作物營養(yǎng)遺傳育種理論提出的背景思路及價(jià)值意義

褚清河，閻世江，周運(yùn)寧，張治家，強(qiáng)彥珍

（1.山西省農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)資源與經(jīng)濟(jì)研究所，山西太原030006；2.山西省農(nóng)業(yè)科學(xué)院蔬菜研究所，山西太原030031；3.山西省白色農(nóng)業(yè)研究發(fā)展中心，山西太原030031；4.山西省農(nóng)業(yè)科學(xué)院植物保護(hù)研究所，山西太原030031；5.山西轉(zhuǎn)型綜合改革示范區(qū)學(xué)府產(chǎn)業(yè)園區(qū)公用服務(wù)中心，山西太原030006）

土壤施肥和作物品種更新是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用的主要農(nóng)藝技術(shù)，而作物新品種高產(chǎn)潛力的培育和發(fā)揮一直都是借助于施肥量的增加。有研究表明，自1978年以來，我國糧食作物平均單產(chǎn)隨施肥量的周期性增加和作物品種的周期性更新而顯著增加[1]。但到2005年，我國專家普遍認(rèn)為，農(nóng)作物施肥量已達(dá)到極限用量，施肥不再具有增產(chǎn)作用，這就意味著靠單純?cè)黾邮┓柿康氖┓始夹g(shù)已不再能發(fā)揮作物新品種的高產(chǎn)潛力，而期望單純通過作物育種技術(shù)創(chuàng)新和突破來改變這種狀況也不再具有可能性。因?yàn)槲覈F(xiàn)行育種技術(shù)創(chuàng)新雖然能培育出更具高產(chǎn)潛力的新品種，但卻無法解決大面積高產(chǎn)的問題，而我國小麥、水稻、玉米現(xiàn)有農(nóng)作物新品種的產(chǎn)量潛力已遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于生產(chǎn)中的產(chǎn)量水平[2]。

然而，作物新品種為什么具有增產(chǎn)潛力，影響作物品種產(chǎn)量潛力發(fā)揮的因素又是什么，為什么施肥和品種的增產(chǎn)作用密切相關(guān)，這些科學(xué)問題是育種與施肥技術(shù)本身無法解決的問題，問題的解決完全取決于施肥與作物育種理論的突破，否則世界農(nóng)業(yè)很難實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。

2018年褚清河等[3]提出了作物營養(yǎng)遺傳育種理論，系統(tǒng)闡明了雜交玉米高產(chǎn)潛力的形成原理，破譯了施肥與作物育種聯(lián)系的密碼，使通過診斷雜交玉米父母本營養(yǎng)遺傳特性直接雜交培育適宜與不同肥力水平土壤最大施肥量相匹配種植的玉米品種成為現(xiàn)實(shí)。但由于土壤施肥和作物育種是兩門“各自為政”的學(xué)科，由此導(dǎo)致不同學(xué)科專業(yè)研究者對(duì)相關(guān)學(xué)科知識(shí)知之甚少，面對(duì)施肥與育種關(guān)系研究的理論文章甚至難以看懂，進(jìn)而導(dǎo)致產(chǎn)生專業(yè)偏見，對(duì)此有必要對(duì)作物育種營養(yǎng)遺傳理論的研究背景思路和重要意義進(jìn)行詮釋。

1 作物育種理論的產(chǎn)生背景

人類從食物采集者到生產(chǎn)者經(jīng)歷了漫長(zhǎng)的過程，直到新石器時(shí)代的農(nóng)業(yè)革命，食物采集者向農(nóng)業(yè)生產(chǎn)者的轉(zhuǎn)變成為人類文明的起點(diǎn)。但是，在李比希礦質(zhì)營養(yǎng)學(xué)說提出以前，人們對(duì)種植業(yè)的認(rèn)識(shí)一直處于蒙昧?xí)r期，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展一直依賴于經(jīng)驗(yàn)積累和應(yīng)用。因此，農(nóng)業(yè)革命使人類文明前進(jìn)一大步后就再?zèng)]有對(duì)農(nóng)業(yè)作出進(jìn)一步的貢獻(xiàn)[4]。

