专稿 | 作物学“一带一路”联合实验室创新人才培养模式探索

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作物学“一带一路”联合实验室创新人才
培养模式探索

Exploration of the innovative talent cultivation model of the Belt and Road joint laboratory of crop science

作者单位

孟  敏1，袁伟斌2，李  论2，李金丽2，杜晓倩2，张朝阳2

1. 西北农林科技大学 农学院，陕西 杨凌  712100
2.西北农林科技大学 实验室安全与条件保障处，陕西 杨凌  712100

MENG Min1, YUAN Weibin2, LI Lun2, LI Jinli2, DU Xiaoqian2, ZHAGN Chaoyang2

1. College of Agronomy, Northwest A&F University, Yangling 712100, China

2.Office of Laboratory Safety  and Condition Support, Northwest A&F University, Yangling 712100, China

作者简介：

孟敏（1978—），女，吉林松原，博士，高级实验师，主要研究方向为实验教学、实验室管理。



通信作者:张朝阳（1977—），男，陕西武功，学士，处长，主要研究方向为实验室安全运行与管理、大型仪器设备开放共享。

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摘  要

“一带一路”共建国家面临农业转型与专业人才匮乏的双重挑战，传统农业教育存在课程衔接不足、资源调配低效、文化认知偏差等问题。文章详述了作物学“一带一路”联合实验室“三维四阶”创新人才培养模式：“三维”课程体系从知识筑基、能力进阶、文化赋能三方面，融合前沿理论与实践，提升学生专业素养与跨文化能力；“四阶”递进培养阶段通过基础入门、技能提升、综合应用与创新拓展，逐步强化学生解决实际问题的能力。同时，搭建三级联动实践体系，打通“研-学-用”全链条，促进科研成果转化。实践表明，该模式通过课程动态化、资源智能化等举措，有效解决现存问题，为国际农业合作培养复合型人才。该模式未来将拓展至多个领域，深化国际教育合作。

Abstract:[Objective] Against the backdrop of global economic integration and the in-depth advancement of the Belt and Road Initiative, international agricultural cooperation has recently emerged as a vital link for developing countries along various routes. However, these nations are facing a dual challenge: the urgent need for agricultural modernization and a critical shortage of professional expertise. Traditional agricultural education suffers from structural issues, including insufficient curriculum articulation, inefficient resource allocation, and cultural cognitive biases, which fail to meet the demand for the array of skills required in international agricultural cooperation. Hence, this study focuses on the field of crop science, utilizing a joint laboratory platform and aiming to develop an innovative talent cultivation model that facilitates cooperation between agricultural science and technology under the Belt and Road Initiative. Through systematic reform, it aims to enhance the professional capabilities, practical skills, and cross-cultural literacy of students, thereby cultivating high-quality specialists for international agricultural cooperation. [Methods] This study constructs a “Three-Dimensional, Four-Stage” innovative talent cultivation model for the Belt and Road Joint Laboratory of Crop Science. Centered on three core dimensions, the curriculum system integrates cutting-edge agricultural theories and practical courses to cultivate students’ professional competencies and cross-cultural communication skills. Knowledge Foundation: Advanced theories in crop genomics and digital agriculture are integrated using bilingual instruction and massive open online courses (MOOCs), with foundation courses in crop physiology and ecology strengthening students’ professional grounding and international academic communication. Competency Advancement: A capability matrix encompassing scientific research, technical transfer, and international negotiation is established. Project-based learning, including AI-assisted breeding projects, is implemented to cultivate students’ full-chain capabilities from laboratory research to industrial application. Cultural Empowerment: Courses such as “Comparative Study of Farming Civilizations,” combined with overseas field investigations and scenario simulations, enhance students’ cross-cultural collaboration and international policy interpretation skills. The “Four-Stage” progressive cultivation path systematically improves students’ ability to address practical agricultural problems through the following sequential phases: Basic Introduction—building a cognitive framework with standardized courses and basic experiments; Skills Enhancement—conducting complex experimental projects leveraging platforms such as molecular biology laboratories; Comprehensive Application—engaging in transnational breeding projects and regional agricultural engineering initiatives to integrate multidisciplinary knowledge; Innovation Expansion—exploring cutting-edge fields such as vertical agriculture and carbon sequestration to generate patents and policy recommendations. Additionally, a practical three-level linkage system, comprising campus smart farms, overseas joint experimental stations, and virtual simulation platforms, would be established to connect the entire research, learning, and application process, thereby facilitating the transformation and application of scientific research achievements. [Results] This model effectively alleviates the deficiencies of traditional agricultural education using strategies such as dynamic curriculum adjustment mechanisms and intelligent resource allocation, and the professional skills and cross-cultural collaboration abilities of students have improved significantly. With these cultivated talents, they can better adapt to the needs of international agricultural cooperation, promoting the transformation of scientific research achievements into practical productivity. [Conclusions] The Three-Dimensional, Four-Stage model constructed in this study provides a replicable talent cultivation paradigm for international agricultural cooperation under the Belt and Road Initiative. Its innovation lies in the deep integration of professional education with cross-cultural training, and scientific research with industrial application. In the future, a long-term follow-up evaluation will be necessary to assess the model’s long-term impact on students’ career development. The model should be expanded to fields such as animal husbandry and food science. Meanwhile, current plans include developing a meta-virtual laboratory platform and establishing a Belt and Road Agricultural Education Alliance to further integrate international resources and promote in-depth global agricultural education and scientific and technological cooperation.

