中国生物工程学会会刊     创刊于2005年

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农业生物技术——我国玉米产业现状及生物育种发展趋势

时间:2018-05-23来源:未知 点击:

玉米是全世界也是我国种植范围最广、用途最多、总产量最高的作物。 发展玉米生产对保障我国粮食安全和满足市场需要发挥着至关重要的作用。 分析了我国玉米产业的现状及面临的新形势,提出了通过生物育种实现节本 增效提高玉米产业国际竞争力的技术途径,并对玉米主要育种技术及优势进 行了阐述。

玉米是一种既普通又神奇、既古老 又年轻的作物。玉米被人类驯化种植已 经有约一万年的历史,但从美洲传播到 世界各地广泛种植仅有500多年。目前, 玉米已成为全世界种植范围最广、用途 最多的作物,也是总产量最高的作物, 全球玉米年种植面积20亿亩(1亩=666.67 平方米)以上,总产量已达10亿吨。同 时,玉米也是全世界杂种优势应用最 早、最普及的作物,是目前全球种业市 值最大的作物,也是国际种业巨头竞争 的主要业务范围和生物技术育种的主要 竞争领域。

我国是全球第二大玉米生产国和消 费国,近年来玉米总产量占全球玉米总 产量的20%以上。建国以来,特别是改革 开放后,我国玉米生产取得了长足的进 步和发展,但玉米产业发展面临着生产 经营方式转变、生态环境束缚、资源制 约、库存压力大、缺乏市场竞争力等严 峻形势,还需依靠科技创新特别是先 进的生物育种技术提高我国玉米产业 的国际竞争力。

1 我国玉米产业现状及面临的新形势

1.1 我国玉米产业现状

建国以来,我国玉米生产得到了快 速发展,全国玉米平均亩产水平由1949 年的64.10公斤提升至目前的约400公斤 (最高水平为2013年的401.80公斤)。改 革开放后,我国玉米生产发展迅猛,经 历了稳步增长阶段(1978~1989年)、快 速增长阶段(1990~1998年)、调整下 降阶段(1999~2003年)和恢复增长阶段(2004~2015年)4个阶段1 。在调整 下降阶段末期的2003年,我国玉米种植 面积3.61亿亩,平均亩产320.87公斤,总 产量1.16亿吨,处于玉米生产过程的一个 低谷期。

2004年以来,随着国家和各级政府 一系列支农惠农政策的发布实施,农业 部提出“关于加快玉米生产发展工作方 案”并大力推广玉米“一增四改”关键 技术、组织开展高产创建和增产模式攻 关等活动,以及市场强劲需求和高价位 拉动等多种因素的综合作用下,我国玉 米生产开始恢复性增长,且发展势头强 劲。2007年,我国玉米种植面积4.42亿 亩,首次超过水稻成为我国种植面积最 大的作物;2011年,玉米种植面积首次 突破5亿亩,达到5.01亿亩;2012年,玉 米总产量突破2亿吨,首次超过水稻, 成为我国种植面积和总产量双第一的名 副其实的第一大粮食作物;2013年, 玉米种植面积进一步增加,达到5.42亿 亩,总产量达到2.18亿吨,平均亩产首 次突破400公斤,达到401.80公斤;2015 年,我国玉米生产又迎来一个丰收年, 种植面积和总产量均再创历史新高,分 别达到5.72亿亩、2.25亿吨,平均亩产 达到392.79公斤,接近历史最高值(表 1)。2015年,我国玉米总产量占全国 粮食总产量的36.14%,2004~2015年 我国玉米增产对粮食增产的贡献率近 60%,居粮食作物之首,玉米已成为我 国2004年后粮食生产“十二连增”的 主力军。