我國是一個(gè)具有幾千年悠久歷史的農(nóng)業(yè)大國，古代農(nóng)業(yè)技術(shù)遠(yuǎn)發(fā)達(dá)于西方國家，農(nóng)學(xué)著作之多為世界之冠。早在西周時(shí)期，我國農(nóng)民就認(rèn)識(shí)到精耕細(xì)作的重要性，到西漢時(shí)期我國北方地區(qū)就提出了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)及時(shí)耕作、改良和利用地力、施肥、灌溉、及時(shí)中耕除草、及時(shí)收獲6環(huán)節(jié)理論。但傳統(tǒng)的農(nóng)業(yè)著作記載的多是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)積累的經(jīng)驗(yàn)和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中相關(guān)內(nèi)容的技術(shù)規(guī)范，而對(duì)于所采用農(nóng)業(yè)措施如施肥有利于作物生產(chǎn)發(fā)育的原因和原理則從未有過研究[5]。

長(zhǎng)期以來，農(nóng)民就知道作物施糞肥、草木灰或以豆科作物輪作，可以增加地力、提高產(chǎn)量。但作物到底從周圍環(huán)境中吸取了一些什么東西而生長(zhǎng)，在19世紀(jì)以前，人們對(duì)此還一無所知。甚至曾經(jīng)有人認(rèn)為，在作物的種子和土壤里潛伏著一種神奇的力量，作物借助于它獲得產(chǎn)量。在1840年德國著名化學(xué)家李比希在《化學(xué)在農(nóng)業(yè)和生理學(xué)上的應(yīng)用》[6]一書中提出礦質(zhì)營養(yǎng)學(xué)說后，人們對(duì)作物生長(zhǎng)發(fā)育的認(rèn)識(shí)才開始由蒙昧逐步走向科學(xué)，世界農(nóng)業(yè)才由原始農(nóng)業(yè)品種馴化走向雜交種的選育應(yīng)用，以及有機(jī)肥施用轉(zhuǎn)向化肥的施用。在科學(xué)理念下，農(nóng)業(yè)技術(shù)的產(chǎn)生對(duì)世界農(nóng)業(yè)的發(fā)展起了劃時(shí)代的推動(dòng)作用，人類社會(huì)農(nóng)業(yè)近200 a的發(fā)展遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過過去幾千年。由此可見，我國古代的農(nóng)業(yè)技術(shù)其經(jīng)驗(yàn)是主要成分，農(nóng)業(yè)科學(xué)自身發(fā)展還處于萌芽時(shí)期，對(duì)自然的認(rèn)識(shí)還很不充分，指導(dǎo)實(shí)踐的能力還很弱，對(duì)指導(dǎo)技術(shù)發(fā)明甚至可以說微不足道，這就是近現(xiàn)代我國農(nóng)業(yè)技術(shù)發(fā)展緩慢的根本原因[7]。但德國化學(xué)家李比希礦質(zhì)營養(yǎng)學(xué)說的提出也并沒有像世界期待的那樣催生農(nóng)業(yè)科技革命與續(xù)寫農(nóng)業(yè)新篇章，因?yàn)槔畋认＜捌淅^承者并未在礦質(zhì)營養(yǎng)學(xué)說基礎(chǔ)上尋根究底，將施肥增產(chǎn)的研究延伸向作物育種，從而提出科學(xué)的土壤施肥理論和作物育種理論。

