加快制種產(chǎn)業(yè)向技術(shù)密集型轉(zhuǎn)變 提升種子繁育技術(shù)競爭力

“洪范八政，食為政首”，解決好中國十幾億人口的吃飯問題，始終是治國理政的頭等大事。種子是農(nóng)業(yè)的靈魂，更是農(nóng)業(yè)的“芯片”。要為我國農(nóng)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展提供優(yōu)良的種子，高水平的培育和高質(zhì)量的繁育不可或缺。

科技日報記者從科技部中國農(nóng)村技術(shù)開發(fā)中心獲悉，國家重點研發(fā)計劃“七大農(nóng)作物育種”成果“良種繁育共性關(guān)鍵技術(shù)研究與示范”取得了顯著成效和關(guān)鍵突破，建立了玉米多控不育技術(shù)體系和作物通用型顯性不育技術(shù)體系，創(chuàng)制了遺傳穩(wěn)定的隱性和顯性核不育系，實現(xiàn)了對國外同類技術(shù)的超越和創(chuàng)新，填補了相關(guān)領(lǐng)域的空白。同時，兩項共性關(guān)鍵技術(shù)已開展了一定規(guī)模的大田生產(chǎn)試驗示范，未來大面積產(chǎn)業(yè)化后，將支撐我國良種繁育的產(chǎn)業(yè)升級。

加快制種產(chǎn)業(yè)向技術(shù)密集型轉(zhuǎn)變

長期以來，我國對于種子繁育的科技支撐，特別是“兩雜”作物的雜交種制種過程中的科技支撐力度始終不足。例如，當(dāng)前玉米等異花授粉作物的制種過程中缺乏穩(wěn)定不育系，勞動力成本逐年遞增;良種繁育與制種基地信息化水平不足;親本繁育、制種效率與產(chǎn)量偏低。

這些問題困擾著我國良種繁育產(chǎn)業(yè)的高質(zhì)量發(fā)展。為此，國家重點研發(fā)計劃有針對性的支持了“良種繁育共性關(guān)鍵技術(shù)研究與示范”課題，目的是通過北京科技大學(xué)、中國水稻研究所、浙江大學(xué)、北京市農(nóng)林科學(xué)院信息中心和湖北省農(nóng)業(yè)科學(xué)院等優(yōu)勢單位的聯(lián)合，進(jìn)行良種繁育環(huán)節(jié)關(guān)鍵共性技術(shù)的攻關(guān)及示范應(yīng)用，為獲得優(yōu)良的農(nóng)作物種子提供新技術(shù)和新模式，進(jìn)而為提升我國種子繁育技術(shù)競爭力，加快制種產(chǎn)業(yè)由“勞動密集型”向“技術(shù)密集型”提供科技支撐。

植物雄性不育是指在高等植物中，雄性器官發(fā)育異常，不能產(chǎn)生有功能的雄配子(花粉)，但雌性器官發(fā)育正常，能接受正常雄配子而受精結(jié)實，并能將該不育性遺傳給后代的現(xiàn)象。雄性不育系在作物雜交育種和制種中作為母本，不用人工或機械去雄，因而可以降低人工成本，提高雜交育種和制種效率。

作物雜種優(yōu)勢利用以三系法和兩系法為主，然而，以細(xì)胞質(zhì)不育為核心的玉米三系法，由于胞質(zhì)單一，存在資源利用率低、抗病抗逆性差等重大缺陷，兩系法受溫度、光照等環(huán)境因素影響較大，生產(chǎn)存在風(fēng)險。

“因此，建立核基因控制的遺傳穩(wěn)定、安全高效的作物不育化制種技術(shù)，是良種繁育領(lǐng)域的迫切需求，也是本課題研究的重點和難點。”課題負(fù)責(zé)人，北京科技大學(xué)生物與農(nóng)業(yè)研究中心主任萬向元教授在接受科技日報記者采訪時介紹。

技術(shù)攻關(guān)、成果示范應(yīng)用“兩步走”

面對如此迫切的需求和攻關(guān)難點，課題的攻關(guān)過程主要分為兩個階段，一是技術(shù)攻關(guān)階段，二是成果示范應(yīng)用階段。“在技術(shù)攻關(guān)階段，課題開創(chuàng)性地建立了國際先進(jìn)、國內(nèi)領(lǐng)先的玉米多控不育技術(shù)和作物通用型顯性不育技術(shù)，申請并獲得了多項知識產(chǎn)權(quán)保護(hù)，同時課題進(jìn)行了這兩項技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用價值評估，為產(chǎn)業(yè)化示范應(yīng)用做準(zhǔn)備。在課題技術(shù)成果示范應(yīng)用階段，課題集成水稻離田場地基質(zhì)育秧技術(shù)、小苗淺栽機插技術(shù)，結(jié)合自研的水稻長效顆粒肥，形成了一套適合水稻的機械化輕簡栽培技術(shù)，并已進(jìn)行產(chǎn)業(yè)化示范應(yīng)用。”課題研究團(tuán)隊成員安學(xué)麗教授說。

利用基因互補、熒光篩選、除草劑篩選和花粉失活等技術(shù)策略，將生物技術(shù)與傳統(tǒng)育種相結(jié)合，課題建立了作物不育化雜交育種和制種技術(shù)體系。

研究人員克隆了玉米核雄性不育關(guān)鍵基因，建立了玉米隱性核雄性不育技術(shù)體系(玉米多控不育技術(shù))和作物通用型顯性不育技術(shù)體系，并以玉米為主要研究對象，開展了作物不育化育種和制種技術(shù)體系的產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用評價及示范。