我国玉米生产的迅猛发展与玉米良 种及配套高产高效栽培技术的研究与推 广密不可分2 3 。从我国审定玉米品种的 数量来看,1972~2013年省级以上审定 的玉米品种7468个,生产中推广应用的 有5590个,除去不同省份重复审定的品 种,生产中推广应用的省级以上审定品 种4882个;从玉米品种的审定年份分布 来看,绝大多数品种是2002~2013年审 定, 1972~2001年审定的玉米品种仅 占现存总品次的8%;从玉米品种的选 育主体来看,以科研院所和种业公司为 主,分别占48.3%和46.6%,而政府机 构和个人所占比例较小,分别为2.2%和 2.9% 4 。以中单2 号、丹玉13、掖单 13、农大108、郑单958等为代表的主栽 玉米品种引领了近30多年来我国玉米生产品种的5次大规模更新换代3 5 ,再 加上地膜覆盖、育苗移栽、保护性 耕作、化学除草、病虫害防治、机 械精量播种、“一增四改”等技术 的推广应用,通过良种良法配套, 充分挖掘和发挥了品种和配套技术 的增产潜力。

虽然我国玉米生产自2004年开 始恢复性增长,玉米种植面积和总 产量持续增加,但平均单产水平一 直徘徊在亩产400公斤左右,与美国 相比,虽同处北半球、自然条件也有 许多相似之处,但美国的玉米科研和 生产水平最高,产量、消费量和出口 量最大,差距较大。美国玉米最高 平均单产为2014年的715.33公斤/亩, 是我国玉米最高平均单产(2013年的 401.80公斤/亩)的1.78倍;美国玉米 最高单产纪录是2015年创造的2187.53 公斤/亩,我国玉米最高单产纪录是 2013年在新疆创造的1511.74公斤/亩, 美国玉米最高单产纪录是我国的 1.45倍。与美国相比,我国的玉米生 产在许多环节都存在着差距,尤其在 通过生物育种技术手段实施的玉米种 质创新、品种选育等方面差距更 加明显6 。

1.2 我国玉米产业面临的新形势

近年来,随着农村劳动力进一 步转移、土地流转进程加快及种粮大 户、家庭农场、专业合作社等新型农 业生产主体和经营方式出现,玉米生 产规模化、机械化和轻简化成为现代 农业发展的必然趋势。目前,我国玉 米生产过程中耕地、整地和播种环节 已基本实现机械化作业,但机械收获 率较低,特别是机械直接收获玉米籽 粒更是刚刚起步,占比很低。这已不 能满足玉米生产对省时省工的迫切要 求,收获环节成为限制玉米生产全程 机械化的主要瓶颈。影响玉米机械收 获的主要原因除农机不配套外,主要 还是缺乏籽粒脱水快、植株抗倒能力 强、适宜机械收获作业特别是机械直 收籽粒的玉米品种。

近年我国粮食生产实现了连年 增产,但是以耕地质量不断下降、环 境污染日趋加重、地下水超采严重、 生态环境承载压力不断加大等为牺牲 和代价的,农业生产发展方式主要采 取的是追求产量增长和依赖资源消耗 的粗放型经营,农业发展面临生态环 境束缚和资源制约两道“紧箍咒”, 拼资源、拼投入品、拼生态环境的 传统发展方式难以为继,必须走资源 节约、生态友好的农业可持续发展之 路,向数量质量效益并重、注重提高 竞争力、注重可持续的集约发展方式 转变。

此外,由于我国玉米种植生产中 劳动力成本增加、化肥施用量偏大且 利用率偏低及规模化经营中的土地流 转成本偏高等因素,玉米生产总体成本增加,国际市场竞争力偏弱,我国 玉米价格较国际玉米价格高近50%。 并且,随着我国玉米种植面积逐年扩 大,玉米连年增产,单产和总产水平 不断提高,再加上消费乏力及玉米、 玉米替代品的大量进口等多种因素 叠加,导致当前我国玉米库存偏高, 农民卖粮难。2015年度,根据《农 产品进口关税配额管理暂行办法》 我国允许进口玉米配额720万吨,但 饲用大麦、高粱、木薯以及DDGS (玉米干酒糟及其可溶物)则未受 配额限制。据海关数据显示,2015 年我国玉米以及DDGS和高粱等玉 米代替物的进口总量创4235万吨纪 录高位(2014年为2770万吨)。其 中,进口价格相对低廉的DDGS进 口总量为创纪录的682万吨,较2014 年增加了26%;饲用大麦进口总量 为创纪录的1070万吨,较2014年增 加了98%;饲用高粱进口总量为创 纪录的1069万吨,较2014年增加了 85%;木薯进口总量为937万吨,较 2014年增加了8.4%。

