玉米是我國(guó)第一大作物，是確保國(guó)家糧食安全的重要支撐。在近日舉行的“加快生物育種創(chuàng)新，保障國(guó)家糧食安全”全國(guó)媒體報(bào)道沙龍上，中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院生物技術(shù)研究所所長(zhǎng)李新海指出，原創(chuàng)性的基因、種質(zhì)和技術(shù)是玉米種業(yè)發(fā)展基礎(chǔ)，應(yīng)不斷強(qiáng)化優(yōu)異種質(zhì)自主創(chuàng)新，確保我國(guó)玉米種業(yè)持續(xù)發(fā)展。
缺乏優(yōu)異種質(zhì)資源
種質(zhì)是品種選育的物質(zhì)基礎(chǔ)。地方品種、育種材料、品種以及野生近緣植物等都屬于種質(zhì)
我國(guó)不是玉米原產(chǎn)國(guó)，600多年前玉米傳入我國(guó)。2019年，我國(guó)玉米單產(chǎn)較1949年增長(zhǎng)5.6倍，這也得益于品種的持續(xù)更新?lián)Q代。
新中國(guó)建立初期，我國(guó)玉米種植面積1100萬(wàn)公頃，有12000個(gè)地方品種；現(xiàn)在我國(guó)玉米種植面積達(dá)到4200萬(wàn)公頃左右，年推廣面積10萬(wàn)畝以上的雜交種不足1000個(gè)。
“盡管推廣雜交種提高了玉米的生產(chǎn)水平，但種質(zhì)基礎(chǔ)漸趨狹窄。”李新海說(shuō)。
美國(guó)保存了7萬(wàn)多份玉米種質(zhì)，其中原杜邦先鋒等種業(yè)公司擁有世界上最大規(guī)模的玉米商業(yè)化種質(zhì)資源。美國(guó)玉米種質(zhì)具有莖稈強(qiáng)韌、生育期短、耐密、籽粒脫水快、適合機(jī)械化等特點(diǎn)。
此外，國(guó)際玉米小麥改良中心也保存了相當(dāng)數(shù)量的玉米種質(zhì)，其層次分明，血緣清晰，從群體和基因庫(kù)中選育自交系，類型豐富，各具特色，雜種優(yōu)勢(shì)模式明晰。
我國(guó)玉米品種選育對(duì)國(guó)外種質(zhì)有相當(dāng)大的依賴性，期間從美國(guó)引進(jìn)較多現(xiàn)代育種種質(zhì)。有研究表明，美國(guó)玉米種質(zhì)利用率每增加一個(gè)百分點(diǎn)，我國(guó)玉米平均產(chǎn)量增益約10kg/hm2。
目前，我國(guó)玉米形成了四平頭、旅大紅骨、蘭卡斯特、Reid等雜種優(yōu)勢(shì)群。其中，四平頭和旅大紅骨是我國(guó)本土化種質(zhì)，從這兩類種質(zhì)選育的自交系支撐培育出鄭單958、丹玉13等一些重要品種。我國(guó)玉米種質(zhì)具有抗逆性強(qiáng)、配合力中等，但成熟期偏長(zhǎng)、脫水慢、不適應(yīng)機(jī)械化等特點(diǎn)。
李新海指出，總的來(lái)看，我國(guó)擁有的玉米種質(zhì)資源數(shù)量尚可，但缺乏對(duì)種質(zhì)有效遺傳變異的深入認(rèn)識(shí)，缺乏與育種目標(biāo)相適應(yīng)的優(yōu)質(zhì)、抗逆、耐密抗倒、適宜機(jī)械化的優(yōu)異種質(zhì)。
原創(chuàng)性技術(shù)是種質(zhì)改良基礎(chǔ)
2013年，《國(guó)務(wù)院辦公廳關(guān)于深化種業(yè)體制改革提高創(chuàng)新能力的意見(jiàn)》指出，加快推進(jìn)現(xiàn)代種業(yè)發(fā)展，建設(shè)種業(yè)強(qiáng)國(guó)，為國(guó)家糧食安全、生態(tài)安全和農(nóng)林業(yè)持續(xù)穩(wěn)定發(fā)展提供根本性保障。