关键词：作物学；一带一路；联合实验室；人才培养模式；三维四阶

Key words:  crop science; belt and road initiative; joint laboratory; talent cultivation model; three-dimensional and four-stage

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在全球经济一体化浪潮下，国际农业合作已成为“一带一路”共建国家共绘发展蓝图的重要纽带，为世界农业发展注入蓬勃活力。目前，中国与中亚、东南亚、中东欧等地区的农业合作已取得累累硕果。中国农业大学与哈萨克斯坦国立农业大学共建联合育种中心，通过资源共享与前沿技术融合，成功培育出多个适应中亚独特气候条件的高产农作物品种，为当地农业增产增收筑牢根基。中国农业科学院与罗马尼亚、哈萨克斯坦、乌拉圭等国共建联合实验室，围绕农业核心问题深入研究，推动先进农业技术在跨国间交流共享。西北农林科技大学在哈萨克斯坦等国设立海外农业科技示范园，全方位开展作物育种、节水灌溉、土壤改良等技术合作，将中国先进农业技术与经验成功落地海外。西北农林科技大学与乌兹别克斯坦塔什干水利与农业机械工程大学合作建设节水灌溉实验室，攻克干旱地区水资源利用难题，研发出高效节水灌溉系统，提升了水资源利用效率。西北农林科技大学发起成立的“丝绸之路农业教育科技创新联盟”已汇聚19个国家120所涉农高校及研究机构，成员聚焦作物基因组学、智慧农业装备等前沿领域，联合攻关产出一系列突破性科研成果，为区域农业可持续发展注入强劲动力。

随着传统农业生产方式向现代化、集约化升级，数字农业、生物育种等新兴技术成为发展新机遇，但专业人才匮乏成为阻碍先进技术应用与农业创新发展的最大瓶颈之一。在教育体系上，传统农业教育课程偏重单一学科知识传授，对多学科交叉融合及农业前沿技术关注不足，导致学生知识结构与现代农业发展需求脱节。在能力培养方面，由于缺乏实践与真实项目锻炼，学生在科研攻关、技术转化、国际谈判等关键能力上存在短板。文化差异也不容忽视，各国价值观、语言及行为习惯的差异，导致在国际合作中易产生沟通障碍与误解，影响项目推进。

作物学是农业科学的核心学科，西北农林科技大学依托联合实验室整合国内外优质教育资源，为培养适应国际农业合作需求的复合型人才创造有利条件[1]，构建作物学“一带一路”联合实验室创新人才培养模式。本研究提出“三维四阶”培养体系，力求全方位提升学生综合素质，为“一带一路”国际农业合作输送高素质人才[2]，推动沿线国家农业可持续发展与全球农业深度融合。

1  培养体系建设中遇到的问题

1.1  课程衔接度不足

由于缺乏全局性规划，课程团队间沟通协作不足，未能围绕“一带一路”共建国家各自需求，梳理不同课程间的逻辑关系与边界，使得课程内容在交叉部分出现重复，难以满足培养复合型农业科技人才的目标，不利于培养学生在“一带一路”农业合作项目中解决实际问题的能力。如“遗传学”“植物基因组学”两门课程[3-4]，在基因组部分的内容高度重合，学生重复学习导致学生学习效率低，还易引发倦怠情绪。

