn)業(yè)化的研究，培育出飼油系列品種，并在多地建立飼用油菜生產(chǎn)模式。特別是在西北、東北地區(qū)，在小麥等主季作物收后到冬前2～3個(gè)月的農(nóng)田空閑時(shí)間，種植以收鮮草為目的的專用飼料油菜，飼料油菜青草產(chǎn)量比豆科牧草高1/2～1/3，畝產(chǎn)蛋白質(zhì)量顯著高于豆科牧草。羊吃了添加了油菜的飼料后，屠宰率和凈肉率都有提高，甲烷排放量減少。牛吃了添加了油菜的飼料后，體重增加快，產(chǎn)奶多，奶中蛋白質(zhì)含量提高、脂肪含量下降。該模式充分利用西、北部地區(qū)小麥等早熟作物收后的光、熱、水、土資源，不僅促進(jìn)了農(nóng)區(qū)養(yǎng)殖業(yè)發(fā)展，還有助于保護(hù)生態(tài)環(huán)境，改良土壤，應(yīng)用前景十分廣闊。飼料油菜還可以推廣到南方的約5000萬(wàn)畝冬閑田區(qū)域，生產(chǎn)出優(yōu)質(zhì)飼草除了作為牛羊飼料外，還能滿足其他畜禽（如雞、鴨、鵝）養(yǎng)殖的飼料需求。

基因編輯，讓油菜更全能

“十三五”期間，我國(guó)農(nóng)業(yè)科技進(jìn)步貢獻(xiàn)率超過60%，科技創(chuàng)新在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中所占據(jù)的比重越來越高，油菜也在育種學(xué)家?guī)资甑母牧枷?，擁有了眾多?yōu)良品質(zhì)和功能，油、菜、花、飼、肥、蜜多種用途得以全面發(fā)展。如今，基因編輯技術(shù)賦能油菜品種培育，依托基因編輯技術(shù)可以在短短幾年之間使油菜獲得“華麗變身”。

編輯RGA和IAA7基因后形成的矮化程度不同的油菜植株

（Cheng et al., 2020, Plant Biotechnology J）

利用CRISPR/Cas9基因編輯技術(shù)，華中農(nóng)業(yè)大學(xué)對(duì)控制油菜種子中油酸含量的FAD2及亞麻酸含量的FAD3基因進(jìn)行定點(diǎn)編輯，通過對(duì)轉(zhuǎn)基因后代的連續(xù)自交和回交，兩年內(nèi)即可獲得不帶有轉(zhuǎn)基因元件的高油酸低亞麻酸突變體，讓油菜油的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值更高。浙江大學(xué)和德國(guó)基爾大學(xué)合作，利用CRISPR/Cas9技術(shù)敲除了油菜中的“油脂消減基因（Seed Fatty Acid Reducers, 簡(jiǎn)稱SFARs）”，大幅度提升了油菜種子含油量。華中農(nóng)業(yè)大學(xué)、中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院油料作物研究所及德國(guó)科學(xué)家還通過突變油菜的裂角基因，提高油菜角果的抗裂性，降低機(jī)械聯(lián)合收獲時(shí)的落粒損失。中國(guó)農(nóng)科院油料所利用基因編輯技術(shù)敲除油菜MAX1基因，創(chuàng)制出油菜高產(chǎn)新株型優(yōu)異種質(zhì)，單株產(chǎn)量有望提高約20%。武漢市農(nóng)業(yè)科學(xué)院通過對(duì)BnaC2-GMYB28基因編輯獲得種子低硫苷油菜材料，可使油菜餅粕營(yíng)養(yǎng)更好。中國(guó)農(nóng)科院油料所和揚(yáng)州大學(xué)還建立了油菜的單堿基編輯技術(shù)，通過目標(biāo)基因單個(gè)堿基的替換，獲得了株高不同程度降低和抗除草劑的非轉(zhuǎn)基因材料，將有力推動(dòng)適合全程機(jī)械化生產(chǎn)的油菜新品種選育進(jìn)程。

隨著“基因編輯”技術(shù)的發(fā)展，我們有理由相信未來在這項(xiàng)技術(shù)的支持下，油菜產(chǎn)業(yè)能夠架起翅膀飛得更高！

出品：科普中國(guó)

撰稿：桑世飛（河南師范大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院生物技術(shù)系講師） 胡瓊（中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院油料作物研究所研究員、博士生導(dǎo)師）

監(jiān)制：中國(guó)作物學(xué)會(huì) 光明網(wǎng)科普事業(yè)部

統(tǒng)籌：程維紅 徐琴

策劃：宋雅娟 張蕃