因此,我国玉米产业的当务之 急是调结构、转方式、去库存、降成 本,提高国际竞争力。

2 玉米 生物育种技术途径为节本

增效、提高竞争力提供科技支撑 良种在玉米增产中的贡献率约 占40%,发挥着至关重要的作用。因此,未来的玉米育种应该针对玉米生 产和市场中的突出问题,从遗传改良 途径为玉米高产高效、节本增效、 提质提效、资源高效、节水节肥节药 和环境友好的可持续发展生产目标提 供科技支撑,增加科技贡献率,改变 完全以追求高产为目标的导向。玉米 生产成本主要包括人工费用、化肥投 入和土地流转费用等,共占总投入的 85%左右,而其他如种子、农药等所 占的比例很小。从节本增效角度来 看,首先要向全程机械化发展,降低 人工播种、定苗、除草、收获等成 本,特别是解决机械直接收获籽粒的 技术瓶颈。要选育和推广种植耐旱、 耐低氮、耐瘠薄、抗多种病虫害等资 源高效利用、环境友好的优良品种和 配套种植技术。

2.1 总体育种目标是“高产、优质、 多抗、广适、易制种”

育种过程是一个不断改良优化、 超越已有、聚合优良性状的过程。一 个品种要成为能够在生产上大面积推 广、让广大农民认可接受、有市场竞 争力,需要经受多种环境和生产条件 的检验,因此必须具备“高产、优 质、多抗、广适、易制种”等多方面 综合优点。任何片面强调或夸张某一 个特点而不及其余,都是经不起生产 实践考验的。

2.2 “早熟、耐密、适宜机收籽粒” 是未来玉米育种的主导目标之一

降低劳动力成本、提高劳动生 产效率、实施全程机械化特别是机械 直收籽粒成为必然趋势。因此,在具 备“高产、优质、多抗、广适、易制 种”等综合优点基础上,特别要突出 熟期适宜、耐密抗倒、脱水快、适宜 机收籽粒等特点。机械直收籽粒在欧 美国家早已实现,我国黑龙江农垦和 新疆兵团农场也已大面积实施,近两 年在东华北春玉米区和黄淮海夏玉米 区也开始试验示范。但机收籽粒需要 适宜的品种、收获机械、烘干仓储甚 至种植模式等多方面条件和配套,切 勿盲目跟风,一哄而上。适宜籽粒机 收的品种主要有3个方面的要求:第 一是要抗倒伏,不但前期抗倒,生理 成熟后也要抗倒,总倒伏倒折率低于 5%;第二是后期脱水速度快,在适 宜收获期内含水率应降到25%以下, 黄淮海夏玉米可适当放宽标准到28% 以下;第三是要有较高的产量水平, 比主栽对照增产或产量水平相当。同 时,在全程机械化生产中还需要种子 的发芽率高、活力高等,符合单粒精 量播种和一播全苗的生产需求。此 外,当前和今后使用苗后除草剂越来 越普遍,伴随的是生产上除草剂药害 普遍发生,给玉米生产带来很大影 响,因此选育耐除草剂品种也已成为 当务之急。

2.3 “一控两减、资源高效利用”的 需求目标是大趋势并呈常态化

为实现生态环保、环境友好的可 持续发展以及节本增效目标需求,玉 米育种更应着重选育耐干旱和水分生 产利用效率高的品种;耐低氮、耐瘠 薄、肥料利用效率高的品种;抗多种 病虫害、农药使用量尽量少的品种。 国审玉米品种京科968,近几年之所 以种植推广面积快速上升,成为仅次 于郑单958和先玉335的第三大品种, 除了具有多方面的综合优点外,更兼 具耐干旱、耐瘠薄、氮肥高效以及抗 大斑病、穗粒腐病、丝黑穗病等多种 病害的特点,还是非转基因的抗虫 品种,抗玉米螟、黏虫、蚜虫等多 种虫害。

