躬耕玉米田 選育大品種

王涵

玉米是我國種植面積最大和總產(chǎn)最高的糧食作物，被稱作“飼料之王”。它不僅對(duì)國家糧食安全尤其是飼料糧至關(guān)重要，還進(jìn)一步關(guān)系著肉、蛋、奶等食品安全。同時(shí)，玉米作為種業(yè)市值最高的作物，早已成為國際種業(yè)巨頭的主要競爭焦點(diǎn)。

出生在農(nóng)家的趙久然，從小就常到玉米田干農(nóng)活，耳濡目染，對(duì)玉米有了較多的感性認(rèn)識(shí)，但飽飽地吃上一頓玉米餅子也不是一件常有的事。1986年，他研究生畢業(yè)，被分配到北京市農(nóng)林科學(xué)院從事玉米科研工作，開始真正與玉米結(jié)緣。他沒有像很多同學(xué)、同事那樣選擇考托出國，而是主動(dòng)提出到條件比較艱苦但卻是玉米主產(chǎn)區(qū)的北京市延慶縣下鄉(xiāng)蹲點(diǎn)從事玉米科研，一干就是6年。

這期間，趙久然不僅完成了多項(xiàng)研究任務(wù)，更重要的是，他深刻認(rèn)識(shí)到了良種的重要作用。它不需增施肥料和增加投入，就能顯著提高產(chǎn)量和品質(zhì)。它也是農(nóng)民最需要和最易推廣應(yīng)用的技術(shù)。同時(shí)，趙久然也深刻體會(huì)到一個(gè)能夠大面積推廣的好品種，不僅要高產(chǎn)，更要能抗逆穩(wěn)產(chǎn)，還需要好的種子質(zhì)量和相應(yīng)的良種良法配套技術(shù)。這些來自生產(chǎn)上的切身感受和體會(huì)都深深融入到他的腦海甚至血液中。

自主創(chuàng)新，要比國際巨頭洋品種更優(yōu)更好

進(jìn)入新世紀(jì)，我國加入世界貿(mào)易組織，更加開放地走向世界。作為全球第二大玉米生產(chǎn)國和種業(yè)市場，國際種業(yè)巨頭也紛至沓來，參與中國的玉米種業(yè)市場競爭。某國際種業(yè)巨頭憑借其上百年的產(chǎn)業(yè)先發(fā)優(yōu)勢(shì)和科研積累，在我國重磅推出其“拳頭”品種，很快就成燎原之勢(shì)。許多企業(yè)和育種單位紛紛敗下陣來，大搞模仿育種，導(dǎo)致玉米雜優(yōu)模式單一，種質(zhì)基礎(chǔ)狹窄、品種雷同近似同質(zhì)化問題。在這種情況下，趙久然深入觀察，發(fā)現(xiàn)國外品種在產(chǎn)量、品質(zhì)等方面相較我國之前的品種確實(shí)具有明顯優(yōu)勢(shì)，但在抗倒伏、耐高溫、抗斑病等抗逆抗病方面還處于劣勢(shì)。同時(shí)他通過對(duì)我國本土玉米種質(zhì)的長期研究，發(fā)現(xiàn)源自于我國地方農(nóng)家的“黃改系”種質(zhì)，對(duì)我國的氣候、土壤和生產(chǎn)條件已比較適應(yīng)，對(duì)多種病害和非生物逆境也具有較好的耐受性。因此趙久然確立了將我國黃改群種質(zhì)“多抗廣適”與國外優(yōu)新種質(zhì)“高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)”兩者優(yōu)勢(shì)相結(jié)合的育種組配思路。同時(shí)他也意識(shí)到未來的節(jié)本增效綠色生產(chǎn)對(duì)抗病蟲節(jié)藥、耐干旱節(jié)水、耐瘠薄節(jié)肥等將有更高需求。