“建成種業(yè)科技強(qiáng)國(guó)的標(biāo)志是要有自己原創(chuàng)性的種質(zhì)、技術(shù)和理論，最后體現(xiàn)在品種上，才能支撐科技強(qiáng)國(guó)。”李新海說(shuō)，優(yōu)異種質(zhì)可以利用現(xiàn)有的種質(zhì)資源，但是要以此為基礎(chǔ)創(chuàng)造出能夠滿足新時(shí)期玉米生產(chǎn)需求的種質(zhì)。
“更重要的是，我國(guó)育種家利用現(xiàn)有的育種材料，通過(guò)多基因聚合的方式，需要?jiǎng)?chuàng)造新的種質(zhì)來(lái)滿足玉米種業(yè)發(fā)展需求。”李新海強(qiáng)調(diào)，如果玉米種質(zhì)資源的引進(jìn)交流渠道不暢通，依靠自主創(chuàng)新種質(zhì)來(lái)滿足玉米新品種選育需要就顯得尤為重要。
“從國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)和國(guó)內(nèi)需求的角度，要保持玉米種業(yè)持續(xù)發(fā)展和玉米生產(chǎn)用種安全，都需要在‘十四五’時(shí)期突破玉米優(yōu)異種質(zhì)的瓶頸制約。”李新海說(shuō)。
他認(rèn)為，生物技術(shù)是提高種質(zhì)創(chuàng)新效率的重要手段，包括分子標(biāo)記技術(shù)、轉(zhuǎn)基因技術(shù)、單倍體技術(shù)、基因編輯技術(shù)等。
為實(shí)現(xiàn)高效率的玉米種質(zhì)改良與創(chuàng)新，李新海建議，遵循雜種優(yōu)勢(shì)模式，采取循環(huán)改良策略，積累和提高等位基因頻率；采用逆境壓力，創(chuàng)造有利于暴露基因型與環(huán)境互作的環(huán)境，把遺傳方差最大化，有利于選擇目標(biāo)個(gè)體；利用分子標(biāo)記、轉(zhuǎn)基因、基因編輯等提升定向改良效率，通過(guò)全基因組選擇提高復(fù)雜性狀的選擇效率。
健全現(xiàn)代玉米種業(yè)科技創(chuàng)新體系
當(dāng)前，我國(guó)玉米種業(yè)科技創(chuàng)新體系尚未健全，存在種業(yè)創(chuàng)新機(jī)制和政策不完善、科技創(chuàng)新能力與發(fā)達(dá)國(guó)家相比仍有差距、品種培育尚不能滿足高質(zhì)量發(fā)展需求、知識(shí)產(chǎn)權(quán)保護(hù)較為薄弱等問(wèn)題。
李新海建議，首先需完善建立“雙輪驅(qū)動(dòng)”的現(xiàn)代玉米種業(yè)科技創(chuàng)新體系，形成公益性基礎(chǔ)研究與商業(yè)育種緊密結(jié)合的創(chuàng)新體系。健全以玉米種質(zhì)資源收集評(píng)價(jià)與創(chuàng)新、基礎(chǔ)理論與共性技術(shù)研究為主的基礎(chǔ)研究體系；形成企業(yè)為主體，大規(guī)模、高通量、專業(yè)化、流水線的玉米商業(yè)化育種體系；構(gòu)建產(chǎn)權(quán)明晰、開(kāi)放共享的成果轉(zhuǎn)化體系；確立以企業(yè)為主體的技術(shù)創(chuàng)新投入體系。
其次，強(qiáng)化種源“卡脖子”技術(shù)自主創(chuàng)新。夯實(shí)育種源頭創(chuàng)新，搶救性保護(hù)稀有種質(zhì)資源，開(kāi)展種質(zhì)資源形成與演化機(jī)制等基礎(chǔ)研究，加大優(yōu)異種質(zhì)創(chuàng)新；突破“卡脖子”關(guān)鍵核心技術(shù)，如基因編輯、合成生物學(xué)、全基因組選擇、人工智能設(shè)計(jì)等前沿高新技術(shù)，推動(dòng)傳統(tǒng)育種技術(shù)改造升級(jí)，實(shí)現(xiàn)育種精準(zhǔn)化、智能化和工程化；建立生物育種大數(shù)據(jù)平臺(tái)，提高育種效率，搶占制高點(diǎn)。
