編輯｜智種網(wǎng)（智種網(wǎng)NOVOSEED)

 

      來源｜SABRAO J. Breed. Genet.

 

      有關(guān)熱帶和亞熱帶地區(qū)私營部門作物育種研究經(jīng)驗(yàn)的公開信息非常有限。本文旨在反映我在跨國種子公司從事雜交作物田間育種工作 23 年的經(jīng)驗(yàn)。

 

      本文中的信息也是基于與溫帶地區(qū)（A. Forrest Troyer 博士和 Everett Gerrish 博士）以及熱帶和亞熱帶地區(qū)（Walter L. Trevisan）一些最杰出的玉米育種家的直接接觸。福雷斯特博士在美國非常成功地開發(fā)了一些著名的先鋒雜交種，他還擔(dān)任過 DeKalb Genetics 公司的副總裁和嘉吉種子公司的顧問。目前，他是美國伊利諾伊大學(xué)厄巴納分校作物科學(xué)系植物育種副教授。從 20 世紀(jì) 50 年代初到 1990 年，杰里什博士（已退休）一直擔(dān)任嘉吉公司的國際聯(lián)絡(luò)員。杰里什博士過去是/現(xiàn)在仍然是一位熱情洋溢的玉米育種專家，對玉米陸地品系有著豐富的知識(shí)，在種質(zhì)引種的力量和異交群體的分類方面有著豐富的經(jīng)驗(yàn)。在他的一生中，杰里什幫助許多育種家制定了成功的育種計(jì)劃。沃爾特（也是接受過格瑞施指導(dǎo)的育種家之一）曾于 1991 年至 2002 年擔(dān)任嘉吉國際玉米育種總監(jiān)，之后在美國擔(dān)任孟山都地區(qū)玉米育種負(fù)責(zé)人多年，目前負(fù)責(zé)為非洲開發(fā)節(jié)水玉米（WEMA）的玉米育種項(xiàng)目以及孟山都在美國以外的幾個(gè)熱帶和溫帶育種項(xiàng)目。在我和玉米育種團(tuán)隊(duì)將孟山都打造成亞洲最高效、最成功的育種團(tuán)隊(duì)/育種項(xiàng)目的過程中，Gerrish 博士和 Walter 在各個(gè)環(huán)節(jié)上都給予了我大力支持。有些信息也是基于與種子公司高層管理人員的直接接觸，如泰德-克羅斯比博士（Dr. Ted Crossbie）、布雷特-D-貝格曼（Brett D. Begemann）和查魯克-昆塔那魯特米特庫（Charuk Kuntanarutmitkul）?？肆_斯博士曾擔(dān)任孟山都公司全球作物育種負(fù)責(zé)人長達(dá) 15 年之久，是孟山都公司知識(shí)和指導(dǎo)的持續(xù)來源。布雷特的現(xiàn)任職務(wù)是孟山都公司執(zhí)行副總裁、首席商務(wù)官，2001-2003 年期間曾擔(dān)任亞太區(qū)業(yè)務(wù)主管。查魯克（已退休）曾于 1984 年至 1998 年擔(dān)任嘉吉種子公司的亞洲種子經(jīng)理，并在孟山都工作了十年，擔(dān)任過不同的管理職位。

 

      本文旨在與下一代育種人員或研究人員分享經(jīng)驗(yàn)和信息，使他們了解在私營部門負(fù)責(zé)作物育種項(xiàng)目時(shí)事業(yè)成功的關(guān)鍵因素。

 

      建立新的研究站和大田作物的農(nóng)場管理

 