2.4 加强鲜食玉米和青贮玉米等专用 玉米品种选育

玉米按照收获物和用途可分为 三类:籽粒用玉米(即通常所说的大 田玉米)、鲜食玉米(收获和食用玉 米的鲜嫩果穗)、青贮玉米(收获玉 米鲜绿全株,经切碎发酵作奶牛等草 食牲畜饲料)。我国鲜食玉米发展很 快,种植面积近2000万亩,已成为全 球最大的鲜食玉米种植生产国。我国 在鲜食糯玉米育种方面处于国际领先地位,所有生产上种植推广的鲜食糯 玉米品种均由我国自主选育,并已走 出国门推广种植到韩国、东南亚及非 洲等国家,产品更是远销全球,同时 还创制加甜糯这一新的鲜食玉米品种 并已大规模产业化。 

   鲜食玉米需要在具备“高产稳 产、多抗广适”等综合优点基础上, 更加突出品质,特别是食用品质和口 感、风味等,此外增强其功能营养品 质如维生素A、维生素E和叶酸等可 增加其价值潜力。同时,应尽量延 长其适采期和货架期,并在籽粒颜 色、熟期、穗型、粒型等方面满足 市场多样化需求。如我国创制出的 加甜糯玉米品种,即在一个玉米果 穗上,同时具有甜玉米籽粒和糯玉 米籽粒,一般是1∶3的比例,消费者 一口吃下去可以同时品尝到两种口 味的鲜食玉米,这正在成为一种发展 趋势。

青贮玉米是奶牛养殖业的饲料基 础和支柱,目前我国已种植约2000万 亩,根据我国奶牛保有数量,至少需 要3000万亩的种植面积。青贮玉米育 种除了“高产稳产、多抗广适”外, 更要求生物产量高、饲用品质好、制种 产量高等。饲用品质的主要指标有中性 洗涤纤维和酸性洗涤纤维(代表不易消 化的纤维素和木质素等)含量,含量越 低则消化利用率越高,淀粉和粗蛋白含 量高则说明营养价值高。

2.5 专用品质及特殊功能品质品种育种

玉米的主要用途定位是“高淀 粉能量型作物”。玉米的加工要综 合利用,但主要是利用其淀粉。因 此选育高淀粉品种既能增加其品质 产值,又与产量不相冲突,而选育 高油或高赖氨酸等类型的品种往往 导致产量降低。

2.6 注意推广品种的遗传多样性和生 态稳定性

避免一个模式一刀切,针对不同 区域应因地制宜、良种良法配套,发 挥耕作与栽培的资源配置作用。

3 玉米主要育种技术及优势

3.1 常规育种技术

玉米常规育种是依据孟德尔遗传 规律和杂种优势理论,通过控制授粉 等进行杂交育种的技术手段,可将不 同育种材料的优良性状聚合在一起。 这是一个基因重组过程,玉米有10对 染色体,其基因重组变化的可能性非 常多,再加上成对的同源染色体之间 还可以进行大量的基因交换,使得常 规杂交育种所能产生的遗传变异就更 多了。我国生产上应用的品种大部分 仍是采用常规育种方法选育的,如目 前我国玉米生产中的两个主导品种郑 单958和浚单20就是通过常规育种手 段选育而成。郑单958由河南省农业 科学院粮食作物研究所培育,年种植 面积已突破6000万亩;浚单20是由河 南省鹤壁市农业科学院选育的夏播玉 米品种,年种植面积最高在4000万亩 以上,这两个品种已经连续十多年成 为我国玉米生产的主导品种7 8 。因此 常规育种技术仍有很大潜力。但更重 要的是,还要不断地有优异种质资源 的引入和利用,使优良性状的基因不 断地聚合和积累,不断地创制新的育 种材料。

3.2 DH 单倍体育种技术

DH单倍体育种技术即利用孤雌 生殖诱导系做父本进行杂交,诱导相 应的母本产生大大高于自然频率的 单倍体,同时诱导系本身还具备鉴 别孤雌生殖单倍体的遗传标记系统。 目前在孤雌生殖诱导系中普遍采用的 是A1A2C1C2BPIR-nj显性遗传标记 系统。该标记系统由两个不同的遗传 标记性状组合而成,具有较高的鉴别 效率和可靠性。首先根据籽粒Navajo 标记性状(由A1A2C1C2BPIR-nj基因 控制)分拣出可能的单倍体籽粒,再 经过胚根色素或苗期叶鞘色素(由 A1A2BPI基因控制)的有无确定是否 为单倍体植株。