再次，健全生物種業(yè)發(fā)展政策。健全知識(shí)產(chǎn)權(quán)管理政策，確保原始創(chuàng)新能力提升；優(yōu)化種業(yè)投資政策，加大財(cái)政資金投入，充分發(fā)揮資本的功能和作用，支撐全產(chǎn)業(yè)鏈創(chuàng)新能力；制定出臺(tái)生物育種產(chǎn)業(yè)化政策，保障核心競(jìng)爭(zhēng)力。
缺乏優(yōu)異種質(zhì)資源
種質(zhì)是品種選育的物質(zhì)基礎(chǔ)。地方品種、育種材料、品種以及野生近緣植物等都屬于種質(zhì)
我國(guó)不是玉米原產(chǎn)國(guó)，600多年前玉米傳入我國(guó)。2019年，我國(guó)玉米單產(chǎn)較1949年增長(zhǎng)5.6倍，這也得益于品種的持續(xù)更新?lián)Q代。
新中國(guó)建立初期，我國(guó)玉米種植面積1100萬(wàn)公頃，有12000個(gè)地方品種；現(xiàn)在我國(guó)玉米種植面積達(dá)到4200萬(wàn)公頃左右，年推廣面積10萬(wàn)畝以上的雜交種不足1000個(gè)。
“盡管推廣雜交種提高了玉米的生產(chǎn)水平，但種質(zhì)基礎(chǔ)漸趨狹窄。”李新海說(shuō)。
美國(guó)保存了7萬(wàn)多份玉米種質(zhì)，其中原杜邦先鋒等種業(yè)公司擁有世界上最大規(guī)模的玉米商業(yè)化種質(zhì)資源。美國(guó)玉米種質(zhì)具有莖稈強(qiáng)韌、生育期短、耐密、籽粒脫水快、適合機(jī)械化等特點(diǎn)。
此外，國(guó)際玉米小麥改良中心也保存了相當(dāng)數(shù)量的玉米種質(zhì)，其層次分明，血緣清晰，從群體和基因庫(kù)中選育自交系，類型豐富，各具特色，雜種優(yōu)勢(shì)模式明晰。
我國(guó)玉米品種選育對(duì)國(guó)外種質(zhì)有相當(dāng)大的依賴性，期間從美國(guó)引進(jìn)較多現(xiàn)代育種種質(zhì)。有研究表明，美國(guó)玉米種質(zhì)利用率每增加一個(gè)百分點(diǎn)，我國(guó)玉米平均產(chǎn)量增益約10kg/hm2。
目前，我國(guó)玉米形成了四平頭、旅大紅骨、蘭卡斯特、Reid等雜種優(yōu)勢(shì)群。其中，四平頭和旅大紅骨是我國(guó)本土化種質(zhì)，從這兩類種質(zhì)選育的自交系支撐培育出鄭單958、丹玉13等一些重要品種。我國(guó)玉米種質(zhì)具有抗逆性強(qiáng)、配合力中等，但成熟期偏長(zhǎng)、脫水慢、不適應(yīng)機(jī)械化等特點(diǎn)。
李新海指出，總的來(lái)看，我國(guó)擁有的玉米種質(zhì)資源數(shù)量尚可，但缺乏對(duì)種質(zhì)有效遺傳變異的深入認(rèn)識(shí)，缺乏與育種目標(biāo)相適應(yīng)的優(yōu)質(zhì)、抗逆、耐密抗倒、適宜機(jī)械化的優(yōu)異種質(zhì)。
原創(chuàng)性技術(shù)是種質(zhì)改良基礎(chǔ)
2013年，《國(guó)務(wù)院辦公廳關(guān)于深化種業(yè)體制改革提高創(chuàng)新能力的意見(jiàn)》指出，加快推進(jìn)現(xiàn)代種業(yè)發(fā)展，建設(shè)種業(yè)強(qiáng)國(guó)，為國(guó)家糧食安全、生態(tài)安全和農(nóng)林業(yè)持續(xù)穩(wěn)定發(fā)展提供根本性保障。
“建成種業(yè)科技強(qiáng)國(guó)的標(biāo)志是要有自己原創(chuàng)性的種質(zhì)、技術(shù)和理論，最后體現(xiàn)在品種上，才能支撐科技強(qiáng)國(guó)。”李新海說(shuō)，優(yōu)異種質(zhì)可以利用現(xiàn)有的種質(zhì)資源，但是要以此為基礎(chǔ)創(chuàng)造出能夠滿足新時(shí)期玉米生產(chǎn)需求的種質(zhì)。
