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育種創新造就谷子種業新發展

發布日期:2022-02-02??來源:中國農業科學院??作者:刁現民??瀏覽次數:39
核心提示:谷子又稱為粟,是我國傳統的糧飼兼用作物,具有抗旱耐瘠薄、營養豐富、保健功能突出等特點,是民眾膳食結構改善和種植業結構調整的主體作物。一、我國谷子種業的發展歷程與現狀新中國成立初期,我國谷子的播種面積在1.47億畝,是僅次于水稻和小麥的第三大糧食作物,目前全國年度播種面積2000~2100萬畝,總產量520萬噸左右。谷子種植主要分布在華北、東北和西北

谷子又稱為粟,是我國傳統的糧飼兼用作物,具有抗旱耐瘠薄、營養豐富、保健功能突出等特點,是民眾膳食結構改善和種植業結構調整的主體作物。

一、我國谷子種業的發展歷程與現狀

新中國成立初期,我國谷子的播種面積在1.47億畝,是僅次于水稻和小麥的第三大糧食作物,目前全國年度播種面積2000~2100萬畝,總產量520萬噸左右。谷子種植主要分布在華北、東北和西北的干旱半干旱區域。近十年來,谷子生產以大戶生產方式進行組織,形成了多個谷子優勢產區。

(一)我國谷子種質資源豐富

我國是谷子的起源國,遺傳資源豐富,從20世紀50年代開始,經過3次系統的全國性收集,目前保有資源28915份,占世界谷子資源總量的70%。山西、河北、河南和山東的資源數量占總數量60%左右。豐富多樣的谷子資源,為我國谷子遺傳育種基礎研究和種業創新提供了堅實的基礎。

(二)谷子遺傳育種發展

科學的谷子遺傳育種工作可以追溯至20世紀30—40年代,在20世紀50—70年代,育種主要是系統選擇,從20世紀80年代開始,雜交育種逐漸成為主流。進入21世紀后,矮稈骨干親本“矮88”的創制和育種利用,實現了株高的顯著降低,衍生品種已達100多個,解決了谷子倒伏和適應機械化作業的問題。在雜種優勢利用方面,我國發現了高度雄性不育系基因,與抗除草劑種質配合,實現了谷子雜交種的生產利用。

(三)谷子基礎研究國際領先

在種業基礎研究方面,我國率先在國際上完成了谷子基因組的測序,構建了國際上第一個基因組單倍型圖譜和關聯分析群體,發掘出一批谷子重要性狀相關的基因位點,率先構建了高效的遺傳轉化體系,轉化效率是國外發達國家的3倍以上,構建了核心種質和突變體庫,形成了較為完善的谷子功能基因發掘和基因編輯的平臺,發起并組織了首屆國際谷子遺傳學大會,提出并促進谷子成為功能基因研究的模式作物,使我國的谷子遺傳育種研究保持國際領先地位。

(四)谷子種業格局初步形成

20世紀50—70年代谷子生產依賴于農民自留品種,谷子種業發展處于萌芽階段。21世紀初,種子企業逐漸發展壯大,谷子種業體系初步形成。截至2021年8月底,我國完成登記的谷子新品種497個,從登記單位看,企業登記238個,占47.9%,科研單位登記259個,占52.1%,谷子種業發展迎來了蓬勃發展期。

二、我國谷子種業發展存在的不足

(一)種質資源的世界覆蓋度差,種質資源精準鑒定評價未開展,具有重大應用價值的種質嚴重缺乏。雖然我國谷子資源數量在全世界最多,但主要是我國自己的農家種,近緣野生種和國外資源的數量很少。谷子種質資源表型和基因型精準鑒定評價仍處于起步階段,表型精準鑒定規模小,基因型精準鑒定缺乏針對性,庫存資源基本上未經過深度鑒定。株型緊湊耐密植高產的中矮材料、灌漿后期快脫水材料、跨生態區廣泛適應的材料等具有重大育種應用前景種質極度缺乏。

