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坚决打好种业翻身仗(立志打一场种业翻身仗)

更新时间:2022-07-31 20:58:10
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粮食是社稷之本,种业是粮食之基。2020年12月16 —18日在北京举行的中央经济工作会议明确提出:保障粮食安全,关键在于落实藏粮于地、藏粮于技战略;要加强种质资源保护和利用,加强种子库建设;要尊重科学、严格监管,有序推进生物育种产业化应用;要开展种源“卡脖子”技术攻关,立志打一场种业翻身仗。习近平总书记多次强调,中国人的饭碗任何时候都要牢牢端在自己手上。那么,打好种业翻身仗、端稳国人饭碗,需要攻克哪些育种关键技术?本文我们一起关注作物育种那些“卡脖子”的关键技术。

麦粒在手

育种对粮食生产的贡献

遗传、变异和选择是物种进化的3个决定因素,而育种则是以变异和选择为基础,适当利用自然进化的人工进化。因此,从时间跨度上来说育种极大地缩短了作物的进化进程。育种以选育优良品种为目标,以期达到以下目的:大幅提高作物的产量;改善农产品品质,提高质量;增强抗性,以促进稳产;增强作物适应环境的能力,扩大作物栽培区域;适应农业机械化发展,增强竞争力;改良耕作制度,提高作物复种指数等。

新品种、化肥和农药的使用及灌溉面积的增加,对粮食增产起到决定性作用,其中,新品种的贡献率一般为35%~40%,而其他措施的增产作用也需要通过新品种来实现。目前,化肥和农药用量接近饱和,高产、高效、多抗的作物新品种对粮食生产的贡献率在逐渐增加,将会由原来的35%~40%增至50%以上,作物新品种在农业生产中的地位将日益重要。

今天和未来的种植业增产越来越依靠良种的选育——联合国粮农组织的研究表明,未来国际粮食总产增长的20%依靠播种面积的增加,80%依赖于单产水平的提高,而单产增加的60%~80%又来源于育种科技的进步。

我国的育种科技差距在哪里

种业,是种植业的根本,与国家粮食安全息息相关。近些年,我国种业有很大进步,农业生产用种安全是有保障的,风险是可控的。水稻和小麦种源能够做到完全自给自足且有竞争力;玉米和大豆种子基本自给,但受育种及栽培等因素影响,单产与世界先进水平还有差距;少数蔬菜品种还不能很好地满足市场多样化需求,尤其是一些适宜设施栽培、加工专用的蔬菜品种仍需要进口。

从主粮上看,我国育种水平与发达国家差距不大。中华人民共和国成立以来,特别是改革开放之后,我国政府在主粮育种方面持续投入,形成了比较健全的良种繁育和推广体系,主粮保供能力基本可以满足需求。但是从非主粮上看,我国育种水平与国外差距较大,比如高端蔬菜、花卉、畜禽、草种等优良品种核心种源大部分掌握在国外公司手里,依赖国外进口。

我国与发达国家在育种上的科技差距主要体现在基础科学研究上,特别是功能基因的挖掘和基因编辑技术的创新。基础研究是根本,大力加强基础研究,强化原始创新,才能带动下游产业链。以水稻为例,我国是世界上第一个成功研发和推广杂交水稻的国家,杂交水稻培育成功被称作引导世界走向“丰衣足食”的“绿色革命”。然而,人类驯化水稻是一个漫长的过程,随着基因组学、生物信息学、合成生物学等发展,从“经验育种”到“精确育种”,设计“未来水稻”成为可能。

在这个过程中,功能基因挖掘和基因编辑技术是两个核心技术。我国在生物育种科技创新上的差距也主要体现在这两个方面:在功能基因方面,发达国家起步较早,已经识别出很多作物的重要功能基因,并申请了专利。这就意味着只要我们使用了某些别人已获得专利的基因进行育种和推广,就要付给人家钱。在基因编辑技术方面,通过什么手段去改造基因也是一种专利。如果没有自己的基因编辑核心技术,就相当于自己不能掌握生物育种的工具,也会被人“卡脖子”。

现代种业重大关键技术

近年来,生物技术发展迅猛,各项技术得到空前发展,尤其是基因组编辑技术、单倍体育种、分子设计育种技术的发展,正孕育着一场新的育种技术革命。

现代生物技术育种是发展方向

分子标记辅助育种:分子标记是以个体间遗传物质内核苷酸序列变异为基础的遗传标记,代表基因型选择,不受环境影响,具有高通量、自动化、灵敏度高和稳定性好等特点。目前,跨国种业公司基于新一代测序技术开发出与作物重要农艺性状、产量和抗病抗逆等数量性状紧密连锁的标记或基因内功能标记,对性状进行鉴定与选择,最大限度地剔除环境效应,既提高选择的准确性,又节省人力、物力与时间,极大地提高了育种效率和水平,使育种从“经验”变为“科学”。

转基因育种技术:转基因育种技术是现代种业的核心技术之一,研究安全、高效的遗传转化技术和培育转基因新品种,是推进玉米、大豆和棉花种业发展的重要选择。

常规育种技术是基础

种质改良与创新:最近10年,发达国家越来越重视前育种研究,从世界各地引进种质资源,经过系统评估、改良与创新,培育优良自交系,为现代玉米商业育种奠定种质基础。目前,我国也逐渐重视这一关键技术和创新领域。

试验组合测试技术:高产稳产的玉米新品种离不开规模化的多年多点测试。跨国种业所有试验站的测试技术实现规模化、数字化、机械化、电子化操作。每个杂交种至少经过150多个试验点和200多个农民地块种植测试才进入商业化。

