(瞭望)作为我国生产面积最大的粮食作物,玉米育种面临哪些挑战?——专访中国工程院院士荣廷昭

2022-03-02 09:32:52作者:《瞭望》新闻周刊记者 扈永顺 刘苗苗 来源:玉米所 点击数:

  

近日,新华社瞭望周刊专访了我校荣廷昭院士,现将原文转载如下:

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瞭望 | 作为我国生产面积最大的粮食作物,玉米育种面临哪些挑战?——专访中国工程院院士荣廷昭

中国工程院院士荣廷昭

目前我国玉米种植自主选育品种面积占比超过90%,玉米单产从2001年的313公斤/亩,提高到2020年的421公斤/亩,玉米育种对单产水平的贡献占到45%以上。

与先进国家相比,我国玉米育种总体上还存有一定差距,在不同领域呈现出领跑、并跑和跟跑共存的态势。

我国玉米单产水平目前只有世界先进水平的60%左右,面临利用优良品种选育与应用提高玉米单产的强烈现实需求。

玉米是我国生产面积最大的粮食作物,约占粮食种植总面积的35%,其产量接近全年粮食总产量的40%,对保障国家粮食安全具有举足轻重的作用。

我国是世界第二大玉米生产国,但不是玉米起源地,种质资源匮乏,玉米育种很大程度上依赖外来种质的引进与利用。依托科技创新突破,目前我国玉米种植自主选育品种面积占比达到90%以上。玉米单产从2001年的313公斤/亩,提高到2020年的421公斤/亩,玉米育种对单产水平的贡献占到45%以上。

从单产增长和自主品种占比这两个因素看,我国玉米育种科技进步很快,玉米育种水平总体上已跃居世界先进行列。另一方面,我国玉米单产水平目前只有世界先进水平的60%左右,面临利用优良品种选育与应用提高玉米单产的强烈现实需求。如何破解我国玉米种业发展“卡脖子”问题,突破单产瓶颈?《瞭望》新闻周刊记者专访了中国工程院院士、四川农业大学玉米研究所荣誉所长荣廷昭

我国玉米育种总体位居世界先进行列

《瞭望》:玉米是我国生产面积最大的粮食作物,我国玉米育种水平在国际上处于什么位置?

荣廷昭:我和我的团队认为,整体来看,我国玉米育种科技进步很快,有效支撑了国家玉米生产和产业发展,为保障国家粮食安全作出了重大贡献。

“十三五”以来,新培育了一批丰产、稳产、宜机收籽粒新品种,在鲜食玉米和青贮玉米品种选育上成效显著,进一步呈现出专用化和多样化的良好发展态势。

在前沿基础研究方面,我国科学家近年来取得了系列创新成果;先后克隆解析了一批玉米产量、株型、抗病、耐旱等多个重要性状的关键基因,发表的高水平研究论文处于全球第一方阵。

现代育种技术研发方面,在单倍体育种、转基因、基因编辑、全基因组选择等领域某些关键技术有所突破,提升了我国玉米育种的技术水平。

与美国等先进国家相比,我国玉米育种总体上还存有一定差距,在不同领域呈现出领跑、并跑和跟跑共存的态势。

《瞭望》:你带领团队取得了哪些玉米种业核心技术突破?

荣廷昭:我们四川农业大学玉米研究所立足西南,围绕我国玉米遗传育种关键技术和应用基础理论,致力于玉米种质创新、杂种优势利用和重要育种目标性状遗传基础研究,推动西南及我国玉米种业发展。

一是创新了热带种质选系方法,创制系列骨干自交系,育种利用成效显著。上世纪80年代,团队提出合成“育种用群体”,设计了把群体遗传研究、群体改良与自交系、杂交种选育同步进行的育种新方法,提出热带种质直接选系新途径,把热带种质的优点与温带种质的优点组合到杂交的一代种中,即“温带种质×热带种质”组配模式,成功选育西南玉米育种第二轮优良骨干自交系48-2和S37。这两个自交系所组配的川单9号、雅玉2号及贵毕系列等代表性的丰抗兼优杂交种10余个,推广期间增产玉米20多亿公斤。

