我國小麥種業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀及未來建議

孫果忠

（中國農(nóng)業(yè)科學院作物科學研究所/作物分子育種國家工程實驗室 北京100081）

我國小麥播種面積和產(chǎn)量均占糧食作物的22%左右，在口糧消費中占40%以上，是世界最大的小麥生產(chǎn)國和消費國，分別占全球小麥生產(chǎn)和消費總量的17%和16%。建國以來，我國小麥播種面積從1949年的3.23億畝增加至2020年的3.51億畝，增加2800萬畝；小麥總產(chǎn)從1381.00萬t增加至13425.00萬t，增長9.72倍；小麥單產(chǎn)從43.00 kg/畝增加至382.80 kg/畝，增長8.90倍。小麥在我國糧食作物中單產(chǎn)增加最多、增幅最大。在播種面積、肥料、農(nóng)藥、水資源和農(nóng)機具投入等相對穩(wěn)定的背景下，我國小麥總產(chǎn)的增加主要源于品種創(chuàng)新帶來的單產(chǎn)的提高，品種對小麥增產(chǎn)的貢獻率在45%以上。因此，種業(yè)發(fā)展對促進小麥產(chǎn)業(yè)持續(xù)健康發(fā)展及保障國家糧食安全具有至關重要的作用。

1 “十三五”期間我國小麥種業(yè)發(fā)展概況

據(jù)國家統(tǒng)計局數(shù)據(jù)，2016-2020年，我國小麥播種面積由36998.67萬畝降至35070.00萬畝，減少1900.00多萬畝；總產(chǎn)從13318.83萬t增加至13425.00萬t，增加106.17萬t；每畝產(chǎn)量從359.98 kg增加至382.80 kg，增加22.82 kg（圖1）。

圖1 2016-2020年我國小麥種植面積、總產(chǎn)和單產(chǎn)的變化趨勢

2004年以來，我國小麥供需由偏緊逐漸轉(zhuǎn)向?qū)捤?，總體供需平衡，供應總量充足、庫存較大（表1）。隨著我國居民生活水平的提高，小麥的消費量呈現(xiàn)出直接消費量減少、間接消費量（飼料、釀酒等）增加的趨勢。我國小麥生產(chǎn)品種全部為國產(chǎn)自育，不同年代均涌現(xiàn)出一批大面積推廣的代表性品種，如南大2419、碧螞1號、小偃6號、揚麥158、鄭麥9023、濟麥22等，為保證國家的小麥生產(chǎn)安全做出了重要貢獻。近年來，小麥品種審定數(shù)量隨著我國農(nóng)業(yè)科技投入的不斷增長而逐漸增加，但并未出現(xiàn)玉米、水稻品種審定中的“井噴海嘯”現(xiàn)象（表2）?！笆濉逼陂g，知識產(chǎn)權保護日益受到育種單位重視，小麥新品種權申請和授權數(shù)量均顯著增加（表3）。

表1 1991－2018年我國小麥供需情況

表2 “十三五”期間我國審定的小麥品種數(shù)量

表3 “十三五”期間小麥新品種權申請和授權統(tǒng)計

目前，我國小麥良種覆蓋率超過97%，生產(chǎn)用種的質(zhì)量合格率穩(wěn)定在98%以上，良種對提高小麥綜合生產(chǎn)能力、促進農(nóng)民增收和保障國家糧食安全做出了重要貢獻。根據(jù)2016-2020年中國種業(yè)發(fā)展報告的數(shù)據(jù)，我國小麥良種供應充足，商品化率約為76.58%，畝用種量約為12.7 kg/畝，單價約為4.60元/kg，種業(yè)市值超過160億元（表4）?？紤]到種子商品率提高、種子價格走高等因素，未來我國小麥商品種子價值還將繼續(xù)提升，市場蘊藏著巨大的需求和商機。我國冬小麥種子生產(chǎn)基地主要集中在河南、山東、河北、安徽等省，主產(chǎn)區(qū)小麥種業(yè)不斷發(fā)展。

表4 2015-2019年全國小麥良種供應與商品化率

2 我國小麥種業(yè)與發(fā)達國家的比較情況

據(jù)聯(lián)合國糧農(nóng)組織的數(shù)據(jù)，自2003年起我國小麥總產(chǎn)量一直位居第一，并于2015年起穩(wěn)定在年產(chǎn)1.3億t以上。播種面積一直僅次于印度居第2位，2015年后讓位于俄羅斯，退居第3位。2018年我國小麥平均單產(chǎn)比世界平均高58.2%，但低于英、法、德等歐洲國家。歐洲國家小麥生育期長，只能1年1熟,而我國小麥主產(chǎn)區(qū)在夏收后還要種植玉米、水稻、大豆、花生等秋收作物，二者沒有可比性。與同為1年2熟（小麥—水稻）的印度相比，2018年我國小麥單產(chǎn)較其高60.7%；較1年1熟的美國、加拿大的單產(chǎn)分別高75.5%和65.2%。近年來，我國小麥單產(chǎn)的增幅也遠高于世界小麥主產(chǎn)國（圖2）。因此，我國小麥種業(yè)及生產(chǎn)已步入國際先進水平，為國家糧食安全做出了重要貢獻。

