目前我國(guó)玉米育種遇到哪些挑戰(zhàn)？如何打贏玉米種業(yè)翻身仗？新聞周刊記者專(zhuān)訪(fǎng)了中國(guó)工程院院士、四川農(nóng)業(yè)大學(xué)玉米研究所榮譽(yù)所長(zhǎng)榮廷昭。

 

      前言核心觀(guān)點(diǎn)

 

      目前我國(guó)玉米種植自主選育品種面積占比超過(guò)90%，玉米單產(chǎn)從2001年的313公斤/畝，提高到2020年的421公斤/畝，玉米育種對(duì)單產(chǎn)水平的貢獻(xiàn)占到45%以上。

 

      與先進(jìn)國(guó)家相比，我國(guó)玉米育種總體上還存有一定差距，在不同領(lǐng)域呈現(xiàn)出領(lǐng)跑、并跑和跟跑共存的態(tài)勢(shì)。

 

      我國(guó)玉米單產(chǎn)水平目前只有世界先進(jìn)水平的60%左右，面臨利用優(yōu)良品種選育與應(yīng)用提高玉米單產(chǎn)的強(qiáng)烈現(xiàn)實(shí)需求 。

 

      引言

 

      玉米是我國(guó)生產(chǎn)面積最大的糧食作物，約占糧食種植總面積的35%，其產(chǎn)量接近全年糧食總產(chǎn)量的40%，對(duì)保障國(guó)家糧食安全具有舉足輕重的作用。

 

      我國(guó)是世界第二大玉米生產(chǎn)國(guó)，但不是玉米起源地，種質(zhì)資源匱乏，玉米育種很大程度上依賴(lài)外來(lái)種質(zhì)的引進(jìn)與利用。依托科技創(chuàng)新突破，目前我國(guó)玉米種植自主選育品種面積占比達(dá)到90%以上。玉米單產(chǎn)從2001年的313公斤/畝，提高到2020年的421公斤/畝，玉米育種對(duì)單產(chǎn)水平的貢獻(xiàn)占到45%以上。

 

      從單產(chǎn)增長(zhǎng)和自主品種占比這兩個(gè)因素看，我國(guó)玉米育種科技進(jìn)步很快，玉米育種水平總體上已躍居世界先進(jìn)行列。另一方面，我國(guó)玉米單產(chǎn)水平目前只有世界先進(jìn)水平的60%左右，面臨利用優(yōu)良品種選育與應(yīng)用提高玉米單產(chǎn)的強(qiáng)烈現(xiàn)實(shí)需求。如何破解我國(guó)玉米種業(yè)發(fā)展“卡脖子”問(wèn)題，突破單產(chǎn)瓶頸？

 

      玉米是我國(guó)生產(chǎn)面積最大的糧食作物，我國(guó)玉米育種水平在國(guó)際上處于什么位置？

 

      我和我的團(tuán)隊(duì)認(rèn)為，整體來(lái)看，我國(guó)玉米育種科技進(jìn)步很快，有效支撐了國(guó)家玉米生產(chǎn)和產(chǎn)業(yè)發(fā)展，為保障國(guó)家糧食安全作出了重大貢獻(xiàn)。

 

      “十三五”以來(lái)，新培育了一批豐產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)、宜機(jī)收籽粒新品種，在鮮食玉米和青貯玉米品種選育上成效顯著，進(jìn)一步呈現(xiàn)出專(zhuān)用化和多樣化的良好發(fā)展態(tài)勢(shì)。

 

      在前沿基礎(chǔ)研究方面，我國(guó)科學(xué)家近年來(lái)取得了系列創(chuàng)新成果；先后克隆解析了一批玉米產(chǎn)量、株型、抗病、耐旱等多個(gè)重要性狀的關(guān)鍵基因，發(fā)表的高水平研究論文處于全球第一方陣。

 