      當(dāng)公司開始發(fā)展壯大時(shí)，就會(huì)面臨增加研究站數(shù)量和向不同地區(qū)擴(kuò)張的壓力，從而使公司從競爭對手那里獲得市場份額，并覆蓋目前的工作尚未覆蓋的新地區(qū)。作物育種經(jīng)理在選擇新站時(shí)，需要仔細(xì)考慮公司未來的長期戰(zhàn)略。新的育種站必須代表當(dāng)前和未來目標(biāo)地區(qū)的大部分環(huán)境條件。對作物將擴(kuò)展或替代其他作物的地區(qū)進(jìn)行深入的市場調(diào)研至關(guān)重要，在提出任何最終建議之前，都必須對其進(jìn)行全面分析。選擇新站點(diǎn)的標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)包括：土壤結(jié)構(gòu)和肥力、水源、安全、潛在的洪水問題、安保、周邊環(huán)境、政府政策以及是否有土地可用于擴(kuò)大未來發(fā)展的規(guī)模。在建立初期，改善田間條件是最具挑戰(zhàn)性的目標(biāo)。改善田間條件包括平整土地，最大限度地提高均勻度，改善土壤結(jié)構(gòu)和肥力，使其處于適合作物生長和發(fā)育的狀態(tài)。改善田間條件的詳細(xì)情況見下段。

 

      在私營部門，盡快將新的田地用于苗圃或試驗(yàn)的壓力總是很大。研究經(jīng)理必須有良好的視野和優(yōu)先權(quán)，確定在田間何處開始育種，何處進(jìn)行改良。公司必須為土壤改良分配足夠的長期預(yù)算。必須改良土壤結(jié)構(gòu)和肥力，使苗圃和/或試驗(yàn)?zāi)苡辛己玫慕ㄖ?、生長和發(fā)育。在良好的土壤條件下，大田作物育種會(huì)比劣質(zhì)土壤條件下更有效。我的經(jīng)驗(yàn)表明，在最佳土壤條件下，新品種的選育比在土壤脅迫下更有效。在良好的土壤肥力和結(jié)構(gòu)條件下，玉米育種者將有更大的機(jī)會(huì)在較高的植株密度下種植分離育種材料，從而有足夠的選擇壓力來實(shí)現(xiàn)良好的絲穗同步和更好的根莖。同步性好的玉米雜交種通常具有較高的耐旱性和產(chǎn)量穩(wěn)定性。

 

      土壤均勻性是作物育種工作取得成效的另一個(gè)關(guān)鍵因素，應(yīng)長期堅(jiān)持并不斷改進(jìn)。育種者希望表型差異主要是基因型造成的，而不是環(huán)境影響造成的。田間均勻性包括土地坡度和養(yǎng)分分布。整個(gè)育種區(qū)塊的灌溉必須均勻一致。最好將病蟲害控制在最低水平，因?yàn)檫@樣可以更有效地利用從外部引進(jìn)或外來的種質(zhì)，擴(kuò)大遺傳多樣性。從國外引進(jìn)的種質(zhì)通常適應(yīng)性較低，更容易感染當(dāng)?shù)氐牟∠x害。育種圃中的病蟲害較少，可以有效地引進(jìn)種質(zhì)，并使引進(jìn)種質(zhì)的分離品系存活率更高，從而進(jìn)一步篩選出優(yōu)良的基因型?？傊?，研究管理者必須確保整體農(nóng)業(yè)運(yùn)作處于理想水平，以保證作物在整個(gè)生長季節(jié)都能獲得最佳生長，從而支持有效的育種工作。

 

      田間作物育種競爭的關(guān)鍵成功因素

 

      私營部門的作物育種工作由公司育種人員開發(fā)的栽培品種的種子銷售利潤支持。私營部門的植物育種人員面臨的最大挑戰(zhàn)之一是推出真正的優(yōu)良品種。一個(gè)優(yōu)秀的栽培品種是該地區(qū)大多數(shù)農(nóng)民廣泛種植的品種，在市場上持續(xù)時(shí)間長，雜交種子生產(chǎn)成本合理。競爭性作物育種計(jì)劃成功的關(guān)鍵因素是

 

      (i) 擁有能力出眾、技術(shù)過硬的育種人員；

 

      (ii) 深入了解作物和主要客戶的要求；

 

      (iii) 具有足夠的遺傳變異性和多樣性；

 

      (iv) 擁有（或開發(fā)）精英雜交模式；

 

      (v) 使用最有效的育種方法；

 

      (vi) 選擇能代表農(nóng)民環(huán)境的育種環(huán)境；

 