由于DH单倍体育种技术在缩短育种周期、提高获得纯合基因型效 率、排除显性干扰、提高选择准确性 和利于亲本保纯等方面的优势而具有 很大育种潜力,可直接用于实际育种 工作。目前,全世界有250多个作物 物种应用了单倍体育种技术,其已成 为美国孟山都公司、德国KWS公司及 俄罗斯等国的一些玉米种子公司玉米 育种的重要方法,以此加快育种速 度,缩短新杂交种推出时间,占有和 扩大市场。在我国,中国农业大学、 北京市农林科学院、吉林省农业科学 院、四川农业大学、北京奥瑞金种业 股份有限公司等单位和企业也都先后 从事了这方面研究,并选育出了一系 列高诱导率的诱导系,如农大高诱1 号、吉高诱3号、京科诱044、京科诱 045等9 ~11。

3.3 诱变育种技术

诱变育种技术是指利用物理、化 学等因素诱导,使基因组发生单个或 多个位点的突变而发生变异,然后从 变异群体中选择符合当前育种目标要 求的单株或个体,进而培育成新的品 种或种质的育种方法,是常规育种技 术的重要补充。物理诱变应用较多的 是辐射诱变,即用α射线、β射线、 γ射线、Χ射线、中子和其他粒子、 紫外辐射、微波辐射及空间诱变等物 理因素诱发变异;化学诱变剂主要有 甲基磺酸乙酯(EMS)、乙烯亚胺 (EI)、亚硝基乙基脲烷(NEU)、 亚硝基甲基脲烷(NMU)等。 20世纪70年代以来,我国利用γ 射线等诱变技术育成了原武02、原辐 17、丹340、丹360、鲁原92等自交 系,组配了掖单13、鲁单5号、鲁单 50等鲁单系列杂交种,推动了玉米 生产发展12。但诱变育种技术存在的 主要问题是有益突变频率较低,常 常产生畸形植株,变异的方向和性 质尚难控制。因此, 提高诱变效 率、迅速鉴定和筛选突变体以及探 索定向诱变的途径也是今后研究的 重点。

3.4 分子标记辅助育种技术

分子标记辅助选择(molecular marker-assisted selection,MAS)是分 子育种的重要组成部分。其利用与目 标性状基因紧密连锁的分子标记进行 间接选择,是对目标性状在分子水平 的选择,不受环境影响,不受等位基 因显隐性关系干扰,选择结果可靠, 一般可在育种早代进行选择,从而大 大缩短育种周期。目前在玉米育种工 作中, 主要利用RFLP、AFLP、 CAPS、SSR、SNP和InDel标记等技 术进行品种纯度和真实性检测、分析 遗传多样性、定位功能基因、划分杂 种优势群以及转基因检测等。如高伟 等13利用cDNA-SRAP标记对玉米氮素 营养进行诊断,孙世孟等14利用RAPD 标记研究玉米亲本自交系间相似系数 并划分类群,郝转芳等15基于SNP标 记的关联分析对玉米耐旱基因进行研 究等。因此,分子标记辅助育种技术 在保持玉米遗传多样性的基础上,通 过分子生物学等手段对产量、品质、 抗性等进行分子水平研究,对玉米常 规育种具有重要辅助作用。

