黃長玲在豐收的“中單808”玉米地里。黃長玲供圖
■本報記者 王方
他小時候從未吃過玉米，甚至從未見過玉米。剛進入大學(xué)，首次吃到玉米糊糊時，便驚訝于棒渣的粗顆粒感。沒想到的是，在過去的30年中，他的大部分時間卻都獻給了玉米育種事業(yè)。他就是中國農(nóng)科院作物科學(xué)研究所研究員黃長玲。
近日，在中國農(nóng)科院“農(nóng)科講壇”上，黃長玲分享了當前玉米育種研究進展?！半S著我國農(nóng)業(yè)供給側(cè)結(jié)構(gòu)性改革的深入，我們的市場和農(nóng)民還需要更多高品質(zhì)的玉米品種，我們已經(jīng)有了很好的基礎(chǔ)，但面臨的挑戰(zhàn)還有很多，我們有信心做得更好?！秉S長玲說。
品種對產(chǎn)量貢獻大
玉米是中國和世界上面積最大、總產(chǎn)最高的糧食作物，同時也是重要的飼料作物（70%），被稱為“飼料之王”，以及重要的能源作物、食品和化工原料，可做3000多種產(chǎn)品。
在我國，玉米主要分布在東北、黃淮海和西南地區(qū)，形成了一個從東北到西南的狹長玉米種植帶，這一種植帶占玉米總面積的85%和產(chǎn)量的90%。玉米種植區(qū)域廣泛，在我國糧食生產(chǎn)中占有舉足輕重的地位。
我國玉米平均單產(chǎn)由1949年的64公斤/畝增長到2015年的402公斤/畝，增長6.28倍。但與美國687公斤/畝的平均單產(chǎn)相比，還存在較大差距。
“玉米是C4作物，光合效率高，近七十年玉米產(chǎn)量提高6倍多，僅玉米品種對產(chǎn)量提高的貢獻率就達到35%。玉米還有很大的增產(chǎn)空間，育種工作有盼頭、有希望?！秉S長玲說。
黃長玲表示，目前，玉米育種方法有常規(guī)技術(shù)、單倍體技術(shù)、分子標記技術(shù)、轉(zhuǎn)基因技術(shù)、CRISPR技術(shù)、SPT技術(shù)等。其中，雜交回交是國內(nèi)普遍采用的方法，包括早晚雜交法、穿梭育種法、交互回交法、庫源選擇法、表型選擇法等。
除了應(yīng)用基礎(chǔ)研究，黃長玲團隊在育種技術(shù)研發(fā)上，如高密度選育技術(shù)、單雙倍體育種技術(shù)、分子標記輔助育種技術(shù)、全基因組選擇技術(shù)、玉米雄花隱性不育技術(shù)等方面皆有進展。
他主持選育的玉米審定品種19個，其中國審5個；申請品種保護17個，已獲品種保護6個；品種累計推廣面積6500萬畝，為國家增產(chǎn)糧食40億斤；品種開發(fā)轉(zhuǎn)讓合同金額超過1億元。
其中，“中單808”已連續(xù)10年為國家主導(dǎo)品種、我國西南區(qū)主栽品種，也是我國西南平壩區(qū)推廣面積最大、時間最長的玉米品種；“中單909”已連續(xù)5年為國家主導(dǎo)品種，現(xiàn)為我國十大推廣面積品種之一，2016年推廣面積已超過1000萬畝，獲第十一屆中國國際農(nóng)產(chǎn)品交易會參展產(chǎn)品金獎。
黃長玲的品種每年都有1000多萬畝的推廣面積?！捌髽I(yè)盈利、農(nóng)民增收，更重要的是好品種為國家?guī)砹思Z食增產(chǎn)效益?！秉S長玲欣慰地說。
先進的生物育種技術(shù)
單倍體技術(shù)是目前國際大公司通常使用的方法，我國很多單位也開始使用該項技術(shù)進行自交系的選育和自交系純化。與常規(guī)技術(shù)相比，單倍體技術(shù)能快速獲得純系，縮短育種年限?！?年2代就可選育出純合的自交系，速度快?！秉S長玲說。
分子標記輔助選擇的特點是高通量、低成本、簡便快捷。發(fā)達國家和跨國公司廣泛開展分子標記輔助選擇（MAS），針對抗病、抗蟲、抗除草劑、耐旱、N 高效利用、產(chǎn)量等性狀和遺傳背景進行選擇，提高了育種效率。
“我國也引進了國外的先進設(shè)備，開展了相應(yīng)的分子標記輔助選擇的研究。如我國開發(fā)的抗病性狀功能標記有銹病、莖腐病、絲黑穗病等。”黃長玲說。常規(guī)技術(shù)結(jié)合分子標記技術(shù)選系，效果更好、速度更快、目標更明確。
黃長玲表示，“回交轉(zhuǎn)育結(jié)合分子標記輔助選擇，提高了效率。常規(guī)回交3代遺傳背景相似度93.5%，分子標記輔助選擇遺傳背景相似度大于99%。分子標記輔助選擇還可淘汰非目標材料，提高選擇效率?！?/p>
全基因組選擇（GS）通過預(yù)測模型對個體和群體進行預(yù)測。大規(guī)模應(yīng)用全基因組選擇的前提條件包括基因型檢測成本等于或低于田間種植成本；有好的預(yù)測模型，可靠性和準確性高；有完善可行的技術(shù)路線——穩(wěn)定的DH系生產(chǎn)。
