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会员登录粮食安全在人口增长、气候变化和国际局势动荡的多重压力下正面临前所未有的挑战。当前农业系统对少数主粮的依赖度高，粮食安全和营养安全体系存在结构性风险。如何践行大食物观，在不确定性中重建可靠、有韧性的未来食物体系，成为世界关注的焦点。11月26日，中国科学院遗传与发育生物学研究所许操研究员团队应邀在Nature Communications发表综述论文Revitalizing orphan crops to combat food insecurity，系统分析了孤儿作物(Orphan crops)的农业价值、发展瓶颈、研究趋势，提出了AI赋能的整合生物育种策略，为挖掘农业的多种功能和发挥乡村的多元价值提供新思路。
01构建多样化食物体系迫在眉睫
全球仍有超过7亿人面临饥饿困扰；到2080年，全球人口预计增至103亿，粮食需求持续攀升。目前，全球农业能量供应的80%依赖于少数几种主粮作物，同时农作物品种高度同质化加剧了全球粮食体系的脆弱性，构建多样化食物体系迫在眉睫。在人类已知的约12,000种可食用植物中，真正进入粮食体系的不到250种，其中仅30种就承担了全球95%的植物源性热量供给。这意味着大量“耐旱、耐盐碱、耐贫瘠、高营养”的物种处于被忽视状态，丰富的生物多样性未得到有效利用。这类潜力巨大却未被充分开发的物种，被统称为Orphan Crops (孤儿作物/被忽视作物/小宗作物)，涵盖小米、黍、莜麦、荞麦、青稞、苦荞等耐逆小杂粮，以及多种豆类，块根类与特色果蔬等。
02孤儿作物突出优势与战略价值
孤儿作物具有三个突出优势：一是营养价值高，富含优质蛋白质、维生素和关键矿物质；二是抗逆能力强，具备耐干旱、耐盐碱、耐贫瘠和耐高温等特性；三是系统韧性强，通过丰富作物种类降低对主粮的依赖性，提高农业生态系统的稳定性。因此，Orphan crops不仅是“被忽视的作物”，更是蕴藏巨大潜力的未来粮源。它们有望成为气候变化时代的“应急粮”、营养升级时代的“健康粮”、乡村振兴时代的“特色粮”，以及种业自立自强时代的“战略粮”。然而，受限于系统性科研投入不足、育种体系不完善等因素，很多孤儿作物缺乏高产、优质、稳定的优良品种，生产应用长期处于“小而散”的状态，与其战略价值并不匹配。
03AI赋能的DSAP整合生物育种策略
研究团队提出了AI赋能的DSAP (De novo domestication + Speed breeding + AI-empowered phenomics)整合生物育种策略，通过从头驯化技术(De novo domestication)、育种加速器快速育种技术(Speed breeding)和AI赋能的表型组学技术(AI-empowered phenomics)的深度融合，全面加速种质创新、种质迭代、品种评价三个育种关键环节，为孤儿作物的高效改良提供系统性解决方案。使用从头驯化技术快速提高孤儿作物的产量和品质性状，保持其耐逆和风味等特色性状，使“野生作物”快速跃迁为“可规模化栽培的新作物”，加速种质创新。育种加速器快速育种技术则通过人工光源延长光周期，实现孤儿作物周年多代繁育，加速遗传重组与世代更替进程，大幅提高育种迭代速度，高效固定优良性状，缩短新品种选育周期。AI赋能的表型组学通过融合智能成像、传感监测和人工智能算法，实现对孤儿作物表型与环境参数的高通量、智能化采集与分析，提升种质筛选与品种评价的准确性和效率。将三项技术整合可形成贯穿育种全流程的“孤儿作物快速育种技术体系”，为孤儿作物从资源改良到新品种培育提供了高效育种路径。
图：AI赋能的DSAP育种策略
04孤儿作物与农业可持续发展
我国农业正朝更加注重粮食结构安全与系统安全的方向转型。孤儿作物作为一类耐逆、营养丰富且与地方生态高度适配的特色资源，正逐渐成为优化农业品种结构和推动产业升级的重要支点。这些作物往往根植于山区、干旱区和少数民族地区，在改善当地农业基础、延伸特色产业链方面具备天然优势，有助于发展乡村特色产业、扩宽农民增收渠道；同时，其所包含的地方品种与地标资源，也是维护生物多样性、促进生态系统稳定性的关键。随着更健康、多元、可持续的未来食物体系建设不断推进，前瞻系统化布局并快速培育孤儿作物，有望为大食物观提供“储备粮”，为农民增收提供“钱袋子”，为农业多功能发展和乡村多元价值发挥提供支撑。
05作者介绍及项目支持
中国科学院遗传发育所黄小珍副研究员和博士后苏得定为该论文的共同第一作者，许操研究员为通讯作者。该研究得到国家重点研发计划、国家自然科学基金、北京市智能温室蔬菜创新团队、中国科学院先导专项、中国科学院青年团队和中国科学院青年创新促进会等项目支持。
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