周發(fā)松：突破性品種研發(fā)離不開生物技術(shù)

◇周發(fā)松：中國種子集團有限公司基因組育種部總監(jiān)

◇王瑜：記者

記者：什么是生物育種技術(shù)？生物育種技術(shù)和常規(guī)育種方式有什么不同？

周發(fā)松：生物育種是一個比較科普的說法。按我個人的理解，生物育種就是借助分子生物學技術(shù)，充分挖掘利用生物基因資源，培育高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)、環(huán)境友好作物新品種的現(xiàn)代育種方法。它是包括細胞和組織培養(yǎng)、單倍體育種、分子標記輔助選擇、基因組育種以及轉(zhuǎn)基因育種等多種現(xiàn)代生物育種技術(shù)的一個總稱。

生物育種和常規(guī)育種最大的不同在于是否應(yīng)用現(xiàn)代生物技術(shù)。常規(guī)育種是不需要現(xiàn)代生物技術(shù)輔助的育種方法，而利用現(xiàn)代生物育種技術(shù)培育出來的品種，卻同樣需要采用傳統(tǒng)育種方法進行田間測試，因此生物育種并不是對常規(guī)育種方式的背離與放棄，而是對傳統(tǒng)育種方法的完善和優(yōu)化。

記者：和常規(guī)育種方式相比，生物育種有哪些優(yōu)點？

周發(fā)松：相對于常規(guī)育種，生物育種主要有以下兩方面的優(yōu)勢：一是導入傳統(tǒng)育種方法完全無法獲得的性狀，比如Bt抗蟲、Roundupready抗除草劑等；另一種是實現(xiàn)抗病、抗逆境（干旱、寒冷、高溫脅迫等）基因的精準導入，培育環(huán)境友好的綠色新品種。常規(guī)育種利用有性雜交技術(shù)將整個基因組的基因組合在一起，這其中有好的基因，也有不良的基因，這就使雜交育種具有很大的隨機性，而生物育種可以控制目標基因的導入和聚合，使新品種培育更精準。

生物育種還可以提高育種效率和性狀改良的針對性。常規(guī)育種方法培育一個品種大概需要8～10年，而應(yīng)用生物育種技術(shù)可以使育種時間縮短一半。此外，借助生物技術(shù)的方法，可以將田間試驗95%的工作量轉(zhuǎn)移進實驗室，試驗田規(guī)模只需常規(guī)育種的30%左右，從而提高田間試驗的質(zhì)量和管理水平，使試驗數(shù)據(jù)更可靠。常規(guī)育種中一個雜交組合的F2代群體一般需要種植 5000株，而應(yīng)用分子標記手段，種植250株就能達到同樣的試驗效果。

記者：生物育種技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用，將會給我國種業(yè)發(fā)展帶來哪些變化？

周發(fā)松：現(xiàn)代生物育種與常規(guī)育種最本質(zhì)的區(qū)別，就是在傳統(tǒng)育種中，育種家開展的是藝術(shù)性的研發(fā)，個人經(jīng)驗起很大的作用，他們必須參與育種全過程，從產(chǎn)品研發(fā)的第一個環(huán)節(jié)做到最后一個環(huán)節(jié)。而現(xiàn)代生物育種是以生物信息為依據(jù)，以高通量分子標記技術(shù)為手段的科學創(chuàng)造，它需要進行專業(yè)化的分工和合作。這一方面是由于生物技術(shù)設(shè)備投資比較大，另一方面也是因為檢測的樣品量比較多，服務(wù)范圍比較廣。生物育種技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用將改變我國課題組式的育種模式，進而推動商業(yè)化育種的興起。

美國也經(jīng)歷了從常規(guī)育種向生物育種的轉(zhuǎn)變過程。20世紀80年代之前，美國也有很多育種家在不同的地方開展獨立的育種工作，但隨著一些小的育種公司逐漸被并購整合，出現(xiàn)了孟山都、杜邦等大型種業(yè)集團，這些種業(yè)集團控制了美洲乃至全球的種業(yè)市場。種業(yè)巨頭的出現(xiàn)，使生物育種技術(shù)得到了普及，生物育種工作得到了廣泛的開展。我國目前還處于種業(yè)公司整合的初期，需要多個企業(yè)乃至整個國家分工合作，搭建大規(guī)模生物育種平臺；同時，生物育種的發(fā)展會加速種業(yè)的整合，因為掌握先進技術(shù)的公司競爭力會更強，而那些不掌握新技術(shù)、新品種的公司則會在競爭中被淘汰。

記者：2012年4月，中國種子生命科學技術(shù)中心研制出全球首個水稻全基因組育種芯片，這也是中國自主知識產(chǎn)權(quán)的首個育種超級芯片。為什么要創(chuàng)制育種芯片？

