農(nóng)業(yè)生產(chǎn)“三品一標”專家系列解讀之三品種培優(yōu)
——促進蔬菜產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展的新目標

汪精磊 胡天華 魏慶鎮(zhèn) 包崇來

（浙江省農(nóng)業(yè)科學院蔬菜研究所，浙江杭州 310000）

我國是世界上最大的蔬菜生產(chǎn)國和消費國，蔬菜產(chǎn)業(yè)的發(fā)展離不開種業(yè)的科技創(chuàng)新和優(yōu)良品種的支撐。圍繞2022 年9 月農(nóng)業(yè)農(nóng)村部發(fā)布的《農(nóng)業(yè)品種培優(yōu)實施方案（2022—2025 年）》，在梳理蔬菜種業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀的基礎上，從種質(zhì)資源、育種創(chuàng)新、種子基地和市場環(huán)境四個方面闡述了蔬菜種業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀，分析存在的問題和產(chǎn)業(yè)發(fā)展需求，提出了蔬菜品種培優(yōu)的措施建議，為促進蔬菜產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展提供重要理論支撐和參考依據(jù)。

蔬菜產(chǎn)業(yè)已成為我國種植業(yè)中第一大產(chǎn)業(yè)，蔬菜產(chǎn)業(yè)占用10%的農(nóng)業(yè)土地，貢獻了種植業(yè)近40%的產(chǎn)值，在脫貧攻堅、鄉(xiāng)村振興及滿足人民不斷提高的生活水平需求中發(fā)揮了重要作用。我國作為蔬菜生產(chǎn)和銷售大國，蔬菜種子需求量巨大，種業(yè)對蔬菜產(chǎn)業(yè)科技進步的貢獻率占比達到40%（于拴倉和蘇同兵，2022）。中央全面深化改革會第二十次會議審議通過《種業(yè)振興行動方案》，農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化，種子是基礎，要把種源安全提升到關系國家安全的戰(zhàn)略高度，集中力量破難題、補短板、強優(yōu)勢、控風險，實現(xiàn)種業(yè)科技自立自強、種源自主可控。

2021 年中央一號文件提出了“推動品種培優(yōu)、品質(zhì)提升、品牌打造和標準化生產(chǎn)”新“三品一標”的概念，新“三品一標”中將“品種培優(yōu)”放在了首位，充分體現(xiàn)了種業(yè)是農(nóng)業(yè)的核心所在，是重中之重。2022 年9 月，農(nóng)業(yè)農(nóng)村部發(fā)布了《農(nóng)業(yè)品種培優(yōu)實施方案（2022—2025 年）》（以下簡稱《方案》）。《方案》從種質(zhì)資源、育種創(chuàng)新、種子基地和市場環(huán)境4 個方面闡述了農(nóng)業(yè)品種培優(yōu)的目標和任務，為蔬菜種業(yè)的發(fā)展指明了方向。本文將從這4 個方面闡述蔬菜“品種培優(yōu)”需要解決的問題和未來發(fā)展方向。

1 蔬菜種質(zhì)資源保護與利用

種質(zhì)資源是重要品種創(chuàng)新的基因庫，是促進現(xiàn)代種業(yè)發(fā)展和農(nóng)業(yè)技術創(chuàng)新的重要物質(zhì)基礎?！斗桨浮分忻鞔_提出，到2025 年，要全面完成種質(zhì)資源普查，基本構建資源保護利用體系，創(chuàng)制挖掘一批優(yōu)異種質(zhì)資源。

1.1 種質(zhì)資源收集

我國從20 世紀60 年代開始開展蔬菜種質(zhì)資源的收集、鑒定和挖掘工作。目前，國家種質(zhì)資源庫中保存蔬菜資源逾4 萬份，對蔬菜新品種選育起到了重要作用。近年來，第三次全國農(nóng)作物種質(zhì)資源普查與收集行動陸續(xù)在各省展開，加大了對地方品種、培育品種和引進品種的普查力度，搶救性收集了一批珍貴、稀有、瀕危資源，并發(fā)現(xiàn)、鑒定和評估了一批特色優(yōu)質(zhì)高效的新資源，我國蔬菜種質(zhì)資源收集工作取得了長足的發(fā)展。但與發(fā)達國家相比，雖然我國擁有的蔬菜種質(zhì)資源數(shù)量接近國外，種質(zhì)資源豐富，但包含的國外資源不足25%，尤其是起源于國外的番茄、菠菜等，其遺傳基礎極為狹窄（陽文龍和李錫香，2019；張德純和徐東輝，2022）。以美國為代表的西方各國已將遺傳資源全球收集作為國家戰(zhàn)略，并制定法規(guī)控制核心資源的輸出，加大了我國對全球資源收集的難度。為改變這一狀況，應收集、引進國外蔬菜優(yōu)良種質(zhì)，加強種質(zhì)資源庫（場、區(qū)、圃）建設，在適宜區(qū)域建設一批蔬菜良種繁育基地。