技術(shù)是人類改造自然的能力，它更表現(xiàn)為人類從事生產(chǎn)活動(dòng)中解決某一具體問題的方法和訣竅。在漫長(zhǎng)的歷史時(shí)期，技術(shù)的發(fā)展完全取決于生產(chǎn)的需要和憑借生產(chǎn)活動(dòng)中經(jīng)驗(yàn)的積累，因此，一般新技術(shù)的出現(xiàn)帶有很大的偶然性，而在面對(duì)生產(chǎn)活動(dòng)中復(fù)雜科學(xué)問題時(shí)更顯得無所適從，因?yàn)橹卮蠹夹g(shù)的產(chǎn)生通常以科學(xué)成果及科學(xué)理論為先導(dǎo)。如果說引發(fā)第1次科技革命的力量的關(guān)鍵技術(shù)（以紡紗機(jī)、織布機(jī)、蒸汽機(jī)為代表）主要建立在經(jīng)驗(yàn)傳統(tǒng)之上的話，引發(fā)第2次科技革命的力量并非來自生產(chǎn)技術(shù)本身，而是來自同生產(chǎn)毫無關(guān)系的科學(xué)研究成果，即電磁感應(yīng)定律、電磁理論的提出和電磁波的發(fā)現(xiàn)引發(fā)了發(fā)動(dòng)機(jī)、電動(dòng)機(jī)等的發(fā)明[7]。但世界農(nóng)業(yè)科學(xué)研究并沒有遵循2次技術(shù)革命的科學(xué)發(fā)展之路，一個(gè)多世紀(jì)以來，世界施肥技術(shù)研究基本上是在研究方向缺失情況下的經(jīng)驗(yàn)性探索，施肥技術(shù)基本上停滯于缺什么補(bǔ)什么，缺多少補(bǔ)多少為指導(dǎo)思想下的最高產(chǎn)量施肥量研究。而土壤最大施肥量下的作物新品種也并不能必然取得它所具有的潛在最高產(chǎn)量。如今作物品種的產(chǎn)量潛力愈來愈高，但在世界許多地方增施化肥不再具有增產(chǎn)作用，顯然，這是一個(gè)科學(xué)問題，而非單純施肥技術(shù)本身能解決的問題，問題的解決完全取決于土壤施肥理論和作物育種理論的突破。

2 作物育種理論研究思路的形成

2.1 土壤養(yǎng)分含量相對(duì)大小是施肥的外在形式

化肥的生產(chǎn)施用始于19世紀(jì)初西方工業(yè)發(fā)達(dá)國家，其生產(chǎn)目的就是想通過人工直接提供土壤營養(yǎng)元素的方式以調(diào)整土壤養(yǎng)分的供應(yīng)和作物對(duì)養(yǎng)分的有效吸收，從而提高作物的產(chǎn)量水平。一個(gè)多世紀(jì)以來，國內(nèi)外專家學(xué)者一直把“礦質(zhì)營養(yǎng)學(xué)說”、“養(yǎng)分歸還學(xué)說”和經(jīng)典施肥“最小因子理論”作為化肥生產(chǎn)和施用的基本理論，然而，經(jīng)典施肥最小因子理論并非是指導(dǎo)化肥施用的科學(xué)理論，時(shí)至今日，國內(nèi)外專家學(xué)者還未意識(shí)到經(jīng)典最小因子理論與生產(chǎn)實(shí)踐存在的固有的邏輯性矛盾，施肥技術(shù)研究也就不可能取得重大進(jìn)展[8]。

