推进现代种业发展的重大关键技术.docx

推进现代种业发展的重大关键技术.docx

《推进现代种业发展的重大关键技术.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《推进现代种业发展的重大关键技术.docx（7页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

推进现代种业发展的重大关键技术

推进现代种业开展的重大关键技术

现代种业的内在活力在于对创新理念的执行力，其外在表现形式包括：

常规育种技术和新兴生物技术在现代企业内部形成两条产业技术链；辅以信息管理等技术帮助实现资源整合。

现代种业重大关键技术包括：

全球种质资源利用、传统育种技术与生命科学的融合与创新。

其目的是全方位地优化有效基因的挖掘与转化，产品开发和评价，种子生产和加工，市场销售和效劳等过程，提高效率，从而使企业加速开发出增产潜力高和抗逆性强的优良品种，目标明确地投放市场，使农民增产增收，同时保持环境和农业的可持续开展。

本文对与现代种业有关的技术领域归纳为五个方面，并简述其现状，开展方向和我国与西方兴旺国家的差距；最后提出如何赶超世界先进水平的建议供领导参考。

一、现代生物技术育种是开展方向

长期以来育种家们根据作物的田间表现型来选择基因型，根本上属于“经历育种〞，准确性差、效率低，育种周期长。

近二十年来，新兴生物技术逐步成为现代种业不可或缺的核心技术。

主要包括：

〔一〕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根底的遗传标记，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严密连锁的标记或基因内功能标记，对性状进展鉴定与选择，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“经历〞变为“科学〞。

我国与兴旺国家的差距主要表现在：

〔1〕根底理论研究不深入，作物重要农艺性状标记开发与育种实践脱节，大多数论文中的标记无法为育种家应用；

〔2〕缺乏国家级公益性团队及全国性试验站覆盖群，无法与国内大型种业建立高效的信息交流和共享。

建议设立国家级公益性研发团队，整合现有资源，纳入国家级研发团队，为相关科研单位及种业公司提供公益性效劳。

〔二〕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，研究平安高效的遗传转化技术和培育转基因新品种，是推进玉米、大豆和棉花种业开展的重要选择。

美国具有深厚的转基因技术、产品储藏与产业开展经历。

在完善农杆菌遗传转化技术的同时，非常重视遗传转化技术研究；主要技术储藏和开展方向为：

叶绿体转化技术、“清洁〞载体技术、无选择标记技术、遗传修饰基因删除技术等。

与此同时，转cry1Ab、cry1F、Vip3A基因的抗虫玉米，转EPSPS抗草甘膦除草剂玉米等多个性状的多价转基因品种成功进展商业化种植，具备了涉及整个产业链的相关技术储藏。

我国与西方兴旺国家的差距主要表现在：

〔1〕缺少自主知识产权的基因克隆和转化体系，遗传转化效率远低于跨国企业〔30-40%〕，不能满足大规模工程化转基因育种的要求；

〔2〕中国转基因技术储藏及体系分散于大学及科研院所，转化基因及育种材料与大型种业无法实现高效对接。

今后要积极开展国际合作，引进和改进转抗虫、抗除草剂玉米等关键技术，完善遗传转化体系，构建高效的转基因玉米育种技术体系。

二、常规育种技术是根底

作物新品种培育是一门消耗时间和精力，以科学和实践经历相结合的学科，在充分发挥现代农业生物技术优势的同时，最终品种培育还需要育种家依托常规育种技术链来完成。

主要技术包括：

〔一〕种质改进与创新。

最近十几年，兴旺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、改进与创新，培育优良自交系，为现代玉米商业育种奠定种质根底。

在我国当前科技管理体制下，这是被长期无视的重大关键技术和创新领域，建议加强对前育种〔Pre-breeding〕研究的支持力度和改革科技管理体制。

〔二〕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。

我国与西方兴旺国家的差距主要表现在：

〔1〕测试规模小，机械化、电子化程度低；

〔2〕无视信息管理系统，全国各科研院所和种业公司在低水平重复工作，消耗了大量的人力、物力和财力。

我国应建立国家公益性信息管理系统，实现全国性数据交流和共享；鼓励企业引进先进的试验机械、设备和软件，提高机械化和电子化水平。

〔三〕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。

大型跨国种业公司均设有遍布全球的试验站。

通过这些试验站〔点〕，育种家用先进技术评估育种材料，能有效、快速地培育出优良新品种。

孟山都公司还聘请了作物生长模型的科学家，研究气候变化及其对玉米育种的需求。

我国与西方兴旺国家的差距主要表现在：

〔1〕测度模型和分析方法较局限，缺乏全球意识，理论研究滞后；

〔2〕新品种培育过程中，对受环境影响的品种稳定性和平安性重视不够，很多品种在生产中暴露问题，没有建立完善的品种与环境互作控制技术体系。

我国应建立不同区域和适应全球环境变化的环境控制体系，以模型和试验研究相结合，广泛开展品种与区域生态条件的互作研究。

〔四〕双单倍体技术。

双单倍体技术特点是选系速度快，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。

诱导率和化学加倍效率与国际水平接近，一般诱导率为8%-20%，加倍率到达20%以上，初步具备了规模化应用的根底。

我国与西方兴旺国家的差距主要表现在：

〔1〕单倍体加倍效率、鉴别方法和DH系管理等尚需提高和完善；

〔2〕以高效单倍体育种为根底的新型技术体系尚未完全成型。

建议强化高通量单倍体诱导、鉴别和加倍技术研究，引进和吸收国外相关技术，特别是低毒化学加倍技术，构建规模化单倍体育种效劳平台。

三、关键性的辅助育种技术

育种家在培育新品种过程中，利用先进的辅助育种技术从几十万甚至数百万的品系中找到最正确的可用育种材料，从而提高育种程序的高效性和实效性。

主要技术包括：

〔一〕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根底。

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，完成对根底群体和育种材料的电子化和信息化管理，实现企业内部资源共享。