      (vii) 開發(fā)充分有效的測試系統(tǒng)，以篩選理想的基因型；

 

      (viii) 加快向市場推出新產(chǎn)品的速度；

 

       (ix) 提供充分的信息技術(shù)和 DNA 指紋實(shí)驗(yàn)室支持。

 

      具備足夠的技術(shù)能力

 

      育種者必須具備良好的技術(shù)能力，即運(yùn)用知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)制定有效、成功的育種計(jì)劃的能力。能力包括技能、知識(shí)和天賦。植物育種、分子育種、統(tǒng)計(jì)學(xué)、計(jì)算機(jī)和植物病理學(xué)方面的深厚教育背景是植物育種事業(yè)成功的良好開端。開始在私營部門工作時(shí)，育種人員必須調(diào)整自己的工作方式，以適應(yīng)公司文化。育種人員應(yīng)不斷學(xué)習(xí)，尋找新的技能、知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)，以提高技術(shù)能力。然而，并非只有技術(shù)能力才能帶來成功。從歷史上看，技術(shù)技能與實(shí)地辛勤工作的結(jié)合造就了最優(yōu)秀的飼養(yǎng)員。成功的育種者都是那些 "不用育苗書就能了解植物及其苗圃 "的人，他們能夠摒棄那些差勁的個(gè)體，集中精力培育出極少數(shù)最具特質(zhì)的品種。

 

      深入了解作物和主要客戶需求

 

      種子業(yè)務(wù)的關(guān)鍵成功因素包括了解關(guān)鍵市場和客戶，設(shè)計(jì)正確的產(chǎn)品，生產(chǎn)、商業(yè)化和交付產(chǎn)品與服務(wù)，以及提供客戶服務(wù)。業(yè)務(wù)部門的高層領(lǐng)導(dǎo)必須了解客戶的關(guān)鍵要求，將這些要求轉(zhuǎn)化為關(guān)鍵的業(yè)務(wù)價(jià)值和優(yōu)先事項(xiàng)，將其傳達(dá)給所有員工，并設(shè)計(jì)出能夠?qū)崿F(xiàn)優(yōu)先事項(xiàng)的工作系統(tǒng)，從而使業(yè)務(wù)部門以客戶為中心。了解客戶需求對于育種公司設(shè)計(jì)育種目標(biāo)以滿足當(dāng)前和未來的客戶需求非常重要。未來的要求對私營部門和政府部門都是巨大的挑戰(zhàn)。對于大多數(shù)私營部門來說，未來客戶的一般要求可能相似，但具體要求可能不同。不同的要求會(huì)使公司具有競爭優(yōu)勢。

 

      對客戶需求進(jìn)行充分的市場調(diào)研是成功的關(guān)鍵。在某些情況下，由于使用的機(jī)構(gòu)或人員對作物、環(huán)境和目標(biāo)客戶缺乏足夠的了解和經(jīng)驗(yàn)，市場調(diào)研工作可能會(huì)得出不恰當(dāng)?shù)慕Y(jié)論和建議。可能導(dǎo)致錯(cuò)誤結(jié)論和建議的因素包括：抽樣人口不足、使用不合格人員與種子經(jīng)銷商和農(nóng)民面談、溝通問題，如對當(dāng)?shù)卣Z言的誤解、偏差引導(dǎo)性問題，以及對種子經(jīng)銷商和農(nóng)民答復(fù)的錯(cuò)誤解釋（如問卷不清晰）。從這些市場調(diào)研工作中了解到客戶的關(guān)鍵需求后，育種人員就必須設(shè)計(jì)育種目標(biāo)，使其與公司戰(zhàn)略保持一致。一個(gè)成功的育種者需要對未來栽培品種的特性有良好的創(chuàng)造性想象力或創(chuàng)新力，這樣才能在向農(nóng)民推出栽培品種時(shí)取得成功。除了高產(chǎn)和穩(wěn)定之外，大多數(shù)知名栽培品種都具有獨(dú)特的、農(nóng)民喜歡的特性。此外，在新的栽培品種中加入最終用戶喜歡的特征將有助于確定育種的有用目標(biāo)。