坚决打好种业翻身仗

基因型与环境互作及控制技术:基因型与环境互作及控制技术旨在使作物的生理生态性状或产量、品质等生产性状在不同环境中保持稳定,即优良品种要具有调节其表现的能力,使之适应环境变化。

双单倍体技术:双单倍体技术的特点是选系速度快,仅需2个世代即可获得稳定纯系;操作简单,不需要复杂的设备设施即可开展规模化选系。其核心在于单倍体诱导、鉴别和加倍等环节。目前,国外公司均以秋水仙素和除草剂化学加倍为主,建立了高效的单倍体诱导和鉴别技术;国内研发诱导和鉴别技术,形成了规模化自然加倍和化学加倍技术。一般诱导率为8%~20%,加倍率达到20%以上,初步具备了规模化应用基础。

关键性的辅助育种技术

信息管理平台:信息管理平台是现代育种企业技术链管理与资源整合的基础。跨国公司建立了覆盖全球的育种管理平台和测试网。通过技术集成,完成对基础群体和育种材料的电子化与信息化管理,实现企业内部资源共享。

抗逆性鉴定技术:作物抵抗各种生物和非生物胁迫的能力是大面积高产的关键。我国培育的“郑单958”玉米新品种因综合抗逆性强、稳产性好被广泛种植。在通过转基因技术提高玉米抗虫和抗除草剂等生物胁迫能力的基础上,近年来,大型跨国种业高度重视玉米新品种对非生物胁迫的抗性,采用无损自动检测技术进行高通量的抗性鉴定,尤其是耐旱、耐养分贫瘠的能力和抗病性,一些品种或材料已在美洲、非洲进行测试或试种。

品质分析与检测技术:玉米品质因用途而异,检测方法多种多样。近红外光谱分析(NIRS) 是目前最成熟和应用最广的测试方法。其优点是分析速度快、检测成本低、无损,国外已将其加载到田间机械上,实现快速在线检测。用核磁共振技术(NMR) 测定玉米籽粒油分,比近红外光谱分析方法更精确。对于微量成分,高效液相色谱(HPLC)比传统化学分析方法操作简便、速度更快。有条件的企业应建立动物营养试验室,通过动物试验测定玉米产品的可消化性及营养品质。

国内种子企业未来发展态势

当前我国种业发展面临新要求、新机遇、新挑战,“十四五”时期,要把种业作为农业科技攻关及农业农村现代化的重点任务,以推进高质量发展为主题,以改革创新为基本动力,统筹当前与长远、发展与安全、国内与国际,做强优势,补上短板,突破瓶颈,加强种质资源保护利用,强化种业科技支撑,支持企业做大做强,建设现代种业基地,提升知识产权保护及监管治理能力,加快构建中国特色现代种业体系,筑牢我国农业农村现代化及人民美好生活的种业根基。

建设“育繁推一体化”大型一流种子企业

“育繁推一体化”是指种子企业具有种子培育、扩繁及销售与推广的全流程服务能力,是种子企业具备较强市场竞争力和综合实力的重要体现。在市场竞争日益激烈的今天,农民在注重种子质量的同时更加重视基于产品所提供的配套技术服务。因此,在提倡种子企业“育繁推一体化”的背景下,企业发展战略要以健全和完善自身科研机构与实验平台为基础,不断提高自主创新能力,逐渐构建以企业为主体的“商业化育种体系”。把企业逐渐培育成集良种培育、繁育、推广一体化,生产、加工、销售一条龙的产业化主体,最终将企业自身打造成为育种能力强、生产加工技术先进、市场营销网络健全、技术服务到位的“育繁推一体化”现代农作物种业集团,为角逐国际种业市场、振兴民族种业奠定基础。

育种企业与基础研究齐头并进

当前,不少企业缺乏长期的发展目标,不想投入经费和研发力量加速育种技术升级换代,只想做外来种子的“收购商”“代理商”和“销售商”,这不利于企业及我国种业的长远发展。育种企业和科研机构要以我国当前育种存在的重大问题和需求为导向,让基础研究“沉”下去,使基础研究与育种实践有机结合,通过科企合作,使研究成果迅速转化为生产力。企业应尽快建立起自己的研发队伍,加大育种投入,加强技术创新储备。基础研究需要也必须去解决育种实际中的重大科学问题,尤其是“卡脖子”的技术难题;而育种实践中的重大需求又孕育着重大的科学发现。这是一个特殊阶段的特殊历史任务,需要国家顶层设计、政府相关部门、企业、金融业、科技界等各方面的共同努力。

搭建育种信息管理平台,提升育种效率

种子繁育具有育种材料数量多、测配组合规模庞大、试验基地分布区域广、性状数据海量等特点,通过将物联网、互联网等现代信息技术与商业化育种关键环节紧密结合,建立作物育种信息管理平台,能有效提高育种效率、降低育种专家劳动强度。育种管理系统围绕新品种培育的实际过程,以性状数据采集和处理分析为核心,以育种过程管理为基础,实现对育种的信息化管理和数据的科学化分析,全面提高育种的管理水平和数据处理能力。种质资源库管理系统可以实现对仓储种质材料基础信息的采集和管理,详细记录种子出入库和库存信息,为育种工作做支撑。

兼并重组整合行业资源

从横向看,种业与粮油加工、农药等产业之间加速融合;从纵向看,种业链内部各环节之间的整合度不断提高;从区域看,跨国种业集团通过不断地兼并、收购、参股等方式进行海外市场扩张,逐步覆盖了全球大部分关键市场。未来我国种业发展,也需要种子行业的龙头企业选择优质标的,进行收购兼并,整合资源,实现优质种子企业的强强联手,达到共赢,并推动我国种子行业发展至新的阶段。

(文/邓进利)

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