3.5 转基因育种技术

转基因育种技术是根据育种目 标,从供体生物中分离目的基因, 经DNA重组与遗传转化或直接导 入受体作物,经筛选获得稳定表达 的遗传工程体,并经田间试验与大 田选择育成转基因新品种或种质资 源。其过程涉及目的基因的分离与 改造、载体的构建及其与目的基因的 连接等DNA重组技术;通过农杆菌 介导、基因枪轰击等方法使重组体进 入受体细胞或组织以及转化体的筛 选、鉴定等遗传转化技术和相配套 的组织培养技术;获得携带目的基 因的转基因植株;遗传工程体在有 控条件下的安全性评价以及大田育 种研究直至育成品种。转基因育种 技术体系的建立大大拓宽了可利用 的基因资源,实现了动物、植物、 微生物中分离克隆的基因在三者间 相互转移利用;可对植物目标性状 进行定向变异和定向选择,同时随 着对基因认识的不断深入和转基因技术手段的完善,对多个基因进行 定向操作也将成为可能,为培育高 产、优质、高抗、适应各种不良环 境条件的品种提供了崭新的育种途 径,大大提高选择效率,加快育种 进程;可将植物作为生物反应器生 产药物等生物制品。

转基因技术发现至今仅30年就 得到了快速发展,已有一批抗虫、 抗除草剂的转基因玉米品种获得批 准在美国等多个国家实现了商业化16。 孟山都及陶氏益农公司共同研发的 玉米新品种Smart-Stax具有广谱抗玉 米根部虫害及全面控制广泛的杂草 优势17。孟山都公司开发的抗旱转基 因玉米(来自枯草芽孢杆菌的CspB 基因)在西部大平原进行的抗旱玉 米田间试验中已达到6%~10%的增 产目标18。未来,转基因育种的主要 发展方向集中在转基因技术本身的 安全性、功能基因组研究、载体构 建、遗传转化体系的优化和改善及 多基因叠加的复合性状转基因玉米 的选育等方面。

3.6 分子设计育种技术

分子设计育种就是高通量地鉴定 和聚合优良等位基因,设计出新品种 的育种技术。随着玉米全基因组测序 的完成,玉米分子设计育种的发展获 得了新的机遇。中国农业大学国家玉 米改良中心带领国内玉米优势单位对 6个中国玉米骨干自交系进行全基因 组重测序,得到125万个高质量的单 核苷酸多态性(SNP)位点,发现了 101个低序列多态性区段,为玉米分 子设计育种奠定了坚实的基础19。美 国先锋公司和孟山都公司已拥有上万 个SNP标记,每天处理的分子标记数 据高达20万~30万个。为开发更多标 记,先锋公司测定了600个优良玉米 自交系的10 000个基因组,分子设计 育种的投入给这两家种子企业带来了 巨额的回报。与此同时,控制玉米复 杂农艺性状的主效QTL位点的发掘 也成为分子设计育种的重点,在玉 米数据库中收录的玉米QTL已超过 2000个, 分子设计育种技术将快 速、高效地聚合优良等位基因,加 快玉米优良种质的创制,大大提高 育种效率。

3.7 基因编辑技术

基因组编辑是近年出现的能够精 确改造生物基因组DNA的技术,有望 成为“非转基因”生物育种的一种关 键技术20。我国在植物基因组编辑技 术中处于国际前沿水平,拥有水稻、 小麦、玉米三大粮食作物的TALEN和 CRISPR/Cas技术体系及相关多项应用 专利。2012年后,CRISRP/Cas9系统 引发了基因组编辑的研究热潮21,迄 今已在水稻、小麦、玉米等多种农作 物中成功应用。美国农业部已对磷高 效玉米等多个基因组编辑农产品下达 了转基因法规监控的豁免权;阿根 廷、瑞典等国已明确宣布基因组编 辑的作物不在转基因立法管辖范围 之内。目前,基因组编辑技术及应 用在全球每年有1 0 0 多个专利申 请,基因组编辑技术的储备及应用 对分子设计育种的高效实施有重要 意义20。