“其中，玉米多控不育技術(shù)在原理和技術(shù)路徑上，比國外類似技術(shù)更先進(jìn)和安全，生物安全風(fēng)險降低兩個數(shù)量級以上，確保未來大面積應(yīng)用時，風(fēng)險更低，效果更好。”課題研究團(tuán)隊成員吳鎖偉教授說。

研究團(tuán)隊提出了水稻機插盤育秧理想株型指標(biāo)體系和盤育秧株型發(fā)育調(diào)控生理機理，研發(fā)了一種水稻盤育秧株型調(diào)控劑，將盤育秧—機插和生長素濃度生理效應(yīng)相結(jié)合，既實現(xiàn)盤秧控苗促根，同時機插后促長早發(fā)，改變了以多效唑和烯效唑等矮壯素為主的水稻盤育秧調(diào)控劑;研發(fā)了基于功能區(qū)劃分的水稻育秧基質(zhì)復(fù)配原理，并以此研發(fā)了一種水稻無土育秧基質(zhì)。

以種業(yè)行業(yè)管理辦法和規(guī)則為依據(jù)，課題還構(gòu)建了作物種子繁育基地信息化管理技術(shù)體系，完成作物種子繁育基地信息系統(tǒng)研發(fā)，系統(tǒng)獲得兩項計算機軟件著作權(quán)，并已實現(xiàn)上線運行，可為各種子繁育基地提供信息管理服務(wù)。

部分成果已開始規(guī)模化推廣

如今，課題研發(fā)的機插水稻育秧基質(zhì)，已經(jīng)用于實施水稻離田場地化基質(zhì)育秧。

“相較傳統(tǒng)露天田間分廂機插盤育秧，該技術(shù)避免了營養(yǎng)土準(zhǔn)備和田間病蟲危害等，減少了秧盤搬運次數(shù)和勞動強度，每畝減少用工70%以上，減少化肥和壯秧劑100%，勞動強度減輕60%。小苗機插移栽較傳統(tǒng)機插技術(shù)，可將水稻分蘗盛期提早7天左右，有效穗提高1.8個/叢，繁育稻種產(chǎn)量提高10%以上;秸混顆粒長效肥，可有效滿足水稻的生長發(fā)育和高產(chǎn)。”安學(xué)麗說。

2019年，課題里集成的優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)水稻機械化輕簡栽培技術(shù)在浙江富陽基地進(jìn)行了示范展示。利用該集成技術(shù)示范的水稻品種“深兩優(yōu)8012”，在前期機插密度不足的情況下，經(jīng)專家現(xiàn)場機收實割驗收，4.5畝實收鮮谷3600公斤，折合標(biāo)準(zhǔn)含水量，實際稻谷畝產(chǎn)達(dá)735.23公斤。

在萬向元看來，課題取得上述關(guān)鍵突破，主要經(jīng)驗可以歸納為兩點：一方面是構(gòu)建了貫穿基礎(chǔ)研究、應(yīng)用基礎(chǔ)研究、技術(shù)創(chuàng)新和應(yīng)用示范于一體的研究體系。“良種繁育的各項關(guān)鍵問題看似是生產(chǎn)問題，但是究其源頭，涉及到了創(chuàng)新鏈的各個環(huán)節(jié)，例如雄性不育制種技術(shù)體系，既面臨源頭基因資源匱乏、機理解析不清晰的問題，也面臨著技術(shù)體系原創(chuàng)性設(shè)計等關(guān)鍵攻關(guān)，同時也要兼顧未來大面積實施的效果和產(chǎn)業(yè)化的成本等諸多因素。”萬向元說。

因此，課題從一開始就構(gòu)建起了基礎(chǔ)研究、應(yīng)用基礎(chǔ)研究、技術(shù)創(chuàng)新和應(yīng)用示范的融合貫通體系，不斷強化各個環(huán)節(jié)的緊密銜接，實現(xiàn)關(guān)鍵技術(shù)的快速突破。

另一方面是強化關(guān)鍵技術(shù)的示范應(yīng)用。“課題從一開始，就定位了既要頂天也要立地的實施思路，除了不斷追求國際領(lǐng)先的原創(chuàng)性技術(shù)突破之外，也不斷加大技術(shù)轉(zhuǎn)移轉(zhuǎn)化力度。項目執(zhí)行期內(nèi)，不少的研究成果均已經(jīng)實現(xiàn)了產(chǎn)業(yè)化推廣，例如水稻育秧技術(shù)、制種基地信息化管理技術(shù)等，都已經(jīng)開始了規(guī)模化的應(yīng)用。”課題研究團(tuán)隊成員李翔研究員說。

課題的研究工作雖然在“十三五”取得了一定的進(jìn)展，但是課題研究團(tuán)隊也認(rèn)識到，很多技術(shù)受限于政策、成熟度等諸多因素，尚待進(jìn)一步研發(fā)、完善和轉(zhuǎn)化。

“‘十四五’研究團(tuán)隊接下來將重點開展兩方面的工作，一是完成部分以基因編輯等技術(shù)為基礎(chǔ)的新一代制種技術(shù)的科學(xué)監(jiān)管程序，力爭‘十四五’能夠?qū)崿F(xiàn)規(guī)模化的產(chǎn)業(yè)應(yīng)用。二是進(jìn)一步通過技術(shù)創(chuàng)新，做精做深制種環(huán)節(jié)的質(zhì)量控制關(guān)鍵技術(shù)流程，支撐高品質(zhì)種子的生產(chǎn)，從種子質(zhì)量環(huán)節(jié)，嚴(yán)把種業(yè)安全關(guān)。”萬向元說。(馬愛平)