(二)生物育種關鍵技術仍需加快發展,與大作物和世界發達國家差距巨大。和水稻等大作物相比,谷子關鍵性狀遺傳解析的缺乏,僅處在起始階段,外源基因轉化效率和基因編輯的效率仍然很低,且局限在少數幾個模式品種上,全基因組選擇、分子設計和人工智能育種等新興交叉領域技術研發原始創新基本沒有開展,這將嚴重影響谷子種業創新的后續深入發展。

(三)新品種同質化嚴重,雜交種的利用形式單一,真正有創新的突破性品種缺乏。自2018年開始品種登記以來,登記數量已達497個,數量呈現井噴式增加。但這些品種間差異極小,同質化嚴重,夏谷區基本是對“豫谷18”的改良,在株型、產量潛力上均沒有新的突破。在雜種優勢利用方面,目前所有的雜交種均是利用20世紀70年代創制的“蒜系28”的高度雄性不育基因,不育系繁種產量低且容易生物學混雜,急需開辟雜種優勢利用新的途徑。

(四)種業企業育種剛剛起步,商業化育種和原始創新的能力尚待提高。過去的谷子遺傳育種一直由科研單位承擔,谷子的商業化育種只是近幾年才有的,而且僅局限在很少的幾家公司。企業研發投入不足,創新能力有限,競爭力弱;標準化、程序化、信息化、規?;纳虡I育種體系尚未建立。同時,企業以出品種為目標,種業原始創新的種質創新和技術創新完全不開展,這也將限制谷子種業的長期健康發展和產業技術水平的高質量提升。

(五)谷子品種登記的管理制度有待完善,品種權保護應該加強。谷子屬中小作物,目前品種管理實施登記制度。該制度所要求的DUS測試指標等,申請者均可自己完成,且登記并未要求必須進行DNA指紋檢測和數據庫同質品種比對等工作,使得品種登記門檻很低,造成品種數量的井噴和品種真實性的不確定,也為套牌種子提供了方便之門。

三、主要經驗和未來發展思考

(一)加強谷子育種急需的種質創新和關鍵核心育種技術研發。我國谷子資源雖然數量巨大,但對世界產區的覆蓋度低,且沒有野生資源的收集和研究,在做好這兩方面資源征集的同時,加強國內外優異谷子種質資源的收集保護、鑒定評價,規?;l掘、精準鑒定、創制具有重要育種價值的材料,特別是中矮稈緊湊株型、后期籽粒和植株快脫水、食味品質優質和廣泛適應性等;加強谷子的育種基礎研究,包括重要功能基因分析、優異單倍型發掘、分子標記開發,以及基因編輯、合成生物學、全基因組選擇、智能設計育種等關鍵核心技術原始創新,實現傳統育種技術與現代生物技術的結合,保持我國谷子遺傳育種技術領先優勢。

(二)加強科企聯合和育種聯合攻關,實施實質性派生品種制度。企業是未來的創新主體,但目前就谷子等中小作物而言,遺傳育種創新的主要力量和科研積累仍在科研單位,從政策上鼓勵科企聯合,促進谷子育種人員向企業流動,相關改革和制度可以促進種業企業與科研、高校等研究機構合作。實施實質性派生品種制度,遺傳相似系數大于92%且其原始品種也已獲得授權品種,則實質派生性品種育成單位向原始品種權利人分享獲益分成,真正保護原始創新,激勵原創積極性。

(三)完善谷子等中小作物品種管理的登記制度,建立登記品種DNA指紋庫,切實保護原始創新技術成果。為規范種業市場,避免品種雷同和套牌經營,最為有效快捷的途徑就是建立登記品種的分子指紋數據庫,并形成相應的國家標準,在品種登記、品種權申請等環節進行監測,對市場流通銷售的種子進行檢查,杜絕侵權套牌現象的發生。

谷子種業依托原始創新實現了種業發展從“0”到“1”的突破,可以預見,不久的將來,通過繼續深入開展原始創新研究,在關鍵技術環節實現更多的技術突破,加強品種管理,必將能夠推動谷子種業繼續做大做強,實現產業水平和能力的快速提升,為保證我國人民的膳食健康作出積極的貢獻。(作者系中國農業科學院作物科學研究所研究員、國家谷子產業技術體系首席科學家)

責任編輯:張媛媛

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