3.8 “高大严”等五位一体工程化育 种技术

五位一体工程化育种技术集成 了自交系“高大严”选系技术、IPT (以单株配合力测试为核心的选育技 术)、DH、MAS和多生态区鉴定五 种杂交种培育方法为一体,是一种高 效实用的育种方法。随着育种研究不 断深入,DH育种技术、MAS分子标 记辅助育种等高新技术或方法不断涌 现。但大多数育种者依然采用常规系 统选育方法或结合其中某一项新技 术,依靠个人或少数几个人的实践 经验,在内部试验基地或鉴定点进 行自交系选育、杂交种组配及鉴定 工作,存在盲目性和偶然性,且效 率低,影响育种工作的效率、稳定 性和可持续发展。为改变育种工作 现状,笔者等依据遗传育种理论并 结合多年育种实践,提出了一套五 位一体品种选育方法,实现了品种培 育方法的又一次突破。目前,利用五位一体工程化育 种技术已选育出了京科968、京科 665、京农科728等一大批耐密、高 产、优质、稳产、抗性好等综合农 艺性状优良的玉米杂交种,并在生 产上得到大面积推广应用。如京科 968自2011年通过国家审定以来累计 推广种植面积近5000万亩,特别是 在最近几年种业市场种子数量过剩 较为疲软的严峻形势下,该品种逆 势增长发展成为年推广面积1600万 亩以上的品种,成为我国玉米生产 主推品种。京农科728于2012~2015 年累计推广面积200万亩以上,可机 械直收籽粒,实现了人们期盼已久 的“像收小麦一样收玉米”。除早 熟、宜机收优势外,该品种还具有 高产、优质、耐旱、耐密、抗倒等 特点,非常适合在华北平原旱作耕 作区种植,预计几年后种植面积将 达到1000万亩。

3.9 SPT 新型不育系技术

S P T ( s e e d p r o d u c t i o n technology)新型不育系技术即雄性 核不育制种技术,区别于传统的三系 配套技术,通过构建一个转基因载体 (载体上含有一个绿色荧光标记基因 和一个控制核育性基因)对玉米进行 遗传转化,在转基因后代果穗上可分 离出两类种子,一类种子为核不育 系,不含有任何转基因成分,直接 用于玉米杂交种生产;另一类种子 为保持系,含有转基因成分(绿色 荧光标记基因和核育性基因),可 用于不育系和保持系的继续繁殖。 该技术所用的不育系为核不育基因 控制,不育系败育彻底,不受遗传 背景限制,能大大降低制种成本, 提高杂交种质量。通过该技术产生 的不育系由于不含有任何转基因成 分,美国农业部于2011年解除了对 其转基因管制审批。

3.10 表型快速鉴定评价技术

玉米新品种选育过程中主要对 基因型和表型进行选择,随着测序技 术的不断发展,基因型分析通量和表 型鉴定通量也不断提高。表型鉴定又 分为可控环境条件下的表型鉴定技 术、半可控环境条件下的表型鉴定 技术和不可控环境条件下的表型鉴 定技术。其中,可控环境条件下的 表型鉴定技术主要依赖于机器视觉 技术的发展,能够近距离对玉米植 株不同部位的动态生长进行监测, 进而获得植株生长信息和表型参 数,目前,这项技术是国内外研究 的重点。如德国Lemna Tec公司建立 的高通量植物表型检测平台,中国 农业科学院生物技术研究所于2014 年建成的我国第一个全自动高通量 3D成像植物表型组学研究平台,还 有美国杜邦先锋公司、中国农业大 学以及北京市农林科学院分别研制 的玉米果穗考种系统等。半可控环 境条件下的表型检测技术可通过接 种辅助检测相关表型,如接种病原 菌、人工接虫等,目前是对部分农 艺性状鉴定的有效技术,如美国先 锋公司研制的大型移动人工风洞。 不可控环境条件下的表型检测技术是 指在完全开放的环境条件下,没有任 何人工的参与进而快速获得多个环境 中植物表型的方法,尽管准确性差, 但在多个环境条件下能获得农艺性 状表型参数的综合表现值, 具有 重要参考价值, 这也是当前我国 玉米育种过程主要采取的方法, 常用的多环境测试是国家、省级 和各大种子公司的品种试验示范和 区域试验。

综上所述,在政策拉动、科技 支撑和市场带动等多重因素的作用 下,我国玉米生产在过去的几十年 中取得了快速的发展和进步,但当 前及今后一段时间还面临着生产经 营方式转变、资源环境约束、国际 竞争力缺乏等严峻形势和挑战。今 后还需依靠育种技术,特别是先进 的生物育种技术,实现新形势下的 玉米生产调结构、转方式、节本增 效, 提高我国玉米产业的国际竞 争力。