2022-04-12 09:26:17
一粒種子，一季收獲。最近，北京市農(nóng)林科學院玉米研究中心研究員趙久然先是去了海南的南繁基地，又馬不停蹄地往山東跑了一趟。
“南繁育種收獲后，接著要在北方播種，有些試驗種子還要分發(fā)到全國很多試驗點進行種植測試。”趙久然告訴記者，“品種育成后，只是完成了一半的工作；產(chǎn)業(yè)化和大范圍應用，還是要交給企業(yè)。最近，一些種子企業(yè)正在跟我們搞產(chǎn)學研合作。”
種子是農(nóng)業(yè)的“芯片”，關系著中國人的糧食安全，對于農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化更是發(fā)揮著基礎性作用。
一個新品種是怎么培育出來的？近年來我國種業(yè)科技攻關的進展如何？怎樣讓種業(yè)擁有更多“中國芯”？
優(yōu)良種子可以貢獻糧食增產(chǎn)量的45%—50%，但新品種培育周期長、難度大、失敗率高
品種是指經(jīng)過人工選擇和培育，具有一定經(jīng)濟價值和共同遺傳特點的一群生物體。穩(wěn)定性、一致性和特異性，是某一作物群體成為品種的基本要求。
“生物最重要的兩個特征，一個是遺傳，另一個是變異。變異既有自然變異，也有人為創(chuàng)造產(chǎn)生的變異。”趙久然介紹，“人類進入農(nóng)業(yè)社會之后，就有了馴化——把野生植物變成人工種植或栽培的，這是擇優(yōu)留種。真正的現(xiàn)代育種是在孟德爾發(fā)現(xiàn)遺傳規(guī)律之后產(chǎn)生的，距今只有100多年。”
作物常規(guī)育種一般包括幾個基本步驟：遺傳變異的發(fā)現(xiàn)和創(chuàng)新，遺傳變異的選擇和固定，品種（組合、群體）的決選和審定，新品種繁殖和推廣。
“育種是在現(xiàn)有種子的基礎上進行改良，讓它們變得更好，如產(chǎn)量更高、品質更優(yōu)、抗蟲耐旱等。”中國農(nóng)業(yè)科學院作物科學研究所副所長、國家小麥產(chǎn)業(yè)技術體系首席科學家劉錄祥說，“如何讓產(chǎn)量更高？要去發(fā)現(xiàn)一些對產(chǎn)量有貢獻的優(yōu)良基因，漸進地進行一些重組和優(yōu)化。”
育種說起來不難理解，但實際做起來周期長、難度大、失敗率高。趙久然認為，把種子比作農(nóng)業(yè)的“芯片”十分形象。芯片中有大量的晶體管，種子里也有數(shù)以萬計的基因。作物性狀首先是由基因來決定的，環(huán)境對基因的表達也有影響。“這些影響因素非常多，而且選育優(yōu)良性狀時，基因之間也有相互作用和影響，往往會出現(xiàn)顧此失彼的情況，所以培育出優(yōu)秀品種難度非常大。”
劉錄祥介紹，現(xiàn)代育種首先要把優(yōu)良的基因發(fā)掘、鑒定出來，再把帶有這些基因的材料梳理出來。這些材料進一步地雜交、分離、重組、篩選，最后把對育種目標有用的基因重新“組裝”起來，同時把不利的基因淘汰掉。
育種對促進作物生產(chǎn)的作用顯著，主要表現(xiàn)在提高產(chǎn)量、增強抗性、改善品質、提高生產(chǎn)效率等方面。劉錄祥解釋，育種技術的革新發(fā)展，是農(nóng)作物增產(chǎn)最重要的基礎之一，優(yōu)良種子可以貢獻糧食增產(chǎn)量的45%—50%。