      現(xiàn)代育種技術(shù)研發(fā)方面，在單倍體育種、轉(zhuǎn)基因、基因編輯、全基因組選擇等領(lǐng)域某些關(guān)鍵技術(shù)有所突破，提升了我國(guó)玉米育種的技術(shù)水平。

 

      與美國(guó)等先進(jìn)國(guó)家相比，我國(guó)玉米育種總體上還存有一定差距，在不同領(lǐng)域呈現(xiàn)出領(lǐng)跑、并跑和跟跑共存的態(tài)勢(shì)。

 

      你帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)取得了哪些玉米種業(yè)核心技術(shù)突破？

 

      我們四川農(nóng)業(yè)大學(xué)玉米研究所立足西南，圍繞我國(guó)玉米遺傳育種關(guān)鍵技術(shù)和應(yīng)用基礎(chǔ)理論，致力于玉米種質(zhì)創(chuàng)新、雜種優(yōu)勢(shì)利用和重要育種目標(biāo)性狀遺傳基礎(chǔ)研究，推動(dòng)西南及我國(guó)玉米種業(yè)發(fā)展。

 

      一是創(chuàng)新了熱帶種質(zhì)選系方法，創(chuàng)制系列骨干自交系，育種利用成效顯著。上世紀(jì)80年代，團(tuán)隊(duì)提出合成“育種用群體”，設(shè)計(jì)了把群體遺傳研究、群體改良與自交系、雜交種選育同步進(jìn)行的育種新方法，提出熱帶種質(zhì)直接選系新途徑，把熱帶種質(zhì)的優(yōu)點(diǎn)與溫帶種質(zhì)的優(yōu)點(diǎn)組合到雜交的一代種中，即“溫帶種質(zhì)×熱帶種質(zhì)”組配模式，成功選育西南玉米育種第二輪優(yōu)良骨干自交系48-2和S37。這兩個(gè)自交系所組配的川單9號(hào)、雅玉2號(hào)及貴畢系列等代表性的豐抗兼優(yōu)雜交種10余個(gè)，推廣期間增產(chǎn)玉米20多億公斤。

 

        “十三五”期間我們最新培育的“川單99”，具有高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)、抗倒抗逆、適應(yīng)性廣和糧飼兼用等突出特點(diǎn)，在生產(chǎn)示范中創(chuàng)造了我國(guó)南方玉米30畝以上連片的平均畝產(chǎn)1078.17公斤高產(chǎn)紀(jì)錄，2022年還有望通過(guò)黃淮海地區(qū)國(guó)家審定，該品種已成為西南區(qū)最具市場(chǎng)影響力和推廣面積最大的品種。

 

      二是開(kāi)創(chuàng)了玉米近緣屬資源在玉米營(yíng)養(yǎng)體雜種優(yōu)勢(shì)利用上的新途徑。為解決在南方發(fā)展草食性畜牧業(yè)所面臨的飼草料短缺矛盾，提出了利用玉米近緣屬（種）多分蘗、再生能力強(qiáng)、生長(zhǎng)茂盛、抗逆性好和栽培玉米生產(chǎn)種子容易等特點(diǎn)選育新型“飼草玉米”品種的技術(shù)路線(xiàn)，攻克了玉米近緣屬/種間雜交障礙與生產(chǎn)利用的國(guó)際性難題，首創(chuàng)了玉米/近緣屬人工合成新材料，提供了培育飼草型玉米品種原創(chuàng)性種質(zhì)，選育推廣了“玉草5號(hào)”等多年生系列飼草型新品種，取得了良好的社會(huì)與生態(tài)效益。

 

      三是推動(dòng)了西南玉米育種重要性狀的遺傳基礎(chǔ)研究。鑒定了一批耐旱、耐低磷、耐穗腐的抗逆資源，克隆了多個(gè)抗逆、抗病、養(yǎng)分高效和雄性不育等性狀的功能基因，在全基因組選擇方法上做了新的探索，取得了積極進(jìn)展。

 

