十年磨劍，孕育玉米高品質(zhì)

王方

十年磨劍，孕育玉米高品質(zhì)

王方

他小時(shí)候從未吃過(guò)玉米，甚至從未見(jiàn)過(guò)玉米。沒(méi)想到的是，在過(guò)去的30年中，他的大部分時(shí)間卻都獻(xiàn)給了玉米育種事業(yè)。他就是中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物科學(xué)研究所研究員黃長(zhǎng)玲。

近日，在中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院“農(nóng)科講壇”上，黃長(zhǎng)玲分享了當(dāng)前玉米育種研究進(jìn)展?！半S著我國(guó)農(nóng)業(yè)供給側(cè)結(jié)構(gòu)性改革的深入，我們的市場(chǎng)和農(nóng)民還需要更多高品質(zhì)的玉米品種，我們已經(jīng)有了很好的基礎(chǔ)，但面臨的挑戰(zhàn)還有很多，我們有信心做得更好。”黃長(zhǎng)玲說(shuō)。

品種對(duì)產(chǎn)量貢獻(xiàn)大

玉米是中國(guó)和世界上面積最大、總產(chǎn)最高的糧食作物，同時(shí)也是重要的飼料作物（70%），被稱為“飼料之王”，以及重要的能源作物、食品和化工原料，可做3000多種產(chǎn)品。

在我國(guó)，玉米主要分布在東北、黃淮海和西南地區(qū)，形成了一個(gè)從東北到西南的狹長(zhǎng)玉米種植帶，這一種植帶占玉米總面積的85%和產(chǎn)量的90%。玉米種植區(qū)域廣泛，在我國(guó)糧食生產(chǎn)中占有舉足輕重的地位。

我國(guó)玉米平均單產(chǎn)由1949年的64公斤/畝增長(zhǎng)到2015年的402公斤/畝，增長(zhǎng)6.28倍。但與美國(guó)687公斤/畝的平均單產(chǎn)相比，還存在較大差距。

“玉米是C4作物，光合效率高，近70年玉米產(chǎn)量提高6倍多，僅玉米品種對(duì)產(chǎn)量提高的貢獻(xiàn)率就達(dá)到35%。玉米還有很大的增產(chǎn)空間，育種工作有盼頭、有希望?！秉S長(zhǎng)玲說(shuō)。

中單808資料圖圖片來(lái)源：百度圖片

黃長(zhǎng)玲表示，目前，玉米育種方法有常規(guī)技術(shù)、單倍體技術(shù)、分子標(biāo)記技術(shù)、轉(zhuǎn)基因技術(shù)、CRISPR技術(shù)、SPT技術(shù)等。其中，雜交回交是國(guó)內(nèi)普遍采用的方法，包括早晚雜交法、穿梭育種法、交互回交法、庫(kù)源選擇法和表型選擇法等。

除了應(yīng)用基礎(chǔ)研究，黃長(zhǎng)玲團(tuán)隊(duì)在育種技術(shù)研發(fā)上，如高密度選育技術(shù)、單雙倍體育種技術(shù)、分子標(biāo)記輔助育種技術(shù)、全基因組選擇技術(shù)、玉米雄花隱性不育技術(shù)等方面皆有進(jìn)展。

黃長(zhǎng)玲主持選育的玉米審定品種19個(gè)，其中國(guó)審5個(gè)；申請(qǐng)品種保護(hù)17個(gè)，已獲品種保護(hù)6個(gè)；品種累計(jì)推廣面積6500萬(wàn)畝，為國(guó)家增產(chǎn)糧食40億斤；品種開發(fā)轉(zhuǎn)讓合同金額超過(guò)1億元。

其中，“中單808”已連續(xù)10年為國(guó)家主導(dǎo)品種、我國(guó)西南區(qū)主栽品種，也是我國(guó)西南平壩區(qū)推廣面積最大、時(shí)間最長(zhǎng)的玉米品種；“中單909”已連續(xù)5年為國(guó)家主導(dǎo)品種，現(xiàn)為我國(guó)十大推廣面積品種之一，2016年推廣面積已超過(guò)1000萬(wàn)畝，獲第十一屆中國(guó)國(guó)際農(nóng)產(chǎn)品交易會(huì)參展產(chǎn)品金獎(jiǎng)。

黃長(zhǎng)玲培育的品種每年都有1000多萬(wàn)畝的推廣面積?！捌髽I(yè)盈利、農(nóng)民增收，更重要的是好品種為國(guó)家?guī)?lái)了糧食增產(chǎn)效益?！秉S長(zhǎng)玲欣慰地說(shuō)。

先進(jìn)的生物育種技術(shù)

單倍體技術(shù)是目前國(guó)際大公司通常使用的方法，我國(guó)很多單位也開始使用該項(xiàng)技術(shù)進(jìn)行自交系的選育和自交系純化。與常規(guī)技術(shù)相比，單倍體技術(shù)能快速獲得純系，縮短育種年限?！?年2代就可選育出純合的自交系，速度快?！秉S長(zhǎng)玲說(shuō)。

“我國(guó)也引進(jìn)了國(guó)外的先進(jìn)設(shè)備，開展了相應(yīng)的分子標(biāo)記輔助選擇的研究。如我國(guó)開發(fā)的抗病性狀功能標(biāo)記有銹病、莖腐病、絲黑穗病等?！秉S長(zhǎng)玲說(shuō)。常規(guī)技術(shù)結(jié)合分子標(biāo)記技術(shù)選系，效果更好、速度更快、目標(biāo)更明確。