此外，育種還能增強抗性，比如抗干旱、抗寒或耐高溫，減輕病蟲害等，在增強作物對不良土壤、水利條件的適應性，以及減少化肥和農(nóng)藥的使用等方面有巨大潛力。例如，超早熟大豆品種的育成，使我國黑龍江一些高緯度地區(qū)大豆生產(chǎn)邁上了新臺階；耐旱作物和耐旱品種的選育，則為半干旱地區(qū)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的穩(wěn)步增長作出了貢獻。
20世紀以來，全球種業(yè)科技先后經(jīng)歷矮稈化、雜交化、生物技術3次主要的技術革命。當前，以“生物技術+信息技術”為特征的第四次種業(yè)科技革命正在孕育，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。
“特別是分子標記、基因編輯等技術，近年來得到了迅速發(fā)展。常規(guī)的雜交育種、誘變育種等，也在信息技術、航天科技等新手段的推動下，不斷向前邁進。”劉錄祥告訴記者。
種業(yè)科技水平穩(wěn)步提升，但仍面臨不少“卡脖子”難題
我國作為世界第二大種子需求國，種業(yè)市場規(guī)模超千億元。經(jīng)過多年持續(xù)攻關，我國種業(yè)科技水平穩(wěn)步提升。水稻、玉米、小麥等三大主糧高效育種技術體系逐漸完善，主要農(nóng)作物自主選育品種達到95％以上，基本實現(xiàn)主要糧食作物良種全覆蓋。
科技部農(nóng)村科技司副司長、一級巡視員蔣丹平介紹，在國家科技計劃等支持下，我國種業(yè)創(chuàng)新取得一系列重要進展。
以2021年為例，基礎創(chuàng)新研究方面，提出了異源四倍體野生稻快速從頭馴化的新策略，揭示了玉米基因組中摩擦禾來源的大片段缺失變異的進化動態(tài)及功能影響；關鍵核心技術開發(fā)方面，開發(fā)出新型基因編輯工具，打破了國外壟斷。
在新品種創(chuàng)制與應用方面，突破了小麥—冰草雜交國際難題，創(chuàng)制出增產(chǎn)10%以上的高產(chǎn)、抗病、抗逆等小麥—冰草新種質392份；第三代雜交水稻實現(xiàn)雙季稻周年畝產(chǎn)1603.9公斤；首次成功選育出高抗赤霉病、抗白粉病的“雙抗”高產(chǎn)小麥新品種——揚麥33號，有望成為我國新一代主導品種；小麥品種百農(nóng)207、濟麥22，玉米品種京科968、裕豐303、中科玉505等新品種的年應用面積超過1000萬畝，為保障糧食安全發(fā)揮了重要作用。
看到成績的同時，也要正視我國在種業(yè)科技方面還面臨不少“卡脖子”的難題。劉錄祥舉例，我國一些作物如玉米、大豆等種子基本自給，但受育種及栽培等因素影響，單產(chǎn)還有很大的提升潛力；少數(shù)蔬菜品種還不能很好滿足市場的多樣化需求，一些適宜設施栽培、加工專用的蔬菜品種仍需進口。
導致種業(yè)科技短板的原因有多個方面。劉錄祥進一步分析說：“比如，我們沒有掌握支撐某些品種的重大基因，也缺少挖掘這些重大基因的工具和方法，這方面的差距主要源于基礎研究。”
趙久然認為，育種是一個長期持續(xù)的創(chuàng)新過程，農(nóng)作物育種平均周期都在5—10年。“科技項目一般周期是3—5年，有些項目期內(nèi)創(chuàng)制出來的品種都是前期積累起來的，存在‘期限錯配’，對科研人員長期穩(wěn)定的支持不夠。”
同時，種業(yè)是一個系統(tǒng)工程，涉及種質資源收集和評價，新品種選育、中試、推廣，需要產(chǎn)學研密切協(xié)作。目前我國八成左右的種業(yè)科技資源和人才在科研單位，產(chǎn)學研深度融合、育繁推一體的商業(yè)化育種體系尚未健全。種業(yè)企業(yè)數(shù)量眾多，但規(guī)模和競爭力不夠，真正具備研發(fā)能力的種業(yè)企業(yè)少之又少。