      下一步，我們將圍繞籽粒玉米、鮮食玉米、青貯飼草玉米的種質(zhì)創(chuàng)新和抗逆、抗病、高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)和宜機(jī)收等重要育種目標(biāo)性狀遺傳基礎(chǔ)及前沿生物技術(shù)開(kāi)展科學(xué)研究與技術(shù)攻關(guān)。

 

      我國(guó)玉米單產(chǎn)水平目前只有世界先進(jìn)水平的60%左右。我國(guó)玉米種業(yè)發(fā)展的“卡脖子”問(wèn)題有哪些？

 

      我國(guó)玉米單產(chǎn)水平較低，不全是玉米品種的因素。

 

      玉米單產(chǎn)是由品種、耕地、氣候、栽培技術(shù)、生產(chǎn)方式以及投入等綜合因素決定的。我國(guó)玉米生產(chǎn)條件遠(yuǎn)不如美國(guó)、歐洲等世界先進(jìn)水平區(qū)域，也不及阿根廷、巴西等南美國(guó)家，而且我國(guó)不同區(qū)域之間還有很大差異。

 

      我國(guó)除東北、華北有相對(duì)較好的生產(chǎn)條件之外，黃淮海夏玉米區(qū)主體上是一年兩熟制，單產(chǎn)低于一年一熟制；西南丘陵山地玉米區(qū)的生產(chǎn)條件更為薄弱和復(fù)雜多樣，單產(chǎn)顯著低于全國(guó)平均水平。

 

      但是，優(yōu)良品種選育與應(yīng)用確實(shí)是提高玉米單產(chǎn)的關(guān)鍵因素。比如，四川農(nóng)業(yè)大學(xué)玉米研究所培育的“川單99”，在生產(chǎn)示范中創(chuàng)造了畝均1078.17公斤的高產(chǎn)紀(jì)錄，將為提升西南區(qū)的玉米單產(chǎn)提供新的科技支撐。

 

      目前我國(guó)玉米種業(yè)發(fā)展面臨以下幾個(gè)亟需突破的關(guān)鍵問(wèn)題。

 

       一是種質(zhì)資源及相關(guān)基礎(chǔ)研究仍然薄弱，原創(chuàng)性種質(zhì)缺乏。我國(guó)玉米育種在很大程度上依賴(lài)外來(lái)種質(zhì)的引進(jìn)與利用。目前對(duì)現(xiàn)已經(jīng)收集保存資源的精準(zhǔn)鑒定和優(yōu)異基因挖掘較薄弱，難以有效支撐種質(zhì)改良取得重大突破。突出表現(xiàn)在，一些育種單位一旦發(fā)現(xiàn)國(guó)內(nèi)外有苗頭的優(yōu)良新品種，就千軍萬(wàn)馬走獨(dú)木橋，進(jìn)行模仿育種或修飾改良，而不是堅(jiān)持漸進(jìn)式、迭代式改良。這導(dǎo)致近年來(lái)雖然審定了一大批品種，但同質(zhì)化嚴(yán)重，自主原創(chuàng)性突破種質(zhì)少。

 

      另一方面，圍繞種質(zhì)資源的基礎(chǔ)研究不夠深入和系統(tǒng)，跟蹤前沿生物技術(shù)和熱點(diǎn)領(lǐng)域的研究較多，具有獨(dú)立原創(chuàng)探索性的研究較少，所產(chǎn)生的數(shù)據(jù)或揭示的機(jī)理創(chuàng)新性不強(qiáng)，對(duì)玉米育種理論或方法具有原創(chuàng)性的指導(dǎo)有限。

 