1.2  资源调配低效

实验室在“一带一路”共建国家配置了土壤养分检测仪、作物表型分析仪器等先进农业科研设备，这些设备可为农业发展提供科学依据与数据支撑，然而一些设备却常处于闲置状态。一方面是设备管理缺乏统筹安排，相关信息未能在各实验团队间共享，导致部分团队无法及时获取设备使用情况；另一方面是技术人员操作培训不足，设备无人使用。这种资源调配低效的状况，不仅造成科研资源浪费，还削弱了实验室为“一带一路”农业合作项目提供技术支持的能力，影响沿线国家农业科技创新与发展。

1.3  文化认知偏差

“一带一路”国家文化背景各异，学生对不同文化的理解与包容是开展跨国农业合作的重要基础。例如，部分学生对非洲国家农业发展模式缺乏深入了解[5]，仅凭片面认知便主观认为当地农业技术落后，在国际合作交流中表现出轻视态度。这种文化认知偏差会影响跨文化农业合作项目的推进，不利于构建“一带一路”农业科技合作的良好生态。

2 “三维四阶”理论框架设计

2.1 “三维”课程培养体系

西北农林科技大学与北哈萨克斯坦大学联合共建的陕西省作物绿色生产“一带一路”联合实验室（以下简称“联合实验室”），以培养适应现代农业发展需求的高素质人才为目标，构建基于知识、能力、文化素养提升的三维协同培养体系，通过系统化的课程设计与教学实践，全面提升学生专业素养、创新能力与国际视野，三维课程体系结构详见表1。



2.1.1  知识筑基：前沿理论与交叉融合的知识体系

联合实验室在课程体系设置上，深度融合前沿学科知识与基础理论，覆盖作物基因组学、数字农业等领域，在夯实学生专业根基的同时拓展知识边界[6]。在“作物基因组学”课程中，学生不仅要解析作物遗传信息，掌握基因编辑技术在品种改良中的应用，还要借助生物信息学工具挖掘优良基因。“数字农业”课程则将信息技术、人工智能与农业生产结合，使学生能够运用物联网设备监测农田环境，通过大数据分析实现精准生产决策。

基础理论课程采用“双语授课+慕课（MOOC）”的教学模式[7]，如“作物生理生态学”课程，在传授作物生理生态响应机制、光合作用等基础理论的同时，还可提升学生专业英语水平[8-9]，便于其阅读国际文献、参与学术交流。MOOC平台的引入，为学生提供了接触多元学术观点的渠道，拓宽知识视野。

2.1.2  能力进阶：科研创新与实践转化的能力矩阵

联合实验室以项目制学习为核心，构建“科研攻关- 技术转化-模拟国际谈判”的能力培养矩阵，强化学生综合实践能力[10]。在科研攻关方面，学生通过参与作物生长发育机制研究、病虫害防治技术探索等项目，提升解决关键科学问题的能力。技术转化相关课程则引导学生将实验室成果推向市场，通过与农业企业合作开展示范种植和技术培训，实现科研成果向生产力的转化。针对国际合作需求，着重培养学生国际谈判能力，要求学生学习国际农业贸易规则、知识产权保护等知识，熟悉各国农产品质量标准与关税政策。如“人工智能辅助育种”交叉创新课程，采用项目制学习形式，学生运用机器学习算法分析农业数据，建立品种选育模型，在实践中锻炼创新思维与跨学科应用能力。

2.1.3  文化赋能：文明互鉴与国际视野的素养培育

联合实验室开发了以“农耕文明比较研究”为代表的文化课程，结合海外调研与情景模拟教学，促进文化交流融合[11]，通过课堂上对比中国精耕细作[12]与欧美规模化农业[13]等不同生产模式，剖析文化差异对农业发展的影响，助力学生在国际合作中实现文化互补。农业政策解读等课程，则帮助学生了解各国农业补贴、贸易政策差异，为合作策略制定提供依据。

文化实践课程通过海外调研，让学生亲身体验不同国家农业发展模式与文化环境；情景模拟环节则还原农业贸易谈判、技术合作等场景，学生在角色扮演中运用跨文化交流技巧与国际规则进行协商，全方位提升跨文化意识与国际合作能力[14]。