1.2 種質(zhì)資源鑒定

鑒定評價是挖掘、創(chuàng)制和利用種質(zhì)資源的前提。蔬菜種質(zhì)資源的鑒定評價包括形態(tài)特征、農(nóng)藝性狀、熟性、抗病性、抗逆性、品質(zhì)等表型性狀，“十三五”期間盡管開展了主要蔬菜種質(zhì)資源表型鑒定，但多以傳統(tǒng)的人工測量方法為主，通量低、準確度差。因此，應開發(fā)智能表型鑒定技術，提高鑒定通量和精準度。此外，蔬菜作物的品質(zhì)性狀包括外觀、質(zhì)地、氣味和滋味特性等，傳統(tǒng)的鑒定方法多以感官鑒定為主，鑒定結果難以量化，可靠性較差；應加快理化鑒定方法、技術的研發(fā)，確定控制蔬菜關鍵性狀的因子，開發(fā)基于儀器的高通量精準品質(zhì)鑒定技術。

隨著分子技術及測序技術的發(fā)展，蔬菜種質(zhì)資源的鑒定評價從早期的表型性狀鑒定發(fā)展到分子水平的基因型鑒定。多個研究對蔬菜核心種質(zhì)資源表型和基因型進行了深入的鑒定分析，挖掘了黃瓜、番茄、白菜、菜豆、辣椒等多種作物多個性狀控制基因或等位位點。測序技術在鑒定優(yōu)異性狀成因的同時，為實現(xiàn)蔬菜作物優(yōu)異資源的挖掘和保護向基因資源的轉變奠定了基礎。

1.3 優(yōu)異基因挖掘

現(xiàn)代育成品種需要從種質(zhì)資源中挖掘優(yōu)異資源/基因用于品種改良。早期的蔬菜優(yōu)異資源挖掘主要是通過表型選擇。隨著分子生物學的發(fā)展，分子標記、測序技術已廣泛應用于基因挖掘工作中。近年來，不同單位利用表型遺傳分析、分子標記和定位、變異組和轉錄組分析等，挖掘了一批控制生長發(fā)育、抗病抗逆、品質(zhì)等重要性狀的關鍵基因（曾美娟 等，2021）。如挖掘了在番茄中控制風味的基因（Zhu et al.，2018），十字花科蔬菜白菜、甘藍、蘿卜中控制抽薹的基因（汪精磊 等，2015），黃瓜中控制皮色、瓜長的基因（Zhang et al.，2012）等。這些基因?qū)⒋蟠笸苿邮卟擞蓚鹘y(tǒng)育種向高效、定向的分子設計育種轉變。但多組學新技術在蔬菜上應用尚有限，深入挖掘較少，具有自主知識產(chǎn)權的優(yōu)異基因仍舊缺乏。應從生產(chǎn)的迫切需求和具有重要潛在利用價值的種質(zhì)入手，加強多組學技術在基因挖掘中的應用，充分利用生物信息學工具挖掘優(yōu)異基因，以進一步釋放蔬菜種質(zhì)資源的利用價值。

2 蔬菜新品種自主創(chuàng)新

2.1 突破關鍵育種技術，提升原始創(chuàng)新能力

種業(yè)競爭本質(zhì)上是原始創(chuàng)新能力的競爭?！斗桨浮分忻鞔_提出，選育一批具有“自主知識產(chǎn)權”的品種，其關鍵在于育種技術的突破和創(chuàng)新。隨著生物技術的快速發(fā)展，蔬菜生物育種技術取得了長足進步。蔬菜育種已從早期的基于經(jīng)驗和傳統(tǒng)遺傳學的育種時代發(fā)展到分子育種階段，并積極探索基于基因工程、人工智能等技術融合發(fā)展為標志的新一輪育種技術。