1843年，德國著名化學(xué)家李比希在《化學(xué)在農(nóng)業(yè)和生理學(xué)上的應(yīng)用》一書第3版中提出最小因子理論，在我國1981年華北、西北區(qū)高等農(nóng)業(yè)院校試用教材《農(nóng)田施肥原理與實(shí)踐》中的敘述是：李比希自己的說法是“田間作物產(chǎn)量的增減和廄肥中所供給礦質(zhì)養(yǎng)分成比例，當(dāng)一種必需的養(yǎng)分短缺或不足時(shí)，其他養(yǎng)分含量雖多，植物也不能生長(zhǎng)”。而全國農(nóng)業(yè)高等院?，F(xiàn)行教材《作物施肥原理與技術(shù)》[9]中則引用陳倫壽先生主編的《農(nóng)田施肥原理與實(shí)踐》[10]一書中關(guān)于李比希最小因子理論的定義：“植物為了生長(zhǎng)發(fā)育需要吸收各種養(yǎng)分，但決定植物產(chǎn)量的，卻是土壤中那個(gè)相對(duì)含量最小的有效植物生長(zhǎng)因素，產(chǎn)量也在一定限度內(nèi)隨著這個(gè)因素的增減而相對(duì)地變化。因而無視這個(gè)限制因素的存在，即使繼續(xù)增加其他營養(yǎng)成分也難以再提高植物的產(chǎn)量”。不同版本教材中的最小因子理論均定義最小因子為1個(gè)，缺乏的程度為相對(duì)含量最小。而在此情況下，增加最小因子以外的其他養(yǎng)分并非不再具有增產(chǎn)作用，植物產(chǎn)量也并非在一定限度內(nèi)僅僅隨最小因子增減而相對(duì)地變化，而是在一定限度內(nèi)隨植物大量營養(yǎng)元素成比例增長(zhǎng)而增加，顯然，最小因子理論與植物生理學(xué)養(yǎng)分主動(dòng)吸收理論相悖，也與我國20世紀(jì)80年代以來農(nóng)作物氮磷配施增產(chǎn)效果顯著高于氮磷單施的研究結(jié)果相左。事實(shí)上，李比希在提出最小因子理論20 a后已意識(shí)到此前理論的錯(cuò)誤或不足，并在1863年出版的《化學(xué)在農(nóng)業(yè)和生理學(xué)上的應(yīng)用》第7版中進(jìn)行了修正。其定義是：“每塊田，有一個(gè)或幾個(gè)營養(yǎng)物質(zhì)的含量是最低量，而有一個(gè)或另外一些營養(yǎng)物質(zhì)的含量是最大量，作物產(chǎn)量與這些最低量營養(yǎng)物質(zhì)呈緊密的相關(guān)關(guān)系。這些物質(zhì)就是石灰、鉀、磷酸、鎂或其他營養(yǎng)物質(zhì)，處于最低量的營養(yǎng)物質(zhì)支配產(chǎn)量并決定其高產(chǎn)和持續(xù)穩(wěn)產(chǎn)”。修正后的最小因子理論將缺乏程度相對(duì)最小修正為最大量營養(yǎng)物質(zhì)條件下的最低量，但在相對(duì)最小的土壤養(yǎng)分因子含量不為零的情況下該理論仍然不成立，因?yàn)樵龃笙鄬?duì)最小的程度，并不能改變作物品種耐肥性允許的土壤養(yǎng)分條件下氮磷配合施用增產(chǎn)效果顯著高于氮磷單施這一實(shí)質(zhì)。而如果定義最低量營養(yǎng)物質(zhì)的含量為零，則不僅該養(yǎng)分形式在生產(chǎn)中不具有普遍指導(dǎo)意義，而且理論將與必需營養(yǎng)元素的定義重復(fù)而失去原有施肥學(xué)意義。數(shù)字化施肥技術(shù)研究表明，施肥是作物內(nèi)在營養(yǎng)遺傳特性的外在表現(xiàn)形式，決定作物產(chǎn)量的養(yǎng)分因素，并非是經(jīng)典最小因子理論所述的土壤中那個(gè)相對(duì)含量最小的有效植物生長(zhǎng)因素，而是取決于土壤施什么肥料增產(chǎn)效果好以及不同養(yǎng)分因子以什么比例施用和施多少合理的作物品種營養(yǎng)遺傳特性[11]。

2.2 決定氮磷單施配施及最大施用量的內(nèi)在因素

作物生長(zhǎng)發(fā)育需要從土壤中吸收各種營養(yǎng)元素，而不同作物或同一作物不同品種其吸肥特性各不相同。通常土壤養(yǎng)分最大與最小是針對(duì)作物而言，土壤養(yǎng)分對(duì)作物需求是最大量還是屬于最小量，必須用作物及其品種的吸肥特性進(jìn)行衡量或判斷，自然土壤養(yǎng)分條件下，土壤中各養(yǎng)分的含量對(duì)作物需求的滿足程度也就各不相同，因此，無論相對(duì)最小下的土壤養(yǎng)分最小因子，還是一個(gè)或一些營養(yǎng)物質(zhì)的含量為最大量而另外一個(gè)或一些處于最低量下的營養(yǎng)物質(zhì)，都不可能決定其作物的穩(wěn)產(chǎn)和高產(chǎn)，決定作物高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)的內(nèi)在因素應(yīng)該是作物及其品種的營養(yǎng)遺傳特性，而土壤種植作物的可施用的最大施肥量也應(yīng)是由作物內(nèi)在營養(yǎng)遺傳特性決定的，土壤本身也存在一個(gè)由土壤肥力水平及養(yǎng)分對(duì)比關(guān)系決定的土壤最大施肥量。早在20世紀(jì)90年代的數(shù)字化施肥技術(shù)研究表明（表1），平衡與不平衡土壤養(yǎng)分類型土壤種植玉米，在土壤最大施氮量下玉米產(chǎn)量均以氮磷配合施用最高，并且存在一個(gè)氮磷最佳施肥比例，充分說明土壤不同養(yǎng)分含量高低是作物吸肥特性的土壤表現(xiàn)形式，而最佳氮磷施肥比例則是作物品種的營養(yǎng)遺傳特性，土壤最小因子為1個(gè)且增施最小因子以外的其他因子不具有增產(chǎn)作用的情況也并不存在。表1中平順試驗(yàn)A，無論增施氮或磷均較對(duì)照顯著增產(chǎn)，而平順試驗(yàn)B單施氮磷均不具有顯著增產(chǎn)作用。由此可以做出假說，不同作物或同一作物不同品種具有氮磷單施和配施特性，并且具有各自的最大施肥量，其是作物品種的高產(chǎn)性狀，作物高產(chǎn)品種的選育應(yīng)是在一定施肥環(huán)境條件下父母本性狀基因的表達(dá)，假說在后來的試驗(yàn)中得到證實(shí)，并提出了作物營養(yǎng)遺傳育種理論[3]。