圖2 2003-2018年世界小麥主產(chǎn)國單產(chǎn)比較

從種業(yè)自身發(fā)展角度來看，與發(fā)達國家相比，我國小麥種業(yè)的優(yōu)勢更多體現(xiàn)在應用技術層面和數(shù)量上，仍存在原始創(chuàng)新能力不足、研發(fā)力量分散、企業(yè)競爭力不強、產(chǎn)學研脫節(jié)、政策保障力度不夠等差距。

在基礎研究領域，我國在小麥基因組測序、基因定位、轉(zhuǎn)基因、基因編輯及分子設計育種技術等方面與歐美發(fā)達國家保持同步，部分領域處于領先水平。小麥抗赤霉病基因Fhb1、Fhb7，抗白粉病基因Pm24、Pm41，太谷核不育基因Ms2等先后被克隆。轉(zhuǎn)基因和基因編輯技術已經(jīng)用于小麥抗病、單倍體誘導、雄性不育、耐除草劑、粒重等性狀的改造。據(jù)中國科學院文獻情報中心以小麥為主題詞檢索，2019年的小麥SCI研究論文共10657篇，在發(fā)表數(shù)量上，中國（包括港澳臺地區(qū)）在所有國家中排名第一，共計3369篇，占比31.62%；美國排名第二，發(fā)表1700篇，占比15.95%。盡管我國發(fā)表SCI論文數(shù)量占全世界的近1/3，但缺乏“由0到1”的原始創(chuàng)新。農(nóng)業(yè)科研的高端儀器設備、試劑耗材、軟件程序、試驗機具等嚴重依賴進口，重要的遺傳理論、研究思路、方法技術等主要起源于歐美。

在育種研發(fā)領域，我國總體進入國際先進水平，生產(chǎn)用種全部具有自主知識產(chǎn)權。在組織形式上，國外是以跨國種子企業(yè)為主的商業(yè)化育種。我國的小麥育種主體仍是科研單位，存在育種團隊規(guī)模小、組織松散、低水平重復和投入不足等弊端。受科研評價導向和商業(yè)利益驅(qū)動，科研單位和種子企業(yè)均對種質(zhì)資源的原始創(chuàng)新投入不足。在公共研發(fā)層面，沒有設立育種專項資金，種業(yè)科技沒有得到穩(wěn)定持續(xù)的資金支持。在企業(yè)層面，常規(guī)品種繁種比較容易，農(nóng)民可以自留種，企業(yè)利潤率較低；由于在研發(fā)投入上與經(jīng)濟效益大的作物存在巨大差距，多數(shù)小麥種子企業(yè)沒有研發(fā)機構和育種科研人員。

3 小麥育種技術的應用及存在的問題

小麥育種是一個集遺傳、生理、發(fā)育、病理、栽培等諸多理論知識和技術手段于一體的學科，僅靠單一技術很難實現(xiàn)產(chǎn)量、品質(zhì)、抗性等綜合指標的大幅度提高。小麥育種成效的大小取決于育種材料的創(chuàng)新和育種方法的掌握。目前，小麥常規(guī)育種與遠緣雜交、分子標記輔助選擇、細胞工程、誘變育種、快速育種、轉(zhuǎn)基因、基因編輯等技術協(xié)同發(fā)展，呈現(xiàn)日益智能化、信息化、機械化的趨勢。

在育種材料創(chuàng)新上，遠緣雜交、轉(zhuǎn)基因、基因編輯等技術均較為成熟。在遠緣雜交上，已經(jīng)成功實現(xiàn)長穗偃麥草、簇毛麥、冰草、黑麥等與小麥的遠緣雜交，并轉(zhuǎn)移野生種有益基因到小麥中，對我國小麥育種貢獻巨大。在轉(zhuǎn)基因上，我國已獲得轉(zhuǎn)化抗干旱、耐鹽堿、抗病、抗蟲、改善籽粒品質(zhì)、抗除草劑等性狀的轉(zhuǎn)基因小麥品系，基因編輯技術也成功應用于控制小麥育性、品質(zhì)、抗病、發(fā)育等性狀的基因改良。目前，轉(zhuǎn)基因和基因編輯創(chuàng)造的材料走向商業(yè)應用還受社會和政策因素的限制。