我國在分子標記輔助選擇育種技術研究方面進展迅速，特別是隨著我國完成了黃瓜、番茄、西瓜、大白菜、甘藍等蔬菜作物的全基因組測序，獲得了海量的數(shù)據(jù)。在基因組學研究基礎上，定位克隆了馬鈴薯熟性、抗晚疫病，番茄抗白粉病，黃瓜苦味、抗霜霉病等重要抗性和品質(zhì)相關的基因/QTL 200余個，開發(fā)了實用分子標記100 余個，并建立了分子標記輔助育種體系（李廣存 等，2022）。

以CRISPR/Cas 為代表的基因編輯技術為蔬菜作物實現(xiàn)精準、高效、省時、省力和安全的種質(zhì)創(chuàng)新提供了新的機遇。我國已經(jīng)在番茄、甘藍、白菜、黃瓜、西瓜、南瓜等多種蔬菜作物上實現(xiàn)基因編輯（唐笑 等，2022）。此外，轉基因技術在多種作物上較成熟，目前轉基因植株進入田間試驗階段的蔬菜作物有番茄、黃瓜、甜瓜、南瓜、甜玉米等。雖然基因工程技術在部分蔬菜作物上取得了較快發(fā)展，但在一些蔬菜中還存在缺乏適用于多種基因型的高效遺傳轉化體系，以及缺少可用于編輯的功能基因等亟需解決的問題。因此，建立各種蔬菜遺傳轉化體系，探索不依賴于組織培養(yǎng)的轉基因途徑，是蔬菜作物基因編輯技術廣泛應用的研究方向。

智能育種是基于作物表型、遺傳和分子的數(shù)據(jù)基礎，通過人工智能技術設計最佳育種方案，進而定向、高效培育新品種，目前僅在番茄等少數(shù)蔬菜作物中有所探索。

2.2 構建高效育種體系，培育符合市場需求的新品種

我國主要蔬菜種類的品種良種覆蓋率達90%以上，良種對蔬菜產(chǎn)業(yè)的貢獻率為40%，與發(fā)達國家良種的貢獻率普遍在70%以上仍有較大差距（解沛 等，2022）。以北京新3 號系列大白菜，中甘系列甘藍，中椒、京甜系列辣椒，津優(yōu)、中農(nóng)系列黃瓜，京葫系列西葫蘆，京欣、華欣系列西瓜等為代表的優(yōu)良品種，占據(jù)了國內(nèi)蔬菜市場主導地位（王立浩等，2016）。但部分高端蔬菜品種，如青花菜、胡蘿卜、菠菜、洋蔥等的良種對國外依存度高達85%以上（佟屏亞，2021）。目前我國蔬菜種子進口量仍遠超出口，進出口貿(mào)易逆差也在逐年增加（石鑫巖，2022）。因此，迫切需要突破“卡脖子”難題，綜合運用現(xiàn)代育種技術，培育高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)、抗病抗逆的品種，滿足市場和產(chǎn)業(yè)發(fā)展需求。

《方案》中提出，選育一批具有“優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)、抗病抗逆、適宜機械化作業(yè)等”的品種，為蔬菜新品種選育指明了新的方向?！案弋a(chǎn)”一直以來是蔬菜育種的重要目標性狀，從20 世紀70 年代開始，雜種優(yōu)勢利用成為培育高產(chǎn)蔬菜作物的重要育種途徑?？共∮N在“六五”“七五”中列入國家重點攻關項目；從“八五”開始，“優(yōu)質(zhì)”已列為蔬菜育種的目標之一，這一時期培育的蔬菜新品種，除高產(chǎn)、抗病抗逆外，多項品質(zhì)指標也都有很大提升（方智遠，2017）。近年來，隨著勞動力成本的急劇上升，生產(chǎn)上急需適合機械化生產(chǎn)的蔬菜品種?，F(xiàn)有的品種和生產(chǎn)技術不適合機械化生產(chǎn)，因此需要重點圍繞蔬菜生產(chǎn)用工量大的環(huán)節(jié)，大力培育推廣適宜機械化生產(chǎn)的優(yōu)良品種，并開展農(nóng)機與農(nóng)藝融合創(chuàng)新。