有了好的設(shè)想思路和明確的方向目標(biāo)，接下來就是如何更好更快地去實(shí)現(xiàn)。趙久然率領(lǐng)一支年輕實(shí)干的團(tuán)隊(duì)，首先確定用3個(gè)黃改群骨干自交系為測驗(yàn)種，分別對(duì)經(jīng)過表型精準(zhǔn)鑒定的多個(gè)外引雜交種進(jìn)行測試，鑒選出與黃改系有強(qiáng)優(yōu)勢(shì)，并具有高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)綜合性狀的X1132x作為優(yōu)新種質(zhì)材料，通過混合授粉將其構(gòu)建為母本選育基礎(chǔ)群體。同時(shí)利用上述3個(gè)黃改群自交系構(gòu)建了父本選育基礎(chǔ)群體。

趙久然介紹，確定基礎(chǔ)選系材料很重要，但選系過程和方法也很重要，真正體現(xiàn)著“細(xì)節(jié)決定成敗”。對(duì)此他們?cè)诙嗄暧N實(shí)踐基礎(chǔ)上創(chuàng)新出“高大嚴(yán)（高密度、大群體、嚴(yán)選擇）”玉米自交系選育新方法。首先是高密度，改變傳統(tǒng)育種每畝3千多株的低密度選系，提高早代選系群體密度到6千以上，加大環(huán)境脅迫，強(qiáng)化選擇壓力，增強(qiáng)選育自交系抗逆性。其次是大群體，增大S1世代選系群體到3千株以上規(guī)模，在大群體中優(yōu)中選優(yōu)，實(shí)現(xiàn)從“百里挑一”到“萬里挑一”，增大選中優(yōu)良個(gè)體概率。第三是嚴(yán)選擇，嚴(yán)格選擇標(biāo)準(zhǔn)，堅(jiān)決淘汰生產(chǎn)中可能導(dǎo)致嚴(yán)重減產(chǎn)隱患的不良性狀，并變換不同選系世代的選系地點(diǎn)，擴(kuò)大對(duì)生態(tài)區(qū)和生產(chǎn)條件的適應(yīng)性。S1在東北春玉米主產(chǎn)區(qū)吉林選系，S2在黃淮海夏玉米主產(chǎn)區(qū)河南選系，S3在春、夏玉米交匯帶的北京選系，S4在海南熱帶南繁育種基地選系，S5在我國主要繁制種基地甘肅進(jìn)行易制種性狀鑒定和測試。嚴(yán)格鑒選、堅(jiān)決淘汰不良個(gè)體和穗行；特別注重嚴(yán)選母本果穗粒數(shù)、容重、出籽率和父本散粉持續(xù)期等性狀，并在S0、S3、S6三個(gè)關(guān)鍵期進(jìn)行配合力測定；結(jié)合分子標(biāo)記進(jìn)行遺傳背景和位點(diǎn)純合度選擇，提高鑒選效率和準(zhǔn)確性。