周發(fā)松：建設(shè)中國種子生命科學技術(shù)中心這一高端的研發(fā)平臺是中種集團著力打造商業(yè)化育種體系、開展種業(yè)創(chuàng)新、積極應(yīng)對當前種業(yè)發(fā)展機遇和挑戰(zhàn)的重要舉措。

水稻全基因組育種芯片是種業(yè)競爭的核心技術(shù)，也是商業(yè)化育種競爭的焦點，它的研制成功實現(xiàn)了作物品種培育過程中一個關(guān)鍵性技術(shù)成果的重大突破，為我國開展商業(yè)化育種提供了重要技術(shù)支撐和保障。

過去20年，基因測序技術(shù)和功能基因組研究得到了突飛猛進的發(fā)展，為生物育種提供了大量的技術(shù)和信息，然而基因測序是功能基因組的研究方法，屬于生物技術(shù)的研究領(lǐng)域。為了讓更多育種家能夠使用生物技術(shù)的成果，中種集團聯(lián)合水稻功能基因組研究優(yōu)勢單位，從已破譯的幾萬億水稻基因圖譜信息中，提取出有價值的近千萬條信息，繼而通過對比精選出對育種有幫助的標記植入育種芯片中，從而開發(fā)出實用的生物育種工具，使育種家操作更方便、分析更簡單、應(yīng)用更有效。

簡言之，基因組育種芯片就是具有檢測生物個體功能基因的有效工具，它能夠幫助育種家整合多種育種資源，有目的地聚合多個功能基因。比如育種家要研究水稻某種抗病性，過去的做法是培養(yǎng)植株，然后讓它接種特定病菌，但這種方法需要嚴格的試驗條件，一次只能測試一項病菌，借助芯片就能夠在實驗室電腦上一次測試多種抗病基因；過去育種家培育新品種主要靠經(jīng)驗，要等植株生長很長時間才能測試，通過芯片在實驗室就能考察各種基因特性，將抗蟲、抗病、高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)等基因組合在一起，量身定做出最優(yōu)的品種。

利用基因芯片，可以對種質(zhì)資源和品種進行基因指紋分析，進而構(gòu)建基因指紋數(shù)據(jù)庫，使育種家能夠共享種質(zhì)材料和基因資源的同時，實現(xiàn)育種中間成果的商業(yè)化交易。這樣就能夠有效地交流、整合育種資源，提高育種效率。

記者：您如何評價當前我國生物育種技術(shù)的發(fā)展水平？加速生物育種技術(shù)發(fā)展，我國需要在哪些領(lǐng)域加強和改進？

周發(fā)松：在生物育種技術(shù)的基礎(chǔ)研究方面，我國與國際先進水平差距不大，有的領(lǐng)域甚至處于領(lǐng)先地位，但生物技術(shù)在新品種選育中的應(yīng)用卻落后西方國家很多年，主要表現(xiàn)為：很少有生物技術(shù)選育出的品種在市場上推廣；開展生物育種的育種家很少；種業(yè)企業(yè)還沒有建立起商業(yè)化育種體系等方面。

國內(nèi)發(fā)展生物育種，現(xiàn)在亟須在3方面加強和完善：一是生物育種研發(fā)的激勵機制。目前，國外生物育種研發(fā)中心很多，國內(nèi)相關(guān)工作則剛起步，開展時間不長。建立一個高效率的生物育種研發(fā)中心，每年需要大量投入，連續(xù)5～10年才能見效。國外種業(yè)巨頭控制著巨大的市場，有能力建立起遍布全球的生物育種研發(fā)中心。而在我國，這么大規(guī)模、長時間的投入，還是需要國家建立以成果為導向的后補助以及市場化的激勵機制。所謂市場化的激勵機制，首先是盡早開放品種審定綠色通道，為新技術(shù)、新品種盡快應(yīng)用到大田生產(chǎn)創(chuàng)造條件，其次為生物技術(shù)的應(yīng)用提供政策支持。二是知識產(chǎn)權(quán)的保護機制。沒有對知識產(chǎn)權(quán)的保障，投資的風險會大大增加。三是大眾對生物育種技術(shù)的理解和接受。國內(nèi)還有很多人不了解生物育種技術(shù)，這也會對其的發(fā)展和應(yīng)用造成困擾。

從10億～70億，150年間世界人口增加了6倍，對糧食的需求可想而知。通過傳統(tǒng)育種方法，我們雖然解決了溫飽問題，但也對資源、環(huán)境等形成了巨大的壓力，要同步實現(xiàn)糧食安全、食品安全和環(huán)境安全，就必須依賴生物技術(shù)加速突破性品種的研發(fā)。