农作物秸秆还田利用一直是困扰农业生产的难题。中科院合肥物质研究院专家利用离子束诱变技术，改变水稻茎秆细胞结构，使之在田间脆而不易倒伏，成熟收获时普通收割机耕过，这种“脆秆”随即“粉身碎骨”，就地还田肥地。近日在安徽肥西县的秋粮收割中，这项技术得到了现场验证。
脆秆水稻机械收割过程
收割后田间秸秆取样比较
反复、大量实验获得脆秆水稻
中科院合肥物质研究院离子束生物工程实验室刘斌美博士说，农作物秸秆还田可以让氮、磷等有效营养元素返回土壤，提高土壤肥力。但由于作物秸秆柔韧，机械难以粉碎。机收后如果不加处理，秸秆长期不腐解，直接影响以后季节作物播种和生长。所以每逢收获季节，许多农民焚烧秸秆，不仅带来严重的环境污染，还造成生物质资源浪费。如果能让秸秆变脆，就可以轻松将其粉碎。
目前国内外许多研究人员都在寻找让秸秆变脆的方法，但结果一直不理想，要不就是不够脆，无法让收割机粉碎。要不就是太脆，连正常的农业操纵都会折断茎秆。
刘斌美介绍，他们的课题组从作物品种自身的遗传入手，利用离子束辐照水稻种子，改变茎秆细胞木质素、纤维素含量和比例。在经过反复、大量实验后，这个课题组获得了一个突变体样品，其生长成熟后茎秆脆而不倒，叶片和谷粒都不表现脆性，能够进行正常的田间操作。进一步研究表明，突变体变脆主要是茎秆细胞纤维素含量降低、半纤维素和木质素含量增加所致。
脆秆突变体与对照的单株照片
大田生产照片
脆秆水稻也是畜牧业很好的饲料来源
离子束生物工程实验室为评价这个突变体的应用潜力，在合肥市肥西县开展了大面积田间生产试验，其表现出生长能力强、抗倒伏的特点，产量增加5%左右；抗病虫性没有明显变化；成熟期机械收割，其秸秆容易粉碎，粉碎的秸秆长度85%以上小于5厘米，最长不超过10厘米。
专家指出，这项技术机械作业负荷轻，解决了秸秆还田的难题，显示出广阔的应用前景。同时，脆秆水稻十分适宜家畜饲用，是畜牧业很好的饲料来源。
刘斌美说，课题组还在进一步研究这种脆秆水稻种植过程中的田间配套管理措施，包括化肥、农药用量，栽培方式等，并对这种水稻的品质进行更细致分析，争取将这项技术早日全面投入生产应用。
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技术生物所利用离子束诱变技术破解水稻秸秆还田难题
合肥物质科学研究院 2011-11-17
11月10日，晚秋微风，中科院合肥物质科学研究院技术生物所南岗实验基地，离子束诱变的脆秆水稻秸秆还田试验正在进行中，一大片水稻的秸秆在收割机身后“粉身碎骨”，地面上只留下一排排稻茬。参加试验的科研人员相互祝贺成功，围观的农民高兴地说：真得可以不用烧秸秆了！
作物秸秆还田可以让有效营养元素返回土壤，提高土壤肥力，是农业部重点推广农业新技术之一。但由于作物秸秆柔韧，机械难以粉碎，机收后秸秆过长，杂余成堆，耕作时不易翻压进土壤，造成秸秆长期不腐解，直接影响后季节作物播种和生长。
因此，作物秸秆处理一直是农业生产中的棘手问题，每逢收获季节狼烟四起，带来严重的环境污染并造成生物质资源浪费。据统计，全国每年烧掉的秸秆损失相当于6000万吨腐殖质和全国60%的氮、磷、钾化肥产量。
据离子束生物工程实验室刘斌美博士介绍，从作物品种自身的遗传入手可以从根本上解决秸秆还田的问题，通过改变茎秆细胞木质素、纤维素含量和比例，使之在田间茎秆脆而不易倒伏，成熟收获时秸秆易粉碎、机械能耗低。
为此，技术生物所和遗传发育所科研人员合作，利用离子束辐照水稻中籼9311和晚粳秀水110，获得3个水稻脆秆突变体，其中中籼9311后代2个突变体，叶片特别容易折断，无法进行田间管理；晚粳秀水110的脆秆突变体表现茎秆脆而不倒，叶片和谷粒都不表现脆性，能够进行正常的田间操作。
进一步研究表明，该突变体茎秆变脆主要是茎秆细胞纤维素含量降低、半纤维素和木质素含量增加所致。由一对隐性基因控制该性状的遗传，通过分子标记将该突变基因定位于水稻第8号染色体上，可能是一个新的水稻脆秆突变基因。
离子束生物工程实验室为评价该脆秆突变体的应用潜力，开展了大面积田间生产试验，该突变体表现分蘖力强、抗倒伏，产量较对照品种秀水110增加5%左右；成熟期机械收割，该突变体秸秆容易粉碎，粉碎的秸秆长度85%以上小于5cm，最长不超过10cm。收割机可将粉碎的秸秆均匀地散在田间，机械作业负荷轻，经计量统计，燃油损耗较对照品种约降低15%，解决了秸秆还田的难题，显示出很好的应用前景。
同时，脆秆水稻十分适宜家畜饲用，是畜牧业很好的饲料来源。研究人员将通过加快该突变体的品比试验和示范，争取早日投入生产应用，为实现我国农业的“低碳”目标作出贡献。