2.2 “四阶”递进培养阶段

联合实验室在不同阶段设计了层次分明的培养方案，从基础认知到实践创新层层递进，确保人才培养过程循序渐进，全方位提升学生的专业素养与综合能力。培养路径从基础入门开始，逐步引导学生在专业领域深入探索，经历技能提升、综合应用，最终走向拓展创新，致力于为作物学领域培育出高素质、创新型的专业人才（表2）。



2.2.1  基础入门阶段

学生在该阶段要掌握专业领域的基础知识与基本操作技能。在作物学联合实验室人才培养中，学生学习作物学基本概念、分类、生长发育规律等基础知识，掌握显微镜使用、种子发芽实验操作等实验技能，为后续学习实践筑牢基础。

在课程资源方面，联合实验室开发了标准化的“作物学基础”课程体系，配套电子教材与实验指导手册，结合 MOOC视频资源，帮助学生快速建立专业认知。硬件设施上，基础实验教学中心设有标准化实验操作区，提供显微镜、培养箱等基础实验设备，满足种子发芽实验、植物细胞观察等基础实验需求。同时，安排经验丰富的实验员全程指导，规范学生实验操作流程，确保基础技能学习扎实有效。

2.2.2  技能提升阶段

在此阶段深化拓展学生的专业技能，让学生能运用所学知识解决较复杂问题。如在作物学领域，学生深入学习作物生理学、作物遗传学等课程，掌握作物生长发育生理生化机制和遗传变异规律，能独立设计并研究施肥对作物产量品质影响、分析作物遗传多样性等复杂实验项目，提升专业技能以应对实际工作问题。

课程设置上，实验室开设作物生理学、作物遗传学等核心专业课程，邀请学科领域知名教授授课，采用小班研讨、案例分析等教学方式，深化学生对专业知识的理解。开放分子生物学实验室、生理生化分析实验室等专业科研平台，依托基因测序仪、高效液相色谱仪等先进仪器设备，支持学生开展复杂实验项目。此外，实行“双导师制”，由学术导师和企业导师共同指导学生实验设计与项目开展，帮助学生将理论知识与实际应用相结合，提升专业技能。

2.2.3  综合应用阶段

该阶段着重培养学生整合运用多种技能和知识的能力，使其能在实际场景中灵活解决复杂问题，并参与实际项目。在作物学联合实验室人才培养中，学生可能参与国际联合育种项目，运用作物遗传学、育种学知识和实验技能，与国际团队合作开展种质资源收集、评价和利用工作，综合运用沟通协调、团队合作及专业知识技能实现项目目标。

为学生提供丰富的实际项目资源是该阶段的重要支撑。联合实验室与国内外农业企业、科研机构建立长期合作关系，积极承接国际联合育种、农业技术推广等实际项目，让学生参与种质资源收集、品种选育等具体工作。同时，联合实验室搭建了国际合作交流平台，定期组织国际学术研讨会、项目合作洽谈会等活动，锻炼学生跨文化沟通与团队协作能力。在项目执行过程中，实验室配备项目管理团队，从方案制定到成果验收全程把关，确保学生在实践中有效整合运用多种技能和知识。

2.2.4  能力拓展阶段

该阶段鼓励学生创新探索，培养学生独立思考和解决复杂问题的能力，为专业领域发展贡献新观点、新方法或解决方案。在作物学领域，学生尝试探索新兴技术应用，如利用基因编辑技术开发新种质资源、运用大数据和人工智能技术建立作物生长模型，使学生成长为推动作物学领域发展的创新型人才。

哈萨克斯坦学生阿拜·努尔加利耶夫在完成“作物基因组学”课程学习后分享道，通过CRISPR-Cas9技术改良小麦抗寒基因的虚拟仿真实验，我掌握了从基因定位到编辑验证的全流程方法，我有信心将所学应用于本土小麦品种改良，培育更能抵御严寒的作物，为哈萨克斯坦的粮食安全提供有力保障。塔吉克斯坦学生萨米拉・拉赫蒙在完成“中东欧农业政策比较”课程的海外调研后分享道，通过跨文化的学习体验，拓宽了我的国际视野，也让我在与不同国家的同学合作时，能够更加顺畅地沟通交流，共同探讨适合塔吉克斯坦农业发展的政策方向，助力农业政策的优化。乌兹别克斯坦学生贾法尔·阿齐莫夫完成跨国农业合作项目后感慨，在项目中我和不同国家的伙伴一起收集种质资源、开展育种研究，不仅提升了我的专业能力，更为我今后在乌兹别克斯坦农业发展中参与国际合作奠定了坚实基础。