今后应引进现代信息管理技术和人才，引进BLUP〔最正确线性无偏预测分析〕技术，对玉米育种所积累的数据进展分析，预测不同种质在不同环境下的杂种优势和产量水平。

〔二〕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X单958因综合抗逆性强、稳产性好才被广泛种植。

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根底上，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展高通量的抗性鉴定，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、非洲进展测试或试种。

我们应重视建立国家层面的抗逆性鉴定技术平台，开展育种材料和新品种的抗逆性〔生物和非生物〕鉴定。

注重开发全息化、高通量的鉴定新技术和评价体系。

〔三〕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、检测本钱低，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准确。

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。

我国育种进程与品质分析严重脱节，只在品种审定时才进展品质分析，主要原因是测试效率低，本钱高，缺乏快速、简便、无损和自动化的检测技术。

今后应加强近红外技术应用研究，引进国外HPLC应用技术和在线分析技术；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。

四、种子生产、加工与质量控制技术

种子生产、加工及质量控制技术是种业开展的基石，种子质量直接关系到种业和我国作物生产的开展及农民的核心利益，其主要内容包括：

〔一〕种子生产加工和质量控制技术。

我国种子技术与国际差距主要是长期以籽粒生产技术替代种子生产技术；以种子完全成熟，干重最大为最正确收获期。

我国种子质量标准显著低于国际标准。

种子播种质量评价指标不完善，逆境对种子出苗能力的影响不清楚，粉种现象较普遍。

种子活力鉴定技术专业化程度低，种子质量评价的准确性与重复性差。

与国外的差距表现在：

〔1〕加工工艺落后，以粮食加工工艺替代种子加工技术，种子物理性状与活力的关系不清楚，种子受到加工伤害，破损率较高；

〔2〕设备落后，加工能力缺乏，效率低；

〔3〕加工技术标准化程度低，不同批次的种子质量不稳定。

建议引进国外先进的加工工艺，完善国家种子加工技术标准。

〔二〕种衣剂。

种子包衣是玉米标准化生产、控制病虫害和提高产量的关键技术措施。

目前，我国种衣剂与国外差距在于偏重农药的有效成分、单一病虫防治、持效性和内吸程度等方面，无视了成膜剂等助剂及复合型种衣剂的研发应用，致使包衣不均匀，药害时常发生，在防治对象上顾此失彼。

我国玉米种衣剂研发存在的主要问题表现在：

〔1〕产品有效成分种类较少，剂型和功能单一，理化性状、悬浮稳定性差；成膜时间长，衣膜易溶于水，活性成分易淋失，持效性差，易发生药害；

〔2〕缺乏国家质量标准，生产、检验和市场管理各环节不规X，产品质量令人担忧。

今后应从高毒向低毒、由单一剂型向多种剂型开展，开发新型高效低本钱环保型种衣剂；制定国家化学种衣剂质量标准，并加强市场监管。

〔四〕雄性核不育制种〔SPT〕技术。

美国研发的玉米雄性核不育制种〔SPT〕新技术，既可免除人工或机械去雄程序，又克制了细胞质雄性不育受叶斑病害、育性恢复难等缺陷困扰，制种本钱和风险大幅降低，种子质量显著提高。

该项技术将改变现有玉米杂交制种模式。

用SPT技术生产的不育系和用不育系生产的杂交种子都不含转基因成分。

该技术于2011年6月被美国USDA解除转基因管制审批。

五、根底性研究是关键

〔一〕根底性研究是育种技术和产品创新的关键。

玉米育种的根底性研究包括两类：

一是与育种直接有关的知识创新和材料创新，二是与育种目标和应用有关的品种与环境互作的根底性研究。

根底研究成果和根底性工作积累主要来自大学和国家研究机构，但企业越来越多地参与或独立开展这类前期研究。

在美国，与植物育种有关的知识创新通常由大学承当。

例如，美国艾奥瓦州立大学完成了玉米全基因组测序后，正在开展二代测序研究，利用基因组技术研究玉米杂种优势对籽粒产量和生物量的促进作用，提醒分子标记和基因表达间的关系。

和育种直接有关的材料创新由USDA-ARS或企业承当。

美国农业部种质资源研究中心艾奥瓦试验站负责种质扩增〔GEM〕方案，对全部5万余份种质资源建有完整的计算机管理系统，并向用户公开和发放。

与育种目标有关的根底性研究一般由大学或企业完成，主要涉及玉米高产的生态生理机制、不同区域光温资源和土壤条件等对品种的需求等。

近年来，我国加大了对根底研究的投入，在种质资源、生物育种、作物高产生理等领域均有很大进展。

但关键的限制因子在于：

①缺乏顶层设计；②学科间、单位间、工程间缺乏有效的协调机制。

迫切需要建立新型的科技创新机制，使根底研究真正为玉米育种技术创新做出奉献。

〔二〕种质资源的前育种研究。

类似美国GEM方案，前育种研究是现代种业开展和种质创新的根底；主要研究内容包括：

1、种质扩增及评估。

世界上有大约250多个玉米种族，得到应用的不超过5%，还有大量的有利等位基因尚未得到利用。

因此，增加育种材料的遗传多样性，明确有利等位基因供体在种质资源中的分布；

2、根据SS和NSS两个杂种优势列的原那么，对种质资源进展重组和渐渗，导入所需的有利等位基因；通过种质扩增和改进，提高有利等位基因频率，从而逐步提高种质的一般配合力。

〔国家玉米产业技术体系提供〕