表1 玉米不同試驗(yàn)地最大施氮量下不同氮磷比例增產(chǎn)效果[12] kg/hm2

3 作物育種理論及其重要價(jià)值

3.1 作物育種理論的內(nèi)容解析

科學(xué)理論是通過概念和原理闡明事物發(fā)展變化規(guī)律本質(zhì)的高度概括和總結(jié)，而概念提出和原理闡明的依據(jù)就是科學(xué)實(shí)驗(yàn)和建立在實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上的邏輯推理，而非主觀想象或基于事物一般認(rèn)識(shí)上的推理或解釋。作物營養(yǎng)遺傳育種理論首先提出了養(yǎng)分利用效率和耐肥性是作物品種高產(chǎn)性狀的概念，概念就是理論要闡明的本質(zhì)問題。在這里養(yǎng)分利用效率是作物對(duì)養(yǎng)分的生理利用率，即作物形成籽粒產(chǎn)量的養(yǎng)分?jǐn)?shù)量占地上部分植株總養(yǎng)分量的百分比。研究表明，作物的生理利用率越高，作物產(chǎn)量也越高，而作物生理利用率高低與氮磷施肥比例顯著相關(guān)，氮磷最佳施肥比例下的生理利用率為最高；作物品種的耐肥性是指作物對(duì)施肥量的耐受程度，作物品種的最大施肥量就是作物及其品種的極限耐肥性。正是作物品種存在耐肥性這一性狀，通常作物對(duì)氮肥的利用率隨施肥量的增加而增加，氮肥利用率通常也以土壤施肥達(dá)到最大施肥量時(shí)較高，但氮肥利用率高并不意味著作物的產(chǎn)量水平一定就高，只有作物的生理利用率同時(shí)也高的情況下，作物施肥才能獲得較高的產(chǎn)量水平，但土壤施肥高產(chǎn)的前提必須有較高的氮肥利用率。氮磷施肥比例、土壤施肥量能顯著提高作物的生理利用率和肥料利用率，說明氮磷單施與配施及土壤最大施肥量與作物品種養(yǎng)分利用效率和耐肥性存在邏輯關(guān)系。依據(jù)孟德爾每一個(gè)性狀都有一對(duì)因子所決定的遺傳理論，作物主動(dòng)選擇性吸收養(yǎng)分必然是由基因控制的，自然作物最大施肥量基因及氮磷單施和配施基因無疑是決定品種耐肥性和養(yǎng)分利用效率的因子，否則作物產(chǎn)量就不可能隨施肥量增加而增加，土壤施肥也就不可能存在施肥量達(dá)到土壤最大施肥量時(shí)作物產(chǎn)量達(dá)到最高這一科學(xué)事實(shí)。因此，理論在提出概念的同時(shí)，闡明耐肥性和養(yǎng)分利用效率通常通過決定作物最大施肥量基因和氮磷單施、配施特性基因來表達(dá)，并且說明這些基因是父母本固有的。在此基礎(chǔ)上，作物營養(yǎng)遺傳理論闡明了雜交品種高產(chǎn)潛力的形成期和雜交原理。

