未来农业在数字化道路上能走多远？

伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校作物科学教授Stephen Moose正在探索农业的数字化未来。在新宣布的2500万美元资金支持下，他将与几所研究机构的同事们共同领导NSF科学技术中心关于可编程植物系统的研究开发。近日Moose教授接受采访，介绍了这个新计划。

什么是数字化农业，我们为什么需要它?

尽管我们对植物和植物相关生物的生物学理解取得了巨大的进展，但最基本和至关重要的一些问题仍然没有得到解答。比如植物对干旱、高温、高二氧化碳、缺氮和病原体等多种胁迫的反应，对这些问题我们仍然缺乏完整的遗传和生理学认识。对于影响植物大小、形状和结构的因素，以及控制植物生长、发育、与有益或致病微生物相互作用的机制等，我们也只有基本的了解。

目前的植物育种和遗传学方法很强大，但需要提高效率。与此同时，我们见证了数据驱动分析、纳米技术、合成生物学、成像和机器人技术的爆炸性增长。这些进展有望在植物科学领域掀起一轮新的发现和创新浪潮。我们设想通过新的传感器硬件来捕捉和数字化植物的物理及生物参数从而提高生产力。这将使得植物及其相关生物可以直接与数字领域进行交流。我们还希望创建一个“生物互联网”，在其中可编程植物系统报告它们的深层生物学，并对来自处理数据的信号做出反应。

植物将如何进行数字通信?

我们将开发一套生物技术工具，将隐藏的植物过程转换为数字信号，并使植物过程对数字输入作出反应。这些创新将调节植物、植物相关微生物和昆虫之间的双向交流，并将建立一个新的数字框架来处理这些系统的信息和程序调整。例如，我们的目标是设计一种植物，使地下土壤微生物的活动通过地面上的叶子被报告，这样将会更加容易监测。这些信息可以用来规划植物生长的变化，优化灌溉或施肥的时间，以进一步提高作物产量。

这将如何推进适应气候变化方面的努力?

植物不断地整合环境信息，调整自己的生长。我们希望，可编程植物系统的创建使数据驱动的方法能够更好地了解植物如何应对环境变化，尤其是在不同的生物尺度。比如，目前对作物生产力建模的努力将植物视为一个静态实体，但可编程植物将改进这些模型，以更好地预测作物在未来环境中的表现。

这种方法还能带来哪些其它创新?

我们将在实地部署我们的可编程植物系统，并期望分析大量的数据。我们的中心将为自动化数据采集、无线数据传输和云处理开发新的策略。这些创新不仅可以促进更多发现，还可以在数字农业中得到更广泛的应用。

这项工作面临的最大挑战是什么?

创建可编程植物将是一个挑战，因为它们目前还只是一个需要原型的设计概念。然而，我们这个跨机构的研究团队其中一个主要优势是在利用遗传学和基因组编辑植物改良方面的经验。该中心将探索机器人和自动化如何加快创建可编程植物。

 伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校(Illinois) 

官方微信公众号

往期精彩回顾

重要！！2021秋季学期防疫规定更新

开学啦！琼斯校长的欢迎片（视频）

2021春季 Dean's List 获奖名单来了！

欢迎入住香槟！（图集）

厉害了！伊大毕业生首获ACM博士论文奖