“十三五”期间我们最新培育的“川单99”,具有高产稳产、抗倒抗逆、适应性广和粮饲兼用等突出特点,在生产示范中创造了我国南方玉米30亩以上连片的平均亩产1078.17公斤高产纪录,2022年还有望通过黄淮海地区国家审定,该品种已成为西南区最具市场影响力和推广面积最大的品种。

二是开创了玉米近缘属资源在玉米营养体杂种优势利用上的新途径。为解决在南方发展草食性畜牧业所面临的饲草料短缺矛盾,提出了利用玉米近缘属(种)多分蘖、再生能力强、生长茂盛、抗逆性好和栽培玉米生产种子容易等特点选育新型“饲草玉米”品种的技术路线,攻克了玉米近缘属/种间杂交障碍与生产利用的国际性难题,首创了玉米/近缘属人工合成新材料,提供了培育饲草型玉米品种原创性种质,选育推广了“玉草5号”等多年生系列饲草型新品种,取得了良好的社会与生态效益。

三是推动了西南玉米育种重要性状的遗传基础研究。鉴定了一批耐旱、耐低磷、耐穗腐的抗逆资源,克隆了多个抗逆、抗病、养分高效和雄性不育等性状的功能基因,在全基因组选择方法上做了新的探索,取得了积极进展。

下一步,我们将围绕籽粒玉米、鲜食玉米、青贮饲草玉米的种质创新和抗逆、抗病、高产、优质和宜机收等重要育种目标性状遗传基础及前沿生物技术开展科学研究与技术攻关。

瞭望 | 作为我国生产面积最大的粮食作物,玉米育种面临哪些挑战?——专访中国工程院院士荣廷昭

2021年10月10日,吉林省吉林市桦皮厂镇周边村屯农民收割玉米 许畅摄/本刊

玉米单产只有世界先进水平的60%

《瞭望》:我国玉米单产水平目前只有世界先进水平的60%左右。我国玉米种业发展的“卡脖子”问题有哪些?

荣廷昭:我国玉米单产水平较低,不全是玉米品种的因素。

玉米单产是由品种、耕地、气候、栽培技术、生产方式以及投入等综合因素决定的。我国玉米生产条件远不如美国、欧洲等世界先进水平区域,也不及阿根廷、巴西等南美国家,而且我国不同区域之间还有很大差异。

我国除东北、华北有相对较好的生产条件之外,黄淮海夏玉米区主体上是一年两熟制,单产低于一年一熟制;西南丘陵山地玉米区的生产条件更为薄弱和复杂多样,单产显著低于全国平均水平。

但是,优良品种选育与应用确实是提高玉米单产的关键因素。比如,四川农业大学玉米研究所培育的“川单99”,在生产示范中创造了亩均1078.17公斤的高产纪录,将为提升西南区的玉米单产提供新的科技支撑。

目前我国玉米种业发展面临以下几个亟需突破的关键问题。

一是种质资源及相关基础研究仍然薄弱,原创性种质缺乏。我国玉米育种在很大程度上依赖外来种质的引进与利用。目前对现已经收集保存资源的精准鉴定和优异基因挖掘较薄弱,难以有效支撑种质改良取得重大突破。突出表现在,一些育种单位一旦发现国内外有苗头的优良新品种,就千军万马走独木桥,进行模仿育种或修饰改良,而不是坚持渐进式、迭代式改良。这导致近年来虽然审定了一大批品种,但同质化严重,自主原创性突破种质少。

另一方面,围绕种质资源的基础研究不够深入和系统,跟踪前沿生物技术和热点领域的研究较多,具有独立原创探索性的研究较少,所产生的数据或揭示的机理创新性不强,对玉米育种理论或方法具有原创性的指导有限。

二是关键育种技术的研发应用不足,提升育种整体水平有限。以优良种质为基础,广泛应用以转基因和分子标记为主体的现代生物技术手段,是增加特殊性状、提高选育效率和缩短育种周期的主要途径。目前我国在育种技术上尚处于从“传统常规育种2.0”向“分子育种3.0”融合阶段,以基因编辑、全基因组选择、人工智能设计育种为代表的现代玉米生物育种技术仍处于研发阶段;大数据分析、信息化以及软件系统开发与应用不够;玉米分子育种技术和常规育种在实际应用中结合还不够紧密,对育种整体技术水平提升作用有限,现有生产品种几乎全是利用常规方法选育而成。

三是产业研发组织模式效率不高,种业国际竞争力不强。我国长期以来育种研发创新力量主要聚集在科研院所,企业主要从事种子生产推广经营,商业化育种起步晚。随着2000年种子法出台,激励和增加了企业从事育种研发的队伍,但存在科研资源分散和低水平重复等问题。

技术+体系,打赢玉米种业翻身仗

《瞭望》:你认为我国玉米种业关键技术攻关的主要方向应包括哪些?