3 “三维四阶”实验平台建设

3.1  构建三级联动实践体系

校内基地、海外站点和企业实验室形成协同流程：校内基地作为学生实践的基础平台，主要承担基础实验教学和部分科研项目的前期研究工作，学生在校内通过实验操作和理论学习，掌握基本的实验技能和研究方法；海外站点则为学生提供了参与国际合作项目和实践的机会，让学生在不同的文化和自然环境中锻炼自己的实践能力和国际交流能力；企业实验室则与产业紧密结合，学生在企业实验室可以参与实际的农业生产和技术研发项目，了解市场需求和产业发展动态，将科研成果转化为实际生产力。通过三级实践平台的协同运行，学生能够在不同的实践环境中提升自己的综合素质和实践能力，实现从理论学习到实际应用的有效转化。

校内智慧农场配备无人机巡田系统，能够对作物的形态、生长发育状况等进行高通量、高精度的监测和分析，为作物遗传育种研究提供大量的数据支持。无人机巡田系统可以快速获取农田的整体信息，包括作物生长状况、病虫害发生情况、土壤墒情等，实现对农田的精准管理。学生在校内智慧农场可以参与作物种植、田间管理、数据采集与分析等实践活动，将课堂所学知识应用到实际生产中，提高实践操作能力[15]。

在海外建立联合实验站，学生可以参与国际合作项目，研究适合当地种植的作物品种，开展栽培技术的试验与推广。同时，学生还可以与当地科研人员和农民进行交流与合作，了解不同国家的农业生产实际情况，培养国际合作能力和跨文化交流能力。

3.2  打通“研-学-用”全链条

3.2.1 科研成果转化为教学案例库

联合实验室将国内外小麦育种成果转化为教学素材，通过解构育种过程中的技术突破（如远缘杂交、分子标记辅助选择）、多国协作机制（种质资源互补、联合试验网络）及问题解决方案（杂交不亲和性克服、生态适应性改良），形成模块化教学案例。学生从这些教学案例中可以深入了解国际合作育种的实际过程，学习先进的育种技术和管理经验。李振声院士团队使用长穗偃麦草远缘杂交创制蓝粒小麦，不仅攻克杂种不育难题，更开创染色体工程育种新范式，成为国际作物遗传改良的经典教材[16]。案例重点呈现中外团队如何协同优化种质资源配置，培育适应不同生态区的新品种，使学生直观理解国际合作对育种效率的提升作用。

3.2.2  学生参与科研项目和标准制定

联合实验室鼓励学生参与制定《跨境种质资源交换标准》等，不仅能够提高学生的科研能力和专业素养，还能让学生了解国际农业合作中的规则和标准制定过程。在参与标准制定的过程中，学生通过文献调研发现当前国际种质资源交换面临三大核心矛盾：一是法律体系冲突，如《名古屋议定书》与WTO规则对遗传资源主权的不同界定；二是技术标准差异，如特殊审批流程导致资源流通延迟；三是信息共享不足，如全球种质资源未全部录入国际数据库。针对这些问题，学生团队提出分级管理方案：对非商业性科研资源开通快速审批通道，开发包含检疫证书、遗传信息表在内的标准化“资源交换包”。这些建议既考虑了国际规则兼容性，又融合了数字化管理新技术。通过实践，学生不仅掌握了标准制定的方法论，更深刻理解了农业国际合作中技术规范与政策法规的互动关系。这一过程培养了学生的研究能力、沟通能力和团队协作能力。

3.2.3  建立成果转化链

联合实验室建立了“论文-专利-标准”成果转化链。科研人员在开展科研项目的过程中，将研究成果撰写成论文发表，申请专利保护，同时将成熟的技术和经验转化为标准。这些成果通过技术转让等方式应用到农业生产中，实现了科研成果的价值。例如，实验室研发的一种新型作物栽培技术获得专利后，通过与企业合作进行技术转让，在农业生产中得到广泛应用，不仅提高了农作物的产量和质量，还为实验室带来了经济效益。将这些收益投入教学和科研中，形成良性循环，促进科教融合的深入发展。