 

      具有足夠的遺傳變異性和發(fā)展精英異交模式

 

      遺傳變異是作物育種計(jì)劃取得長期成功的關(guān)鍵因素。每種作物都有廣泛的遺傳可用性，但真正的優(yōu)良品種卻屈指可數(shù)。也許，育種材料或種質(zhì)的選擇是未來育種計(jì)劃成敗的最關(guān)鍵因素。除少數(shù)例外情況外，如今要在競爭激烈的環(huán)境中建立一個(gè)成功的育種計(jì)劃，僅使用公共種質(zhì)幾乎是不可能的。私營部門多年來一直在發(fā)展與公共種質(zhì)保持距離的種質(zhì)基礎(chǔ)。育種者必須以開放的心態(tài)來建立自己的計(jì)劃，并努力合法地獲取最有前途的精英種質(zhì)。這就需要了解當(dāng)?shù)睾蛧H上有哪些公共和私營部門的種質(zhì)資源。如今，建立聯(lián)盟、許可近交系和雜交種已成為所有積極育種者生活的一部分。

 

      對于異花授粉作物來說，僅有良好的遺傳多樣性是不夠的，育種者必須在他們的計(jì)劃中開發(fā)出一些獨(dú)特的精英雜交模式。異花授粉模式是指一組個(gè)體（種族或群體）在與另一組個(gè)體（其他種族或群體）的對抗中表現(xiàn)出的特殊能力。一旦發(fā)現(xiàn)成功的異交模式，就很容易找到測試者，并培育出雜交活力更強(qiáng)的新異交近交種。Troyer（2006 年）對玉米中的異花授粉模式進(jìn)行了深入研究。與玉米相比，自花授粉作物的異交模式仍未明確確定。開發(fā)精英雜交模式是私營種子公司面臨的主要挑戰(zhàn)之一。與其他育種者建立良好的聯(lián)系并獲得一些已知的異花授粉模式可能是一個(gè)良好的起點(diǎn)。成功的育種者必須敞開心扉，不要過于驕傲地只使用自己的種質(zhì)，要努力尋找最優(yōu)秀的種質(zhì)加入自己的計(jì)劃，而不僅僅是在公司內(nèi)部。

 

      每個(gè)地區(qū)銷量最高的栽培品種都是開始育種的優(yōu)秀種質(zhì)資源。植物品種保護(hù)（PVP）在大多數(shù)情況下允許使用成功的栽培品種進(jìn)行育種，最近來自私營和公共部門的 "前 PVP "品系現(xiàn)已在全球范圍內(nèi)使用（申請?jiān)?17 年或 20 年的保護(hù)期后到期，可合法用于育種）；但是，育種者必須對精英種質(zhì)有足夠的了解，尤其是要明智地知道如何在現(xiàn)有的雜交模式中使用這些種質(zhì)。私營種子公司也必須考慮從其他公司獲取優(yōu)良種質(zhì)，盡管獲取優(yōu)良種質(zhì)的成本可能很高。

 

      在品系開發(fā)階段，育種者必須繼續(xù)改良其現(xiàn)有的最佳品系，并確定可能的最佳測試者，以便改進(jìn)精英異交模式。曾有過這樣的例子，一些非常有能力的育種者花費(fèi)了大量的時(shí)間和精力進(jìn)行育種和開發(fā)，但由于自花授粉作物使用的種質(zhì)基礎(chǔ)非常狹窄，而異花授粉作物又沒有足夠好的精英異花授粉模式，因此在開發(fā)更好的產(chǎn)品方面收效甚微。在同一項(xiàng)目中擁有最優(yōu)秀的育種家、最多樣化的種質(zhì)和最優(yōu)秀的異花授粉模式，將確保在種子業(yè)務(wù)中獲得競爭優(yōu)勢。

 

      使用最有效的育種方法

 