      二是關(guān)鍵育種技術(shù)的研發(fā)應(yīng)用不足，提升育種整體水平有限。以?xún)?yōu)良種質(zhì)為基礎(chǔ)，廣泛應(yīng)用以轉(zhuǎn)基因和分子標(biāo)記為主體的現(xiàn)代生物技術(shù)手段，是增加特殊性狀、提高選育效率和縮短育種周期的主要途徑。目前我國(guó)在育種技術(shù)上尚處于從“傳統(tǒng)常規(guī)育種2.0”向“分子育種3.0”融合階段，以基因編輯、全基因組選擇、人工智能設(shè)計(jì)育種為代表的現(xiàn)代玉米生物育種技術(shù)仍處于研發(fā)階段；大數(shù)據(jù)分析、信息化以及軟件系統(tǒng)開(kāi)發(fā)與應(yīng)用不夠；玉米分子育種技術(shù)和常規(guī)育種在實(shí)際應(yīng)用中結(jié)合還不夠緊密，對(duì)育種整體技術(shù)水平提升作用有限，現(xiàn)有生產(chǎn)品種幾乎全是利用常規(guī)方法選育而成。

 

      三是產(chǎn)業(yè)研發(fā)組織模式效率不高，種業(yè)國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力不強(qiáng)。我國(guó)長(zhǎng)期以來(lái)育種研發(fā)創(chuàng)新力量主要聚集在科研院所，企業(yè)主要從事種子生產(chǎn)推廣經(jīng)營(yíng)，商業(yè)化育種起步晚。隨著2000年種子法出臺(tái)，激勵(lì)和增加了企業(yè)從事育種研發(fā)的隊(duì)伍，但存在科研資源分散和低水平重復(fù)等問(wèn)題。

 

      我國(guó)玉米種業(yè)關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)的主要方向應(yīng)包括哪些？

 

      我們團(tuán)隊(duì)共同研究認(rèn)為，我國(guó)玉米種業(yè)關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)總體上應(yīng)以?xún)?yōu)良種源創(chuàng)新為目標(biāo)，加強(qiáng)生物技術(shù)育種與傳統(tǒng)育種技術(shù)的緊密結(jié)合，持續(xù)推動(dòng)傳統(tǒng)育種技術(shù)的改造升級(jí)，實(shí)現(xiàn)育種精準(zhǔn)化、高效化和規(guī)?；Ｍ瑫r(shí)需要研發(fā)種子安全高效生產(chǎn)的工程化技術(shù)。

 

      一是優(yōu)異資源發(fā)掘與利用。加強(qiáng)優(yōu)良種質(zhì)資源的收集、保護(hù)和鑒定工作，建立不同生態(tài)區(qū)域的標(biāo)準(zhǔn)化、高通量試驗(yàn)鑒定平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)玉米種質(zhì)資源的快速精準(zhǔn)鑒定，對(duì)表型優(yōu)異、分屬不同雜優(yōu)類(lèi)群的優(yōu)異種質(zhì)，開(kāi)展目標(biāo)性狀的規(guī)?；?、精準(zhǔn)鑒定與多生態(tài)評(píng)價(jià)。

 

      二是現(xiàn)代生物技術(shù)育種研發(fā)與應(yīng)用。加快轉(zhuǎn)基因技術(shù)產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用，是縮小與世界先進(jìn)育種水平差距的重要途徑。突破基因編輯、全基因組選擇、分子設(shè)計(jì)育種等前沿育種技術(shù)的研發(fā)瓶頸，開(kāi)展人工智能技術(shù)、大數(shù)據(jù)深度融合技術(shù)研發(fā)，并加大這些前沿技術(shù)在育種程序中的應(yīng)用探索，為提升我國(guó)育種技術(shù)水平提供有效支撐。

 

      三是玉米育種前沿基礎(chǔ)理論研究。加大利用和發(fā)展組學(xué)技術(shù)，強(qiáng)化玉米分子生物學(xué)、基因工程技術(shù)的應(yīng)用，規(guī)?；诰蛴衩赘弋a(chǎn)和綠色高效等重要農(nóng)藝性狀形成的關(guān)鍵基因，解析性狀調(diào)控網(wǎng)絡(luò)和種質(zhì)資源演化規(guī)律，攻克重要性狀形成的分子基礎(chǔ)等重大科學(xué)問(wèn)題，為創(chuàng)制突破性新種質(zhì)提供技術(shù)基礎(chǔ)和基因資源。