3 建設高標準的良種繁育基地

蔬菜良種繁育是種業(yè)產(chǎn)業(yè)鏈的重要部分，也是連接種業(yè)創(chuàng)新和市場銷售的重要橋梁。《方案》提出，種業(yè)良種繁育體系更加健全，現(xiàn)代化水平明顯提高，全面提升國家農(nóng)業(yè)供種保障水平。目前，經(jīng)農(nóng)業(yè)農(nóng)村部認定的國家級育制種基地中，蔬菜類（含西甜瓜）區(qū)域性良種繁育基地共24 個。認定結果表明，我國蔬菜良種繁育基地形成了三大優(yōu)勢區(qū)域：西北（甘肅、新疆、寧夏）制種優(yōu)勢區(qū)、河南濟源十字花科蔬菜制種優(yōu)勢區(qū)和山東蔬菜種苗生產(chǎn)優(yōu)勢區(qū)（張鳳蘭，2022）。但我國生產(chǎn)的蔬菜種子在質(zhì)量上還是與國外存在差距，國外企業(yè)高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)雜交種種子的遺傳質(zhì)量、商品質(zhì)量、健康質(zhì)量高，且價格普遍高出國產(chǎn)品種5～10 倍。應加強已認定的區(qū)域性制種基地或制種大縣的種子生產(chǎn)能力建設，發(fā)展建設適合不同蔬菜制種的生產(chǎn)基地，按照規(guī)?；藴驶?、集約化、機械化、信息化的要求建設高質(zhì)量繁種基地，并嚴格控制種子的生產(chǎn)、檢測、精選、加工和包裝等環(huán)節(jié)。

4 標準化建設及知識產(chǎn)權保護

我國蔬菜種子生產(chǎn)企業(yè)約有4 000 家，其中，育繁推一體化、經(jīng)營有效區(qū)域為全國的蔬菜種子企業(yè)有40 家，蔬菜種業(yè)總產(chǎn)值在400 億元以上（丁海鳳 等，2020；王志丹 等，2021）。我國蔬菜種業(yè)相關企業(yè)數(shù)量多，但龍頭企業(yè)少，大部分企業(yè)研發(fā)能力弱，加之種業(yè)行業(yè)知識產(chǎn)權保護環(huán)境差，產(chǎn)權保護取證難、查處難，抑制了企業(yè)研發(fā)投入的積極性。因此，加快我國蔬菜種業(yè)標準化建設和知識產(chǎn)權保護體系建設迫在眉睫。

目前，我國現(xiàn)行有效的蔬菜種業(yè)相關國家標準20 項，國家標準計劃10 項（2 項為新制定、8 項為修訂），行業(yè)標準15 項，地方標準152 項（安潔等，2022）。雖然現(xiàn)有的標準在蔬菜種業(yè)發(fā)展中起到引領作用，但仍然存在較多問題：一是標準數(shù)目少，對產(chǎn)業(yè)鏈和作物種類覆蓋不全，如西葫蘆、南瓜、秋葵等作物種子質(zhì)量缺乏標準；二是標準標齡長，不能滿足市場發(fā)展需求，2014 年后未發(fā)布過重要的蔬菜種子標準；三是部分標準交叉矛盾，如西葫蘆和絲瓜等作物，在不同地方標準中指標要求不同。因此，應加快蔬菜種業(yè)標準的制定和更新，補充或增加現(xiàn)行標準中缺少的作物，并對不同標準交叉重復的內(nèi)容進行修訂（安潔 等，2022）。

知識產(chǎn)權是促進種業(yè)競爭力的加速器。《方案》將知識產(chǎn)權保護作為種業(yè)治理體制機制完善的重點。目前我國蔬菜新品種保護存在問題較多：一是侵權現(xiàn)象嚴重，由于蔬菜親本繁殖材料容易獲取，維權難度大，加上利潤空間大，導致套牌、同物異名，甚至盜取親本、從繁種農(nóng)戶手上高價套購等現(xiàn)象嚴重；二是派生性、相似性、同質(zhì)化程度較高，致使企業(yè)創(chuàng)新積極性下降，競爭力差；三是維權成本高，新品種保護體系建設有待健全。因此應縮短植物新品種權申請周期，并對審查期間的品種提供暫時性保護；加大侵權處罰力度，明確行政主體責任，提高行政執(zhí)法效率；營造依法維權的良好氛圍（畢文停和孫日飛，2020；阿布都克尤木·阿不都熱孜克 等，2022）。從而切實提高知識產(chǎn)權保護效果，實現(xiàn)從種質(zhì)資源、親本到品種的全產(chǎn)業(yè)鏈保護。