“更重要的是，我國(guó)育種家利用現(xiàn)有的育種材料，通過(guò)多基因聚合的方式，需要?jiǎng)?chuàng)造新的種質(zhì)來(lái)滿足玉米種業(yè)發(fā)展需求。”李新海強(qiáng)調(diào)，如果玉米種質(zhì)資源的引進(jìn)交流渠道不暢通，依靠自主創(chuàng)新種質(zhì)來(lái)滿足玉米新品種選育需要就顯得尤為重要。
“從國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)和國(guó)內(nèi)需求的角度，要保持玉米種業(yè)持續(xù)發(fā)展和玉米生產(chǎn)用種安全，都需要在‘十四五’時(shí)期突破玉米優(yōu)異種質(zhì)的瓶頸制約。”李新海說(shuō)。
他認(rèn)為，生物技術(shù)是提高種質(zhì)創(chuàng)新效率的重要手段，包括分子標(biāo)記技術(shù)、轉(zhuǎn)基因技術(shù)、單倍體技術(shù)、基因編輯技術(shù)等。
為實(shí)現(xiàn)高效率的玉米種質(zhì)改良與創(chuàng)新，李新海建議，遵循雜種優(yōu)勢(shì)模式，采取循環(huán)改良策略，積累和提高等位基因頻率；采用逆境壓力，創(chuàng)造有利于暴露基因型與環(huán)境互作的環(huán)境，把遺傳方差最大化，有利于選擇目標(biāo)個(gè)體；利用分子標(biāo)記、轉(zhuǎn)基因、基因編輯等提升定向改良效率，通過(guò)全基因組選擇提高復(fù)雜性狀的選擇效率。
健全現(xiàn)代玉米種業(yè)科技創(chuàng)新體系
當(dāng)前，我國(guó)玉米種業(yè)科技創(chuàng)新體系尚未健全，存在種業(yè)創(chuàng)新機(jī)制和政策不完善、科技創(chuàng)新能力與發(fā)達(dá)國(guó)家相比仍有差距、品種培育尚不能滿足高質(zhì)量發(fā)展需求、知識(shí)產(chǎn)權(quán)保護(hù)較為薄弱等問(wèn)題。
李新海建議，首先需完善建立“雙輪驅(qū)動(dòng)”的現(xiàn)代玉米種業(yè)科技創(chuàng)新體系，形成公益性基礎(chǔ)研究與商業(yè)育種緊密結(jié)合的創(chuàng)新體系。健全以玉米種質(zhì)資源收集評(píng)價(jià)與創(chuàng)新、基礎(chǔ)理論與共性技術(shù)研究為主的基礎(chǔ)研究體系；形成企業(yè)為主體，大規(guī)模、高通量、專業(yè)化、流水線的玉米商業(yè)化育種體系；構(gòu)建產(chǎn)權(quán)明晰、開(kāi)放共享的成果轉(zhuǎn)化體系；確立以企業(yè)為主體的技術(shù)創(chuàng)新投入體系。
其次，強(qiáng)化種源“卡脖子”技術(shù)自主創(chuàng)新。夯實(shí)育種源頭創(chuàng)新，搶救性保護(hù)稀有種質(zhì)資源，開(kāi)展種質(zhì)資源形成與演化機(jī)制等基礎(chǔ)研究，加大優(yōu)異種質(zhì)創(chuàng)新；突破“卡脖子”關(guān)鍵核心技術(shù)，如基因編輯、合成生物學(xué)、全基因組選擇、人工智能設(shè)計(jì)等前沿高新技術(shù)，推動(dòng)傳統(tǒng)育種技術(shù)改造升級(jí)，實(shí)現(xiàn)育種精準(zhǔn)化、智能化和工程化；建立生物育種大數(shù)據(jù)平臺(tái)，提高育種效率，搶占制高點(diǎn)。
再次，健全生物種業(yè)發(fā)展政策。健全知識(shí)產(chǎn)權(quán)管理政策，確保原始創(chuàng)新能力提升；優(yōu)化種業(yè)投資政策，加大財(cái)政資金投入，充分發(fā)揮資本的功能和作用，支撐全產(chǎn)業(yè)鏈創(chuàng)新能力；制定出臺(tái)生物育種產(chǎn)業(yè)化政策，保障核心競(jìng)爭(zhēng)力。
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