天道酬勤，趙久然率領(lǐng)團(tuán)隊(duì)終于用智慧加汗水創(chuàng)制選育出京724等20個(gè)配合力高、品質(zhì)優(yōu)良、自身產(chǎn)量高、穗粒數(shù)多的優(yōu)良母本自交系，以及京92等6個(gè)抗逆性強(qiáng)、散粉性好的優(yōu)良父本自交系。他們進(jìn)一步將常規(guī)育種與現(xiàn)代分子生物學(xué)技術(shù)結(jié)合，利用覆蓋玉米全基因組的40對(duì)SSR核心引物和MaizeSNP3072芯片，對(duì)選自母本基礎(chǔ)群體的系列自交系進(jìn)行親緣關(guān)系及群體遺傳結(jié)構(gòu)分析，結(jié)果表明京724、京725、京464、京D9H等系列自交系之間遺傳距離較近，而與其它已經(jīng)明確的黃改群等7個(gè)類群遺傳距離均較遠(yuǎn)，可單獨(dú)聚為一群，成為一個(gè)新的核心種質(zhì)群，并命名為“X群”。同時(shí)探明了京724等X群自交系與京92等黃改群自交系雜種優(yōu)勢(shì)最強(qiáng)，創(chuàng)新出“X群×黃改群”這一新的雜優(yōu)模式，已成為當(dāng)前我國東華北春玉米及黃淮海夏玉米的重要雜優(yōu)模式。他們以該模式為基礎(chǔ)，組配出京科968（京724×京92）等系列強(qiáng)優(yōu)勢(shì)雜交種。經(jīng)過在多個(gè)不同生態(tài)區(qū)進(jìn)行多年多點(diǎn)嚴(yán)格測試，這些品種表現(xiàn)出具有高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)、多抗廣適等突出優(yōu)點(diǎn)；又經(jīng)過國家農(nóng)業(yè)部統(tǒng)一組織的上百個(gè)點(diǎn)次品種區(qū)試和生產(chǎn)試驗(yàn)證明，京科968在豐產(chǎn)性、穩(wěn)產(chǎn)性、品質(zhì)、抗性等各方面均表現(xiàn)突出，達(dá)到了國家審定標(biāo)準(zhǔn)，于2011年通過國家審定。其中產(chǎn)量平均比對(duì)照增產(chǎn)10%以上，并在生產(chǎn)中創(chuàng)造了畝產(chǎn)1362.07kg機(jī)械實(shí)收籽粒高產(chǎn)紀(jì)錄。主要品質(zhì)指標(biāo)均達(dá)國標(biāo)一級(jí)；對(duì)大斑病、絲黑穗及莖腐病等5種主要病害均達(dá)中抗以上，對(duì)玉米螟，紅蜘蛛等害蟲具有廣譜抗性，并對(duì)干旱、鹽堿、瘠薄、寡照、低溫等多種逆境有良好耐抗性。

步履不停，推進(jìn)品種產(chǎn)業(yè)化和大面積推廣

品種通過審定僅是重要的第一步，如果到此為止，將審定證書鎖在檔案柜中束之高閣，就不能產(chǎn)生其應(yīng)有價(jià)值。趙久然對(duì)此深有體會(huì)，為了加快產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用，他們創(chuàng)建了京科968玉米新品種研發(fā)“1+N”科企聯(lián)合體。于2012年聯(lián)合中種集團(tuán)、德農(nóng)種業(yè)、登海種業(yè)、屯玉種業(yè)、現(xiàn)代種業(yè)5家國內(nèi)骨干種子企業(yè)，另有北京農(nóng)科院種業(yè)參與，至2016年變更為北京順鑫農(nóng)科種業(yè)，形成“1+6”京科968研發(fā)聯(lián)合體；2019年又增加安徽豐大種業(yè)，形成“1+7”聯(lián)合體。北京市農(nóng)林科學(xué)院玉米研究中心負(fù)責(zé)種質(zhì)創(chuàng)新和新品種選育，提供高質(zhì)量原種親本、配套制種和栽培技術(shù)、全程技術(shù)指導(dǎo)及培訓(xùn)等。