現(xiàn)代玉米雜交新品種培育的方法是從品種或雜交群體中分離選擇優(yōu)良單株進(jìn)行自交，直到最后選育出性狀相對(duì)穩(wěn)定一致的自交系。但相對(duì)穩(wěn)定的父母本自交系含有多少性狀基因，他們?cè)谶x育過程中是如何純化分離而又是如何實(shí)現(xiàn)雜交重組的，傳統(tǒng)育種理論并未涉及，傳統(tǒng)育種理論更沒有闡明植株性狀、土壤施肥、作物品種產(chǎn)量潛力三者間是否存在邏輯關(guān)系。作物營養(yǎng)遺傳育種理論則明確穩(wěn)定的自交系的實(shí)質(zhì)就是父母本均含有耐肥性不同的氮磷單施和配施基因，而且這些基因可以是相同的，也可以是不同的，但父母本只有含有相同的氮磷單施或配施基因且一方具有較強(qiáng)的耐肥性，才能實(shí)現(xiàn)雜交重組形成高產(chǎn)品種。雜交時(shí)的施肥環(huán)境左右品種氮磷單施與配施的營養(yǎng)遺傳特性，即氮磷單施與配施是自交系相應(yīng)基因激活表達(dá)的必要條件，至此理論闡明了作物品種高產(chǎn)潛力雜交形成原理和影響因素，理論可用于指導(dǎo)高產(chǎn)育種和良種良法配套種植研究。常規(guī)育種理論雖然也提出了植株性狀的概念，但概念的提出依據(jù)并非是科學(xué)實(shí)驗(yàn)和建立在實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上的邏輯推理，而是主觀想象或基于事物一般思維認(rèn)識(shí)上的推理或解釋，因?yàn)榉謱俨煌贩N的、控制不同性狀的優(yōu)良基因的隨機(jī)結(jié)合并不必然和品種的高產(chǎn)潛力存在邏輯關(guān)系。而究竟在什么環(huán)境條件下有多少性狀的基因隨機(jī)結(jié)合和如何實(shí)現(xiàn)有效結(jié)合，傳統(tǒng)育種理論并未有科學(xué)論述，也未闡明其產(chǎn)量潛力形成原理[13]。顯然植株性狀育種理論還談不上科學(xué)的育種理論，自然也不能用于解釋和解決為什么土壤施肥量和作物單位面積產(chǎn)量存在顯著線性相關(guān)關(guān)系以及生產(chǎn)中推廣應(yīng)用作物新品種不能普遍高產(chǎn)的問題。

3.2 作物育種理論的科學(xué)意義及重要價(jià)值

早在18世紀(jì)中葉，德國植物學(xué)家科爾羅伊特就創(chuàng)立了科學(xué)的雜交方法[14]，但作物育種至今還處于經(jīng)驗(yàn)育種階段，還未搞清作物高產(chǎn)品種的高產(chǎn)道理，自然也就無法通過采用相應(yīng)栽培技術(shù)調(diào)控影響品種產(chǎn)量潛力發(fā)揮的因素而使農(nóng)作物品種獲得普遍高產(chǎn)，這就像一個(gè)農(nóng)民可以憑借多年的種植經(jīng)驗(yàn)在自己經(jīng)營的農(nóng)田上獲得高產(chǎn)，但他并不能在別的地方獲得普遍高產(chǎn)一樣，因?yàn)樗欢弋a(chǎn)的道理。

英國科技史專家李約瑟曾說，中國古代科技遠(yuǎn)發(fā)達(dá)于西方，但近代科學(xué)并未在中國產(chǎn)生，而美國科學(xué)家羅蘭對(duì)我國科技發(fā)展的評(píng)價(jià)更令人深思?！盀榱藨?yīng)用科學(xué)，科學(xué)本身必須存在，如果停止科學(xué)的進(jìn)步，只留意其應(yīng)用，我們很快就退化成中國人那樣，多少代人以來他們都沒有什么進(jìn)步?！弊魑餇I養(yǎng)遺傳理論的提出是世界育種科學(xué)和施肥科學(xué)發(fā)展的重要標(biāo)志，預(yù)示著我國今天已開啟第2次世界農(nóng)業(yè)科技革命的序幕，開始沖出沒有產(chǎn)生近代科學(xué)的時(shí)代[15]。作物營養(yǎng)遺傳育種理論的重要價(jià)值就在于首先揭示了施肥環(huán)境是隱性基因向顯性基因轉(zhuǎn)化的重要條件，而雜交玉米品種父母本氮磷單施和配施基因的配對(duì)和重組是作物品種產(chǎn)量潛力形成的必然過程和氮磷單施與配施基因只有在顯性狀態(tài)下才能實(shí)現(xiàn)雜交配對(duì)重組這一科學(xué)事實(shí)，并且闡明氮磷單施與配施基因只有在相應(yīng)施肥條件下才呈顯性狀態(tài)，當(dāng)父母本其中一種基因?yàn)轱@性狀態(tài)時(shí)，其余基因必然呈隱性狀態(tài)，從而深化與闡明了孟德爾遺傳理論中隱性基因和顯性基因的作用意義，為作物育種科學(xué)化提供了理論依據(jù)，可使作物育種由經(jīng)驗(yàn)育種走向科學(xué)育種。