4 “三维四阶”实践效果

联合实验室通过构建“三维四阶”培养体系，建立了作物学联合实验室人才培养范式。该体系以“认知、实践、创新、引领”为纵向发展轴线，同步推进“专业知识建构、科研能力培养、文化素养培育”三个横向维度，形成矩阵式培养架构。在具体实施中：认知阶段是学生在实验室轮转完成跨文化学习；实践阶段是依托跨境联合实验项目完成技能转化；创新阶段是通过参与标准制定等途径达成思维突破；最后学生在引领阶段实现角色转变。这一模式已为“一带一路”共建国家培养了具备作物遗传改良、种质资源管理等能力的专业人才，该模式将人才培养周期与国际农业合作项目周期深度耦合，使学员在解决实际产业问题的过程中完成“四阶”跃迁。

4.1  课程动态化夯实课程衔接度

在作物基因组学与数字农业课程教学实践中，通过引入基因编辑技术最新进展及国际精准农业典型案例，有效提升了课程内容与行业前沿的适配性。课堂教学数据显示，学生对前沿技术的理解深度显著增强，模拟实践中知识迁移应用能力得到有效锻炼。然而，受限于信息采集维度不足与分析机制滞后，部分新兴农业技术未能及时纳入课程体系，后续需构建多渠道信息采集网络，完善动态化课程调整的快速响应机制，确保课程内容与农业科技发展保持同步。

4.2  资源智能化提升协作效能

使用设备智能调度小程序整合海外设备，实现状态监测、智能预约、操作教程共享等功能，显著提升了实验资源跨区域协同效率。系统运行数据表明，技术人员使用设备的合理性与操作熟练度均实现提升。但在实际应用中，仍存在设备状态信息延迟更新、多平台兼容性不足等问题。未来需优化系统算法架构，加强与主流终端设备的适配性测试，构建更稳定高效的智能化资源管理平台。

4.3  评价多元化推动国际合作

将农业技术实践成效、国际学术贡献及跨文化协作能力纳入评估范畴，有效激发了学生参与国际农业合作的主动性。在多个农业技术应用项目中，充分验证了学生提出的创新方案的技术可行性与实践价值，使得国际学术交流参与度显著提升。但现有评价指标在权重分配及量化标准上仍存在主观性偏差，需进一步开展实证研究，构建基于层次分析法的权重优化模型，完善多维度评价指标的量化细则。

4.4  文化互鉴促进文化交流

通过跨文化理论课程教学、国际文化交流活动及海外实践项目等，培养了学生的跨文化沟通能力与文化包容意识。在国际农业合作实践中，学生在文化差异协调、技术交流融合等方面发挥了积极作用。但当前培养体系存在阶段性目标衔接不紧密、实践活动缺乏系统性设计等问题，建议构建递进式课程模块与实践项目矩阵，建立动态化效果评估机制，持续优化文化交融培养体系。

5  结语

作物学联合实验室培养模式在提升人才培养质量、促进国际农业合作等方面成效显著，为农业学科人才培育提供了具有价值的参考范例。展望未来，教学改革将积极向畜牧学、食品科学等领域拓展，构建国际化人才培养体系。同时，全力开发元虚拟实验室平台，打破时空限制，为学生营造沉浸式实验环境，激发学习兴趣与实践能力。此外，着力建立“一带一路”农业教育联盟，整合沿线国家教育资源，促进学术交流、学生交换与联合科研，全方位提升区域农业教育与科研水平，助力全球农业长远发展。

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引文格式：孟敏，袁伟斌，李论，等. 作物学“一带一路”联合实验室创新人才培养模式探索[J]. 实验技术与管理, 2025, 42(9): 21-26.

Cite this article:  MENG M, YUAN W B, LI L, et al. Exploration of the innovative talent cultivation model of the Belt and Road joint laboratory of crop science[J]. Experimental Technology and Management, 2025, 42(9): 21-26. (in Chinese)

《实验技术与管理》2025年09期P21-26

DOI: 10.16791/j.cnki.sjg.2025.09.004



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