      每種作物都沒有單一的最佳育種方法。每個(gè)項(xiàng)目所采用的育種方法都應(yīng)與公司的育種戰(zhàn)略保持一致。私營和政府部門都采用了常規(guī)和分子育種方法。血統(tǒng)育種仍被廣泛用于培育具有更多理想特性的新品系，但最近在玉米領(lǐng)域，單倍體加倍（DH）技術(shù)得到了很大發(fā)展，已成為一種主要的近交系培育方法。大多數(shù)新的優(yōu)良品系都是通過純系法培育出來的?；亟皇且环N常規(guī)育種方法，用于將遺傳因子納入特定的特征?；亟恢饕糜趯⑼鈦矸N質(zhì)引入適應(yīng)當(dāng)?shù)氐膬?yōu)良品系（對適應(yīng)的種質(zhì)進(jìn)行一到兩次回交）。跨國種子公司廣泛使用回交法，將轉(zhuǎn)基因性狀（如對玉米螟或特定除草劑的抗性）轉(zhuǎn)入本地優(yōu)良品系，以培育出對這些性狀具有抗性的新雜交種。循環(huán)選擇仍然很重要，特別是對于將外來種質(zhì)引入本地適應(yīng)品系的計(jì)劃。

 

      目前，分子標(biāo)記技術(shù)可以幫助育種者選擇理想的特性，并將其轉(zhuǎn)入改良品系中。事實(shí)證明，在玉米和其他作物中選擇更好的種子和花粉親本時(shí)，循環(huán)選擇和 S1 本身觀察是有效的。通過與精英試驗(yàn)者的相互循環(huán)選擇，可以培育出與異性庫中的新品系具有較高結(jié)合能力的新品系。在跨國種子公司中，分子育種的使用在過去十年中顯著增加。標(biāo)記輔助育種（Marker Assisted-Breeding，MAB）已被納入跨國公司的經(jīng)常性選育中，其目標(biāo)是培育具有高組合能力的高產(chǎn)新品系。單種子后裔（SSD）已更多地應(yīng)用于玉米，以加快品系開發(fā)。

 

      從中長期來看，分子生物學(xué)知識(shí)將使育種者能夠?qū)Υ筇镒魑?、水果和蔬菜的本地基因組進(jìn)行根本性調(diào)整（Duvick，2004 年）。對植物基因型的微調(diào)將提高對非生物性脅迫的耐受力，提高對陽光、水和土壤養(yǎng)分的利用效率，并能開發(fā)出比目前轉(zhuǎn)基因抗性更持久的抗蟲害類型。如果這些預(yù)期成果得以實(shí)現(xiàn)，植物育種的效率將得到提高。這將是生物技術(shù)對植物育種最持久、最重要的貢獻(xiàn)。目前，新品種的生命周期比過去短。這是因?yàn)橥ㄟ^結(jié)合傳統(tǒng)育種、分子育種、更高效的產(chǎn)品評(píng)估系統(tǒng)和更好的信息技術(shù)軟件，可以更高效、更快速地開發(fā)出更好的栽培品種，并將其推出市場?？鐕N子公司在選擇最合適的育種方法時(shí)，既要考慮最高效的方法，也要考慮最快速的方法，以開發(fā)和推出更好的栽培品種。

 

      選擇能代表農(nóng)民環(huán)境的育種環(huán)境

 

      選擇代表農(nóng)民環(huán)境的合適育種環(huán)境需要時(shí)間和精力。對未來市場需求進(jìn)行良好的市場調(diào)研對于選擇合適的育種和測試環(huán)境非常重要。育種計(jì)劃的主要地點(diǎn)必須能代表未來十年作物主要投放地區(qū)的大部分環(huán)境條件?？稍黾右粋€(gè)衛(wèi)星站，以支持其他活動(dòng)，如病害苗圃或非生物耐受性育種。測試地點(diǎn)應(yīng)足以涵蓋氣候模式、海拔高度、土壤類型和病蟲害壓力等新產(chǎn)品發(fā)布目標(biāo)地區(qū)最有可能出現(xiàn)的情況。

 