黃長玲解釋道，GS基于歷史數(shù)據(jù)和訓(xùn)練數(shù)據(jù)，對個體的復(fù)雜性狀表現(xiàn)型進行預(yù)測和選擇，首先估算每個分子標記或單體型對某一性狀的效應(yīng)，再將多個性狀累加得出該個體的“總育種值”，重復(fù)此過程算出群體中每個個體的總育種值，選擇總育種值高的個體晉級。
這一技術(shù)不需要挖掘與性狀關(guān)聯(lián)的顯著位點，對全部標記進行育種值估計，微效基因位點也能被充分利用；對復(fù)雜性狀預(yù)測和選擇更有效。GS的選擇響應(yīng)要比MAS的選擇響應(yīng)高18%~43%；無需進行大規(guī)模的表型鑒定，節(jié)約時間，提高育種效率。黃長玲團隊也開始了GS的研究。
基因定點編輯育種技術(shù)（CRISPR/Cas9) 是一項新興的對受體基因組DNA進行定點定向突變的技術(shù)工具。利用CRISPR介導(dǎo)的定點基因編輯技術(shù)，可高效創(chuàng)制新的材料和自交系?！霸摷夹g(shù)有可能帶來新的育種技術(shù)革命?！秉S長玲說。
基于這項技術(shù)，中國農(nóng)科院作科所已創(chuàng)造出不同類型的材料：創(chuàng)制核不育系（不育性徹底）、早熟（與原底盤品種相比早7~14天）、緊湊株型玉米（穗位以上葉夾角減小30%~50%）、鮮食糯玉米（籽粒支鏈淀粉99%）、超甜玉米（品質(zhì)達到國標I級優(yōu)）。
發(fā)展趨勢與展望
黃長玲表示，“育種是一門試驗科學(xué)，品種表現(xiàn)是基因和環(huán)境互作的結(jié)果，基因發(fā)生有效變異的概率極低，但環(huán)境是可變的，所以多年、多點的鑒定試驗至關(guān)重要，才能保證優(yōu)勝劣汰?！?/p>
所謂十年磨一劍，育種的數(shù)量級別更是10年以上，僅“中單808”選育就達17年之久。而多點就是要搶天時之利，“至少200個試驗點的數(shù)據(jù)支持才可判斷優(yōu)劣”。
另一方面，要得到優(yōu)良的玉米雜交種，親本的選擇至關(guān)重要。得到純合親本的過程也很艱辛，5年是起跑線。黃長玲說，“即便得到了親本純種，也不一定能得到好的雜交種，需要再經(jīng)過冗長的鑒定”。
談及最大限度降低成本，黃長玲說，這一步往往是一個品種能不能規(guī)?；M入生產(chǎn)應(yīng)用的分水嶺?！捌鋵嵱泻芏嗪闷贩N被選育出來，但是沒有發(fā)揮出理想效果，主要原因在于，沒有在育種伊始就與生產(chǎn)實際相結(jié)合，種子不易生產(chǎn)或產(chǎn)量低，生產(chǎn)成本高”，最終無法實現(xiàn)推廣轉(zhuǎn)化的目的，前功盡棄，十分可惜。
黃長玲總結(jié)，當前國外由傳統(tǒng)的常規(guī)育種為主轉(zhuǎn)變?yōu)槌Ｒ?guī)和生物技術(shù)為主的現(xiàn)代育種體系，國外玉米品種選育以企業(yè)為主體，自主研發(fā)新品種，形成育繁推一體化模式；而國內(nèi)育種技術(shù)和品種創(chuàng)新與跨國種業(yè)集團相比有差距，新品種選育存在種質(zhì)創(chuàng)新不足、育種材料基因背景狹窄、原創(chuàng)性優(yōu)異種質(zhì)缺乏和缺少突破性品種等問題。
因此，國外選育的玉米品種產(chǎn)量高、抗逆性好、抗倒性強、商品性好、宜機械化生產(chǎn)，而我國選育的玉米品種在產(chǎn)量、抗逆性、抗倒性、商品性、宜機械化生產(chǎn)等方面，與其存在較大差距。
此外，發(fā)達國家玉米生產(chǎn)已實現(xiàn)全程機械化、規(guī)模化，產(chǎn)量進一步提高，呈現(xiàn)出專用、優(yōu)質(zhì)、高效的特點。隨著我國農(nóng)業(yè)供給側(cè)結(jié)構(gòu)性改革深化推進，玉米生產(chǎn)也將經(jīng)歷從粗放到集約、從精耕細作到精簡化栽培、從勞動密集到機械化、從高產(chǎn)到高產(chǎn)高效綠色生態(tài)優(yōu)質(zhì)安全的轉(zhuǎn)變。
為滿足這些需求，我國玉米育種方向?qū)⒊兔?、抗倒、抗旱、耐高溫，出籽率高、穗位整齊、熟期適宜、脫水快、宜機收，耐瘠薄、肥水利用高效，出苗率高、適宜單粒點播，優(yōu)質(zhì)專用高效如甜、糯、爆、青貯、高蛋白、高直鏈淀粉等玉米品種方向發(fā)展。
黃長玲坦言，“做育種的人，年年希望年年盼，一直感覺有更好的品種等待被挖掘，有更好的希望在激勵著我們前進。有希望在，就沒有盡頭，就有一直嘗試下去的欲望?！?/p>
《中國科學(xué)報》 (2017-08-02 第6版 科研)