知識產(chǎn)權問題也不容忽視。自1999年實行植物新品種保護制度以來，我國農(nóng)業(yè)植物新品種權申請總量已經(jīng)突破5萬件，目前已授權近2萬件。然而，“短平快”的模仿式育種具有普遍性，種子市場假冒偽劣、套牌侵權等違法犯罪行為也時有發(fā)生。
劉錄祥認為，侵權行為導致品種同質化，嚴重挫傷了創(chuàng)新主體的積極性，影響了科研投入，非常不利于激發(fā)育種原始創(chuàng)新活力。“隨著新修訂的種子法實施，將實行實質性派生品種制度，全方位擴大植物新品種權保護范圍，大幅度提高侵權損害賠償標準，進一步健全激勵種業(yè)原始創(chuàng)新的法律制度，對推進種業(yè)振興具有標志性意義。”
無論是解決育種難題還是實現(xiàn)追趕超越，都需要有更大力度、更遠謀劃的創(chuàng)新作為
“無論是解決育種難題還是實現(xiàn)追趕超越，都需要有更大力度、更遠謀劃的創(chuàng)新作為。”蔣丹平表示，科技部將從“支撐、引領、走出新路”三個方面發(fā)力，深入推進種業(yè)科技攻關，加快實現(xiàn)種業(yè)科技自立自強。
支撐方面，圍繞產(chǎn)業(yè)鏈部署創(chuàng)新鏈，將系統(tǒng)部署一批國家重點研發(fā)項目，建設種業(yè)領域國家重大創(chuàng)新平臺，推進種業(yè)國家技術創(chuàng)新中心建設布局等。引領方面，圍繞創(chuàng)新鏈布局產(chǎn)業(yè)鏈，加快啟動農(nóng)業(yè)生物育種重大項目，驅動基因編輯、全基因組選擇、合成生物學、生物大數(shù)據(jù)和人工智能等跨學科技術深度交叉融合與系統(tǒng)集成；鼓勵和支持企業(yè)積極參與國家種業(yè)領域科技計劃，擇優(yōu)支持中小企業(yè)科技創(chuàng)新。
走出新路方面，針對重大、緊迫、長期瓶頸制約的任務，實行“揭榜掛帥”機制；針對區(qū)域特色種質資源挖掘與創(chuàng)新利用等任務，采取“部省聯(lián)動”機制，強化資源、管理、政策聯(lián)動，推動成果落實落地；針對聚焦關鍵核心技術可取得原創(chuàng)性研究成果的任務，采取青年科學家領銜機制，鼓勵自由探索，推動青年科技人才脫穎而出。針對大家畜、林木等育種周期長的特點，探索實行長周期支持機制等。
“在2021年發(fā)布的國家重點研發(fā)計劃中，有19個項目采用‘揭榜掛帥’形式組織，只要有能力解決種業(yè)創(chuàng)新的問題，英雄不問出身，鼓勵參與競爭。”蔣丹平舉例說，“我們的青年科學家機制，改變了以往大項目、大團隊的申請方式，只要你在單點上有突破，能夠實現(xiàn)原始創(chuàng)新，同樣可以申請。在青年科研人員思想活躍、年富力強的時候，從國家科技計劃層面給予支持，為他們承接更大的課題打下基礎。”
針對育種科研周期長的特點，今年科技部將遴選一批項目，采取長周期的支持方式。“納入支持機制以后，我們采取3年評估、5年滾動的模式，鼓勵科研人員潛心探索。”蔣丹平說。
2021年11月，趙久然主持的“高產(chǎn)優(yōu)質、多抗廣適玉米品種京科968的培育與應用”項目，獲2020年度國家科學技術進步獎二等獎。從2001年開始種質資源鑒選，到2011年品種通過國家審定后進行產(chǎn)業(yè)化和大面積示范推廣，再到2021年獲獎，趙久然的科研生涯是以10年為單位計算的。他的經(jīng)歷印證了育種不僅需要知識和智慧，更需要恒心和勇氣。（谷業(yè)凱）
來源：人民日報
編輯：牛姣
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