      育種人員必須在他/她能夠選擇大多數(shù)農(nóng)民需要的特性的環(huán)境中工作。在選擇新產(chǎn)品時(shí)，育種人員必須把自己當(dāng)作最先進(jìn)的農(nóng)民，尋找理想的特性，以最大限度地提高作物產(chǎn)量。育種人員必須經(jīng)常到田間地頭，在苗期、花期、病害感染期和收獲期挑選優(yōu)良基因型。為了進(jìn)行產(chǎn)品評(píng)估，育種人員必須走訪關(guān)鍵地點(diǎn)，與商業(yè)人員和農(nóng)民互動(dòng)，以便更好地了解他們的需求。當(dāng)育種員晉升到組織的高層時(shí)，由于要將更多時(shí)間分配給其他管理活動(dòng)，在田間的時(shí)間會(huì)減少。育種人員需要安排工作的輕重緩急，以便有足夠的時(shí)間適時(shí)觀察重要的育種材料和產(chǎn)量試驗(yàn)。最好的育種管理者是能夠平衡管理和田間評(píng)估壓力，并盡可能貼近田間的人。

 

      開發(fā)充分有效的測試系統(tǒng)，篩選理想的基因型

 

      產(chǎn)品測試的目標(biāo)是

 

      (i)獲得可靠且具有統(tǒng)計(jì)意義的結(jié)果；

 

      (ii)檢測出優(yōu)于基準(zhǔn)產(chǎn)品的最穩(wěn)定的產(chǎn)品；

 

      (iii)除產(chǎn)量外，篩選產(chǎn)品的其他重要經(jīng)濟(jì)性狀（如抗旱性、抗病/抗蟲性）；

 

      (iv)預(yù)測新產(chǎn)品在農(nóng)民環(huán)境中的未來表現(xiàn)，即新栽培品種將在農(nóng)民環(huán)境中進(jìn)行商業(yè)化發(fā)布/種植，而不是報(bào)告產(chǎn)品的過去表現(xiàn)。農(nóng)民田間的環(huán)境條件多種多樣，沒有限制。

 

      預(yù)測未來的氣候模式非常困難。一個(gè)有效的測試系統(tǒng)是有競爭力的育種計(jì)劃所必須的。研究人員對產(chǎn)品進(jìn)行的測試越多，就越能獲得可靠的結(jié)果；公司也就能向合適的地方和合適的農(nóng)民推出合適的產(chǎn)品。

 

      有效開展產(chǎn)量試驗(yàn)的關(guān)鍵成功因素包括

 

      (i) 了解產(chǎn)品（試驗(yàn)中的實(shí)驗(yàn)雜交種和對照雜交種或品種）、環(huán)境和作物管理；

 

      (ii) 了解如何管理高質(zhì)量的試驗(yàn)，以獲得可靠的結(jié)果；

 

      (iii) 選擇合適的農(nóng)民，例如：良好的溝通、良好的合作和良好的基礎(chǔ)設(shè)施。

 

      (v) 試驗(yàn)系統(tǒng)應(yīng)盡量不強(qiáng)調(diào)單個(gè)地點(diǎn)的精確性，盡量強(qiáng)調(diào)跨地點(diǎn)、跨季節(jié)和跨年度的精確性；

 

      (vi) 盡量減少環(huán)境影響，最大限度地提高同一復(fù)制區(qū)內(nèi)的一致性，并在整個(gè)試驗(yàn)區(qū)統(tǒng)一施肥 和灌溉；

 

      (vii) 對試驗(yàn)小區(qū)進(jìn)行套種和稀植，以確保植物密度一致；

 

      (viii) 試驗(yàn)條件應(yīng)與大多數(shù) 農(nóng)民和現(xiàn)代農(nóng)民的文化習(xí)俗相似；

 

      (ix) 繪制的田間地圖和布局應(yīng)清晰整齊。

 

      為覆蓋新栽培品種發(fā)布地的主要環(huán)境條件而進(jìn)行充分測試的成本非常高昂；然而，發(fā)布不穩(wěn)定或性能未達(dá)到預(yù)期的新產(chǎn)品將使公司付出更高的代價(jià)（如聲譽(yù)、金錢、時(shí)間和資源努力）。