在育種方法上，現(xiàn)階段我國小麥品種以系譜選育為主，約占育成品種數(shù)量的90%；利用輪回選擇、理化誘變和細胞工程等方法也培育了一些品種，約占育成品種數(shù)量的10%。系譜選育受育種家青睞的原因可能與該方法組配方式簡單、后代材料既集中親本的優(yōu)良性狀又容易出現(xiàn)超親變異有關。從系譜可以看出，每個生態(tài)區(qū)都有若干個骨干品種成為育種家進行品種改良的主要對象。由此導致新培育品種間的遺傳相似性不斷提高，遺傳基礎愈加狹窄。以黃淮冬麥區(qū)南片國家小麥新品種試驗參試品系為例，2008-2017年含周麥系列品種血緣的參試品系占比由40%逐漸上升到50%。

近年來，世界范圍內(nèi)以“生物技術+信息化”為特征的第4次種業(yè)科技革命正在推動種業(yè)研發(fā)、生產(chǎn)、經(jīng)營和管理發(fā)生著深刻變革?？鐕N子企業(yè)普遍采用智能化、規(guī)模化、高通量的工程化育種技術體系，分子標記和全基因組輔助選擇技術被廣泛應用，將對我國仍然依賴的經(jīng)驗育種形成巨大沖擊。在轉(zhuǎn)基因、基因編輯、人工智能、合成生物學等前沿交叉技術上，我國與發(fā)達國家還存在一定差距。目前，國內(nèi)外的小麥轉(zhuǎn)基因和基因編輯技術比較成熟，但主要是應用日本煙草公司植物創(chuàng)新中心的轉(zhuǎn)化技術。此外，開展生物育種的關鍵是克隆到有育種價值的基因。隨著基因組測序技術的進步，快速克隆有價值的小麥基因成為國際上競爭的焦點。2020年，歐美等發(fā)達國家已合作完成了“10+”小麥基因組測序計劃，后續(xù)將有更多品種被測序。在人工智能領域，我國在核心技術上缺少自主知識產(chǎn)權，在關鍵設備及零部件方面主要依賴國外進口，只有少部分開展自主研發(fā)。合成生物學是生命科學、計算機科學、工程學等學科融合發(fā)展形成的嶄新領域，目前在DNA合成、基因編輯、核基因組遺傳轉(zhuǎn)化、質(zhì)體遺傳轉(zhuǎn)化、植物染色體工程等方面均已在植物改良上有所應用，國內(nèi)處于跟蹤和并跑水平。

4 未來的發(fā)展趨勢與建議

為促進小麥種業(yè)可持續(xù)發(fā)展，應圍繞國家重大需求和小麥種業(yè)的重大科技問題，按照小麥良種創(chuàng)新與轉(zhuǎn)化的全產(chǎn)業(yè)鏈進行總體規(guī)劃，以高新技術驅(qū)動小麥種業(yè)跨越式發(fā)展，充分發(fā)揮政府管理部門在資源配置中的引導作用和市場在資源配置中的決定作用，構建中國特色的政產(chǎn)學研緊密合作、科企深度融合的小麥種業(yè)創(chuàng)新發(fā)展模式。

4.1 強化現(xiàn)代生物技術、信息智能化技術的研發(fā)

隨著數(shù)字化和自動化技術的發(fā)展，高通量的表型和基因型精準鑒定技術逐漸成為解決農(nóng)作物重要性狀遺傳改良瓶頸的重要技術手段。信息技術、遙感技術、大數(shù)據(jù)等前沿技術，也正在改變品種研發(fā)、生產(chǎn)經(jīng)營、行業(yè)管理及市場監(jiān)管等方面的傳統(tǒng)運行方式。在育種創(chuàng)新方面，應用生物組學、基因編輯、智能信息等新技術，將大幅度提高育種效率和精準性，加速優(yōu)異基因聚合，由傳統(tǒng)的“經(jīng)驗育種”向高效的“精準育種”轉(zhuǎn)變。因此，應加強上述技術在育種上的集成創(chuàng)新，組織不同學科、不同領域團隊進行技術攻關，打通科技研發(fā)到市場應用的路徑。