黃長(zhǎng)玲表示，“回交轉(zhuǎn)育結(jié)合分子標(biāo)記輔助選擇，提高了效率。常規(guī)回交3代遺傳背景相似度93.5%，分子標(biāo)記輔助選擇遺傳背景相似度大于99%。分子標(biāo)記輔助選擇還可淘汰非目標(biāo)材料，提高選擇效率。”

GS（全基因組選擇）通過(guò)預(yù)測(cè)模型對(duì)個(gè)體和群體進(jìn)行預(yù)測(cè)。大規(guī)模應(yīng)用全基因組選擇的前提條件包括基因型檢測(cè)成本等于或低于田間種植成本；有好的預(yù)測(cè)模型，可靠性和準(zhǔn)確性高；有完善可行的技術(shù)路線——穩(wěn)定的DH系生產(chǎn)。

這一技術(shù)不需要挖掘與性狀關(guān)聯(lián)的顯著位點(diǎn)，對(duì)全部標(biāo)記進(jìn)行育種值估計(jì)，微效基因位點(diǎn)也能被充分利用；對(duì)復(fù)雜性狀預(yù)測(cè)和選擇更有效。GS的選擇響應(yīng)要比MAS的選擇響應(yīng)高18%～43%；無(wú)須進(jìn)行大規(guī)模的表型鑒定，節(jié)約時(shí)間，提高育種效率。黃長(zhǎng)玲團(tuán)隊(duì)也開始了GS的研究。

基于這項(xiàng)技術(shù)，中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物科學(xué)研究所已創(chuàng)造出不同類型的材料：創(chuàng)制核不育系（不育性徹底）、早熟（與原底盤品種相比早7～14天）、緊湊株型玉米（穗位以上葉夾角減小30%～50%）、鮮食糯玉米（籽粒支鏈淀粉99%）、超甜玉米（品質(zhì)達(dá)到國(guó)標(biāo)I級(jí)優(yōu)）。

發(fā)展趨勢(shì)與展望

黃長(zhǎng)玲表示，“育種是一門試驗(yàn)科學(xué)，品種表現(xiàn)是基因和環(huán)境相互作用的結(jié)果，基因發(fā)生有效變異的概率極低，但環(huán)境是可變的，所以多年、多點(diǎn)的鑒定試驗(yàn)至關(guān)重要，才能保證優(yōu)勝劣汰?！?/p>

所謂十年磨一劍，育種的數(shù)量級(jí)別更是10年以上，僅“中單808”選育就達(dá)17年之久。而多點(diǎn)就是要搶天時(shí)之利，“至少200個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)的數(shù)據(jù)支持才可判斷優(yōu)劣”。

另一方面，要得到優(yōu)良的玉米雜交種，親本的選擇至關(guān)重要。得到純合親本的過(guò)程也很艱辛，5年是起跑線。黃長(zhǎng)玲說(shuō)，“即便得到了親本純種，也不一定能得到好的雜交種，需要再經(jīng)過(guò)冗長(zhǎng)的鑒定”。

談及最大限度降低成本，黃長(zhǎng)玲說(shuō)，這一步往往是一個(gè)品種能不能進(jìn)入規(guī)模化生產(chǎn)應(yīng)用的分水嶺。

黃長(zhǎng)玲總結(jié)，當(dāng)前國(guó)外由傳統(tǒng)的常規(guī)育種為主轉(zhuǎn)變?yōu)槌Ｒ?guī)和生物技術(shù)為主的現(xiàn)代育種體系，國(guó)外玉米品種選育以企業(yè)為主體，自主研發(fā)新品種，形成育繁推一體化模式；而國(guó)內(nèi)育種技術(shù)和品種創(chuàng)新與跨國(guó)種業(yè)集團(tuán)相比有差距，新品種選育存在種質(zhì)創(chuàng)新不足、育種材料基因背景狹窄、原創(chuàng)性優(yōu)異種質(zhì)缺乏和缺少突破性品種等問(wèn)題。

因此，國(guó)外選育的玉米品種產(chǎn)量高、抗逆性好、抗倒性強(qiáng)、商品性好、宜機(jī)械化生產(chǎn)，而我國(guó)選育的玉米品種在產(chǎn)量、抗逆性、抗倒性、商品性、宜機(jī)械化生產(chǎn)等方面，與其存在較大差距。

此外，發(fā)達(dá)國(guó)家玉米生產(chǎn)已實(shí)現(xiàn)全程機(jī)械化、規(guī)模化，產(chǎn)量進(jìn)一步提高，呈現(xiàn)出專用、優(yōu)質(zhì)、高效的特點(diǎn)。隨著我國(guó)農(nóng)業(yè)供給側(cè)結(jié)構(gòu)性改革深化推進(jìn)，玉米生產(chǎn)也將經(jīng)歷從粗放到集約、從精耕細(xì)作到精簡(jiǎn)化栽培、從勞動(dòng)密集到機(jī)械化、從高產(chǎn)到高產(chǎn)高效綠色生態(tài)優(yōu)質(zhì)安全的轉(zhuǎn)變。

為滿足這些需求，我國(guó)玉米育種方向?qū)⒊兔?、抗倒、抗旱、耐高溫，出籽率高、穗位整齊、熟期適宜、脫水快、宜機(jī)收，耐瘠薄、肥水利用高效，出苗率高、適宜單粒點(diǎn)播，優(yōu)質(zhì)專用高效如甜、糯、爆、青貯、高蛋白、高直鏈淀粉等玉米品種方向發(fā)展。

黃長(zhǎng)玲坦言：“做育種的人，年年希望年年盼，一直感覺(jué)有更好的品種等待被挖掘，有更好的希望在激勵(lì)著我們前進(jìn)。有希望在，就沒(méi)有盡頭，就有一直嘗試下去的欲望?！?/p>