作物營養(yǎng)遺傳育種理論同時(shí)提出了“土壤最大施肥量”和“作物品種最大施肥量相匹配”，即“最大施肥量相匹配”概念，從而闡明目前世界許多國家和地區(qū)在作物品種更新下增施化肥不再具有增產(chǎn)作用和作物新品種推廣應(yīng)用不能普遍實(shí)現(xiàn)高產(chǎn)的主要原因，是由不同肥力水平土壤的最大施肥量與推廣應(yīng)用作物品種的最大施肥量不匹配造成的。只有提高土壤的肥力水平，同時(shí)選擇高、中、低肥力水平的地塊，分別在地塊各自土壤最大施肥量和氮磷最佳施肥比例條件下選育與高、中、低肥力水平土壤最大施肥量相匹配種植的作物品種，才可變高產(chǎn)的偶然性為必然性，將小面積高產(chǎn)變成不同肥力水平土壤的普遍高產(chǎn)，從而實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。

此外，作物育種理論和土壤施肥配比理論提出的重要意義還在于，可用它判斷一些技術(shù)研究是否帶有盲目性，避免研究與推廣應(yīng)用一些不具有科學(xué)性的技術(shù)。如作物追肥至今被專家學(xué)者奉為已有定論的傳統(tǒng)增產(chǎn)技術(shù)，而目前我國推廣應(yīng)用的控釋肥或緩釋肥更是被專家學(xué)者稱之為高新技術(shù)的新型肥料。然而，這些傳統(tǒng)技術(shù)或新技術(shù)實(shí)際是缺乏科學(xué)理論指導(dǎo)下的經(jīng)驗(yàn)性研究結(jié)果，他們與科學(xué)理論指導(dǎo)下研究成功的技術(shù)相比并不具有增產(chǎn)作用。作物營養(yǎng)遺傳育種理論表明，土壤施肥是作物內(nèi)在營養(yǎng)遺傳特性的外在施肥表現(xiàn)形式，而土壤施肥配比理論則闡明，土壤施肥作為一種調(diào)節(jié)手段主要是在調(diào)整作物苗期土壤氮磷供肥比例的同時(shí)提高養(yǎng)分的供應(yīng)強(qiáng)度，并非滿足作物整個(gè)生育時(shí)期對(duì)養(yǎng)分量的需求，因?yàn)樽魑镂适怯汕耙浑A段吸肥水平?jīng)Q定后一階段吸肥的系統(tǒng)過程，而作物苗期土壤供肥強(qiáng)度不足與作物吸肥能力較弱是高產(chǎn)施肥的主要矛盾。作物追肥和控釋肥技術(shù)則把施肥看成是滿足作物不同生育時(shí)期對(duì)養(yǎng)分量的需求，而且沒有把氮磷或氮磷鉀施肥比例看成是重要的施肥因素，因此，追肥和控釋肥養(yǎng)分逐漸釋放的施肥方式均不能滿足作物苗期對(duì)土壤養(yǎng)分供肥強(qiáng)度和施肥比例的要求。如果此前有土壤施肥配比理論和作物營養(yǎng)遺傳育種理論作指導(dǎo)，上述傳統(tǒng)技術(shù)和新技術(shù)可以說就不會(huì)犯盲目研究和推廣的錯(cuò)誤。作物營養(yǎng)遺傳育種理論的重要價(jià)值則還在于能極大地縮短育種時(shí)間，做到通過診斷營養(yǎng)遺傳特性選擇父母本直接雜交培育適應(yīng)高、中、低肥力土壤種植的高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)品種，從而有效解決目前作物品種產(chǎn)量潛力很高，但大面積應(yīng)用單產(chǎn)水平較低以及沒有有效方法大幅度提高中低產(chǎn)田產(chǎn)量的問題。