 

      推動(dòng)形成以育種企業(yè)為主體、產(chǎn)學(xué)研企結(jié)合，育繁推一體化的育種體系，在體制機(jī)制創(chuàng)新方面，你有哪些建議？

 

      一是健全種業(yè)創(chuàng)新鏈組織體系。參照發(fā)達(dá)國(guó)家經(jīng)驗(yàn)和我國(guó)發(fā)展實(shí)際，充分發(fā)揮科研院所和企業(yè)的雙向互補(bǔ)優(yōu)勢(shì)，構(gòu)建具有中國(guó)特色的種業(yè)創(chuàng)新鏈研發(fā)體系；形成科研院所以玉米種質(zhì)資源發(fā)掘創(chuàng)新、基礎(chǔ)理論與共性技術(shù)攻關(guān)為主體和企業(yè)聚焦流水線(xiàn)、規(guī)?；?、商業(yè)化育種的研發(fā)任務(wù)分工組織體系。

 

      二是深化科企合作的利益聯(lián)結(jié)機(jī)制。育種體系構(gòu)建要以市場(chǎng)為導(dǎo)向、以利益聯(lián)結(jié)為基礎(chǔ)，逐步形成以企業(yè)投資為主體和政府項(xiàng)目經(jīng)費(fèi)為激勵(lì)的投資體系，保障科研院所的研發(fā)經(jīng)費(fèi)，切實(shí)提高科研人員待遇，使從事上游的公益性研究人員能潛心攻克種源創(chuàng)新關(guān)鍵技術(shù)和創(chuàng)制原創(chuàng)新種質(zhì)，突破科企之間以品種轉(zhuǎn)讓為主體的簡(jiǎn)單合作關(guān)系。

 

      三是切實(shí)加強(qiáng)知識(shí)產(chǎn)權(quán)保護(hù)。新種子法強(qiáng)調(diào)了對(duì)原始品種的保護(hù)，將對(duì)保護(hù)創(chuàng)新和投資積極性起到促進(jìn)作用。從長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看，要考慮加入U(xiǎn)POV公約1991版，進(jìn)一步加大知識(shí)產(chǎn)權(quán)保護(hù)力度，從根本上激勵(lì)企業(yè)加大研發(fā)經(jīng)費(fèi)投入。

 

      如何才能打贏玉米種業(yè)翻身仗？

 

      支持玉米種業(yè)發(fā)展列為國(guó)家中長(zhǎng)期戰(zhàn)略規(guī)劃。玉米種業(yè)科技具有研發(fā)周期長(zhǎng)和生命科學(xué)前沿技術(shù)應(yīng)用廣泛的雙重屬性，是大國(guó)競(jìng)爭(zhēng)的高科技領(lǐng)域，需要持之以恒與久久為功。

 

      重視玉米種業(yè)發(fā)展規(guī)劃的區(qū)域性。我國(guó)幅員遼闊，不同玉米生態(tài)區(qū)具有獨(dú)特的氣候條件，育種目標(biāo)和種質(zhì)利用區(qū)域特色明顯。對(duì)玉米育種科研計(jì)劃既要堅(jiān)持分層分工，也要分區(qū)域組織，統(tǒng)籌支持中央和地方的科研力量。

 

      加大種業(yè)高層次人才培養(yǎng)?？蒲性盒Ｔ谂囵B(yǎng)人才的過(guò)程中要加強(qiáng)與種業(yè)企業(yè)的合作，了解種業(yè)和育種發(fā)展需要什么樣的人才，避免人才培養(yǎng)的單一化和知識(shí)結(jié)構(gòu)的不合理，分類(lèi)培養(yǎng)適應(yīng)現(xiàn)代生物技術(shù)育種要求的高級(jí)人才隊(duì)伍，為打好玉米種業(yè)翻身仗做好人才支撐。

 

      來(lái)源：新聞周刊