為進(jìn)一步提高制種產(chǎn)量和質(zhì)量、降低成本，他們還創(chuàng)制出不育性徹底且穩(wěn)定的S型雄性不育新種質(zhì)和骨干親本不育系，建立了京科968等雄性不育三系配套雜交制種、優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)種子生產(chǎn)體系。經(jīng)多年試驗(yàn)和大面積生產(chǎn)驗(yàn)證，其不育化雜交種在產(chǎn)量、抗性及其它農(nóng)藝性狀方面與常規(guī)制種生產(chǎn)的雜交種子大田表現(xiàn)相同或更優(yōu)。每畝可節(jié)省了常規(guī)制種人工抽雄所需的2個(gè)人工，并消除了因去雄不及時(shí)跑粉自交所導(dǎo)致的質(zhì)量隱患。實(shí)現(xiàn)制種畝產(chǎn)全面達(dá)到500kg以上，大面積達(dá)600kg以上，最高達(dá)到782.6kg。種子純度、凈度、發(fā)芽率、水分等質(zhì)量指標(biāo)均達(dá)國標(biāo)一級(jí)，特別是發(fā)芽率≥95%，為全面實(shí)現(xiàn)單粒精量播種提供了高質(zhì)量種子保障。他們還根據(jù)京科968多抗廣適的優(yōu)良特性，研發(fā)建立了以“適時(shí)早播、單粒精播、中等密度、氮肥減施”為核心的綠色高產(chǎn)栽培技術(shù)體系，制定《京科968綠色高產(chǎn)栽培技術(shù)規(guī)程》，指導(dǎo)和規(guī)范各企業(yè)大規(guī)模制種和大面積示范推廣。

京科968由于具有“高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)、多抗廣適、易制種”等綜合優(yōu)點(diǎn)以及在大規(guī)模制種和大面積生產(chǎn)中的出色表現(xiàn)，得到了眾多種企和廣大農(nóng)戶的認(rèn)可和贊譽(yù)。其推廣應(yīng)用面積迅速擴(kuò)大，自2016年以來成為我國年種植面積超2000萬畝的主導(dǎo)大品種，累計(jì)推廣超過1億畝，這在我國玉米育種歷史上也僅少數(shù)幾個(gè)。在增產(chǎn)糧食100多億公斤增創(chuàng)巨大社會(huì)效益同時(shí)，7家種企開發(fā)京科新品種新增銷售額38.49億元，成果單位也獲得了較好的成果轉(zhuǎn)化收益。其被農(nóng)業(yè)部連續(xù)5年遴選為主導(dǎo)品種，被譽(yù)為“我國近十年來作物育種標(biāo)志性成果”“可以國外巨頭抗衡的品種”；入選科技部國家“十二五”科技攻關(guān)重點(diǎn)成果。此外他們還利用創(chuàng)新的“X群×黃改群”雜優(yōu)模式培育出京科系列新品種31個(gè)，獲國家發(fā)明專利及植物新品種權(quán)26項(xiàng)；發(fā)表論文41篇；制定部頒標(biāo)準(zhǔn)1項(xiàng)。

“中國人飯碗里的糧，要有屬于自己的好品種。”這是趙久然團(tuán)隊(duì)立足崗位持續(xù)創(chuàng)新，不斷育出更多更好品種，也是他們繼續(xù)為之奮斗的不竭動(dòng)力。

趙久然，現(xiàn)任北京市農(nóng)林科學(xué)院玉米研究中心主任，研究員，兼任農(nóng)業(yè)農(nóng)村部玉米專家指導(dǎo)組組長，中國作物學(xué)會(huì)副理事長、北京作物學(xué)會(huì)理事長等。他培養(yǎng)和帶領(lǐng)了一支年輕科研團(tuán)隊(duì)，主持選育京科系列玉米新品種，已累計(jì)推廣2億多畝。其中，京科968成為我國年種植超2000萬畝主導(dǎo)大品種之一，京科糯2000多年來一直是我國種植面積最大的鮮食玉米品種；研發(fā)玉米標(biāo)準(zhǔn)DNA指紋庫構(gòu)建關(guān)鍵技術(shù)及核心引物試劑盒、生物芯片等，形成6項(xiàng)國家或行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，多項(xiàng)發(fā)明專利。研究發(fā)布我國玉米重要核心種質(zhì)黃早四全基因組序列，全球首次完成中國玉米骨干自交系的denovo測序和基因組解析；創(chuàng)制新的S型雄性不育系，研發(fā)多個(gè)主推品種雄性不育化制種技術(shù)等。入選全國農(nóng)業(yè)科研杰出人才；曾獲中國種業(yè)十大杰出人物、推動(dòng)“北京創(chuàng)造”十大科技人物等。