荣廷昭:我们团队共同研究认为,我国玉米种业关键技术攻关总体上应以优良种源创新为目标,加强生物技术育种与传统育种技术的紧密结合,持续推动传统育种技术的改造升级,实现育种精准化、高效化和规模化。同时需要研发种子安全高效生产的工程化技术。

一是优异资源发掘与利用。加强优良种质资源的收集、保护和鉴定工作,建立不同生态区域的标准化、高通量试验鉴定平台,实现玉米种质资源的快速精准鉴定,对表型优异、分属不同杂优类群的优异种质,开展目标性状的规模化、精准鉴定与多生态评价。

二是现代生物技术育种研发与应用。加快转基因技术产业化应用,是缩小与世界先进育种水平差距的重要途径。突破基因编辑、全基因组选择、分子设计育种等前沿育种技术的研发瓶颈,开展人工智能技术、大数据深度融合技术研发,并加大这些前沿技术在育种程序中的应用探索,为提升我国育种技术水平提供有效支撑。

三是玉米育种前沿基础理论研究。加大利用和发展组学技术,强化玉米分子生物学、基因工程技术的应用,规模化挖掘玉米高产和绿色高效等重要农艺性状形成的关键基因,解析性状调控网络和种质资源演化规律,攻克重要性状形成的分子基础等重大科学问题,为创制突破性新种质提供技术基础和基因资源。

《瞭望》:推动形成以育种企业为主体、产学研企结合,育繁推一体化的育种体系,在体制机制创新方面,你有哪些建议?

荣廷昭:一是健全种业创新链组织体系。参照发达国家经验和我国发展实际,充分发挥科研院所和企业的双向互补优势,构建具有中国特色的种业创新链研发体系;形成科研院所以玉米种质资源发掘创新、基础理论与共性技术攻关为主体和企业聚焦流水线、规模化、商业化育种的研发任务分工组织体系。

二是深化科企合作的利益联结机制。育种体系构建要以市场为导向、以利益联结为基础,逐步形成以企业投资为主体和政府项目经费为激励的投资体系,保障科研院所的研发经费,切实提高科研人员待遇,使从事上游的公益性研究人员能潜心攻克种源创新关键技术和创制原创新种质,突破科企之间以品种转让为主体的简单合作关系。

三是切实加强知识产权保护。新种子法强调了对原始品种的保护,将对保护创新和投资积极性起到促进作用。从长远来看,要考虑加入UPOV公约1991版,进一步加大知识产权保护力度,从根本上激励企业加大研发经费投入。

《瞭望》:如何才能打赢玉米种业翻身仗?

荣廷昭:建议把支持玉米种业发展列为国家中长期战略规划。玉米种业科技具有研发周期长和生命科学前沿技术应用广泛的双重属性,是大国竞争的高科技领域,需要持之以恒与久久为功。

重视玉米种业发展规划的区域性。我国幅员辽阔,不同玉米生态区具有独特的气候条件,育种目标和种质利用区域特色明显。对玉米育种科研计划既要坚持分层分工,也要分区域组织,统筹支持中央和地方的科研力量。

加大种业高层次人才培养。科研院校在培养人才的过程中要加强与种业企业的合作,了解种业和育种发展需要什么样的人才,避免人才培养的单一化和知识结构的不合理,分类培养适应现代生物技术育种要求的高级人才队伍,为打好玉米种业翻身仗做好人才支撑。

新闻链接:https://article.xuexi.cn/articles/index.html?art_id=3910959385896789285&item_id=3910959385896789285&study_style_id=feeds_opaque&t=1646031998038&showmenu=false&ref_read_id=2e726b49-3638-4169-b986-a9a433709301_1646142395589&pid=&ptype=-1&source=share&share_to=copylink


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