4.2 應對社會需求多樣化、環(huán)境資源緊縮的新品種培育

在保證持續(xù)提高產(chǎn)量的基礎上，為滿足不同消費者的需求，需要培育適合加工各類饅頭、面條、面包、糕點等多樣化食品類型的優(yōu)質(zhì)專用型品種；為積極應對極端氣候條件變化導致的自然災害，需要培育抗病、抗蟲、抗倒、抗凍、耐熱等抗逆廣適型品種；為降低生產(chǎn)成本，保護環(huán)境資源，需要培育抗旱節(jié)水、氮磷養(yǎng)分高效、耐密植、高光效、宜機收的資源高效型品種?？紤]到育種性狀的復雜性，建議“十四五”要強化國家小麥良種攻關的引領作用，充分發(fā)揮社會主義集中力量辦大事的制度優(yōu)勢，依托優(yōu)勢科教單位建立若干重要性狀的表型鑒定、基因型鑒定和快速育種平臺。

4.3 加強生產(chǎn)上“卡脖子”問題的種源鑒定和創(chuàng)新

目前我國小麥主產(chǎn)區(qū)育成品種的遺傳相似性較高。這些品種的特征是優(yōu)點突出，一些缺點又難以克服，一旦發(fā)生某種自然災害，勢必給生產(chǎn)帶來重大隱患。如2016年黃淮麥區(qū)收獲期間遭遇降水導致小麥不完善粒超標，比例達到1/3，品質(zhì)下降嚴重。沒有好的育種材料難有好的品種，但是育種材料的創(chuàng)制耗時費力，企業(yè)不會做，科研單位又沒有人愿意做。因此，對小麥生產(chǎn)上頻發(fā)又缺少良好育種親本的“卡脖子”性狀，如赤霉病、莖基腐病、倒春寒、穗發(fā)芽、干熱風等，應給予長期穩(wěn)定的經(jīng)費支持和合理的科研評價機制；鼓勵科研單位加強種源鑒定和創(chuàng)新，挖掘一批育種上“卡脖子”的材料和基因。

4.4 科學規(guī)劃和布局優(yōu)勢種子生產(chǎn)區(qū)域

大規(guī)模高質(zhì)量的種子繁育基地，是小麥種子企業(yè)做大做強的基本條件，但在現(xiàn)有用地制度下，小麥種子企業(yè)自有基地規(guī)模普遍偏小，高品質(zhì)的種子生產(chǎn)量嚴重不足。要保證良種的有效供應，必須突出優(yōu)勢產(chǎn)區(qū)和重點地區(qū)，優(yōu)化品種和品質(zhì)結(jié)構，進一步推進小麥種子區(qū)域化布局、標準化生產(chǎn)和產(chǎn)業(yè)化經(jīng)營；對威脅區(qū)域小麥生產(chǎn)的重大災害，要分區(qū)設立品種抗性最低進入標準；加快構建布局合理、特點鮮明、效益顯著的優(yōu)質(zhì)小麥種子產(chǎn)區(qū)，建設一批由政府主導、企業(yè)掌控的優(yōu)勢種子生產(chǎn)基地，打造現(xiàn)代種業(yè)核心產(chǎn)業(yè)帶；強化小麥種子基地基礎設施建設，建成交通方便、能排能灌、耕地質(zhì)量好、配套設施齊全的種子基地，著力提升小麥供種保障能力。

4.5 擴大我國小麥種業(yè)的對外開放范圍

目前，國內(nèi)外仍采用區(qū)域性要求嚴格的常規(guī)品種，形成了以公益性為特色的小麥種業(yè)體系。國際化市場完全放開，我國小麥種業(yè)經(jīng)受得住國際市場的沖擊。小麥常規(guī)種子繁殖系數(shù)低，小麥種子為30～40倍，遠低于雜交玉米和雜交水稻（200～300倍）。常規(guī)小麥種子經(jīng)營毛利潤低，每千克只有0.5～0.6元，限制了物流半徑。小麥良種繁育和加工涉及播種、去雜、收獲、運輸、清選、包衣、庫存等諸多環(huán)節(jié)，是勞動密集型和重資產(chǎn)行業(yè)。在獲得農(nóng)業(yè)農(nóng)村部頒證的104家育繁推一體化種業(yè)中，小麥種子業(yè)務占比超過70%的只有安徽皖墾、江蘇大華和江蘇金土地3家，遠少于兩雜作物。隨著土地流轉(zhuǎn)和規(guī)?；?jīng)營，種田大戶自留種的比例逐年增加，新品種的知識產(chǎn)權保護越來越難。當前，中國的小麥育種水平已經(jīng)處于世界先進水平，小麥種業(yè)實行對外開放將有利于我國小麥種業(yè)“走出去”，既能引進和借鑒發(fā)達國家的種質(zhì)資源、育種技術和管理經(jīng)驗，又能輸出具有自主知識產(chǎn)權的小麥品種，增強我國小麥種業(yè)的國際影響力。