中國谷子種業(yè)創(chuàng)新現(xiàn)狀與未來展望

賈冠清，刁現(xiàn)民

中國谷子種業(yè)創(chuàng)新現(xiàn)狀與未來展望

賈冠清，刁現(xiàn)民

中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物科學(xué)研究所，北京 100081

種業(yè)是農(nóng)業(yè)發(fā)展的“芯片”，原始創(chuàng)新是農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的根本動(dòng)力。2021年中央一號(hào)文件明確提出推進(jìn)中國農(nóng)作物種業(yè)快速發(fā)展的要求，對(duì)中國農(nóng)作物種業(yè)原始創(chuàng)新研究提出了明確期望。谷子是中國起源的傳統(tǒng)糧飼兼用作物及特色雜糧作物，生產(chǎn)及消費(fèi)規(guī)模均位居世界首位。作為粟類作物，谷子在中國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)及農(nóng)耕文明的起始與發(fā)展過程中發(fā)揮了重要的推動(dòng)和支撐作用，已有研究證實(shí)谷子在中國擁有悠久的栽培歷史，并且形成了分布廣泛且多樣性豐富的各類種質(zhì)資源。近年來，谷子在雜交品種選育及雜種優(yōu)勢(shì)利用、抗除草劑品種和適于機(jī)械化栽培品種推廣、基因組學(xué)及功能基因研究等領(lǐng)域取得進(jìn)展，在原始創(chuàng)新的推動(dòng)下初步形成了以雜交品種和抗除草劑品種為經(jīng)營主體的谷子種業(yè)體系，推動(dòng)了谷子種業(yè)從無到有的突破。中國在谷子優(yōu)異種質(zhì)鑒定與創(chuàng)制方法研究、谷子高效育種技術(shù)途徑研發(fā)、谷子關(guān)鍵性狀的協(xié)調(diào)表達(dá)與調(diào)控規(guī)律解析、谷子良種繁育過程基本生物學(xué)屬性研究以及谷子新品種真實(shí)性鑒定方法探索等方面原始創(chuàng)新的進(jìn)步為谷子種業(yè)發(fā)展提供了支撐，形成了一套初具規(guī)模的種業(yè)原始創(chuàng)新技術(shù)。目前，谷子種業(yè)持續(xù)良性發(fā)展仍然面臨包括優(yōu)異突破性種質(zhì)匱乏、育種技術(shù)水平相對(duì)滯后、品質(zhì)與產(chǎn)量協(xié)調(diào)性不夠、良種擴(kuò)繁標(biāo)準(zhǔn)缺乏以及種業(yè)市場(chǎng)監(jiān)管手段有待加強(qiáng)等諸多挑戰(zhàn)。為了推進(jìn)谷子種業(yè)持續(xù)快速、高效、深入的發(fā)展，未來中國谷子種業(yè)原始創(chuàng)新研究的主要方向包括：基于表型組學(xué)與基因組修飾技術(shù)、單倍體育種與全基因組選擇技術(shù)和關(guān)鍵性狀優(yōu)異單倍型鑒定與整合技術(shù)的谷子規(guī)?；咝вN技術(shù)體系構(gòu)建；基于種子發(fā)育生理調(diào)控、分子指紋及雜種優(yōu)勢(shì)高效利用技術(shù)的谷子種子高效生產(chǎn)儲(chǔ)藏與監(jiān)管技術(shù)體系構(gòu)建；以及基于谷子種業(yè)產(chǎn)學(xué)研推一體化設(shè)計(jì)與高效整合的人才培養(yǎng)與創(chuàng)新體系構(gòu)建等方面。

谷子；種業(yè)；原始創(chuàng)新；現(xiàn)狀；發(fā)展趨勢(shì)

中國是農(nóng)作物生產(chǎn)大國和農(nóng)業(yè)用種大國，種業(yè)已經(jīng)發(fā)展成為中國基礎(chǔ)性、戰(zhàn)略性核心產(chǎn)業(yè)，是保障國家糧食安全，推動(dòng)農(nóng)業(yè)穩(wěn)定可持續(xù)發(fā)展的根本保證。國務(wù)院于2012年發(fā)布了《全國現(xiàn)代農(nóng)作物種業(yè)發(fā)展規(guī)劃（2012—2020年）（國辦發(fā)[2012]59號(hào)）》，對(duì)中國農(nóng)作物種業(yè)的發(fā)展目標(biāo)進(jìn)行了規(guī)劃。2021年中央一號(hào)文件再次強(qiáng)調(diào)了中國種業(yè)發(fā)展的緊迫性和必要性，提出了“打贏種業(yè)翻身仗”的目標(biāo)要求，對(duì)中國種業(yè)實(shí)現(xiàn)跨越發(fā)展提出了時(shí)間表和路線圖。谷子又稱為粟，是中國傳統(tǒng)的糧飼兼用作物，具有抗旱耐瘠薄、營養(yǎng)豐富、保健功能突出等特點(diǎn)，是民眾膳食結(jié)構(gòu)改善和種植業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整的主體作物[1]。谷子起源于中國黃河流域，在中國的栽培歷史可以追溯到距今11 500年前[2]，種質(zhì)資源保有量大且多態(tài)性豐富，是中華農(nóng)耕文明發(fā)展的重要載體之一[3]。隨著國家“鄉(xiāng)村振興”戰(zhàn)略的持續(xù)深入實(shí)施，谷子作為中小作物的代表，在滿足人民膳食健康需求以及推動(dòng)種業(yè)科技進(jìn)步方面發(fā)揮著越來越重要的作用。近年來，中國谷子遺傳改良、種子繁育及品種推廣的發(fā)展逐漸進(jìn)入了快車道，為深入推動(dòng)谷子產(chǎn)業(yè)和種業(yè)高效可持續(xù)發(fā)展，本文從原始創(chuàng)新角度論述了中國谷子種業(yè)發(fā)展中面臨的問題以及未來的發(fā)展方向，為政府決策以及基礎(chǔ)科研工作提供參考。

1 中國谷子種業(yè)發(fā)展歷史與現(xiàn)狀

1.1 谷子的產(chǎn)業(yè)地位

谷子曾經(jīng)是中國的主要口糧作物，在20世紀(jì)50—60年代，谷子種植面積約1 000萬hm2，僅次于水稻和小麥，是中國的三大主栽作物之一。隨著人民生活水平的提高，以及對(duì)肉蛋奶等畜牧產(chǎn)品需求的增加，畜牧業(yè)的迅速發(fā)展導(dǎo)致玉米等高生物量作物種植面積逐年擴(kuò)大，同時(shí)，由于中國機(jī)械化生產(chǎn)條件的不斷進(jìn)步，勞動(dòng)力成本的逐漸升高以及種植業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整政策的實(shí)施，谷子的種植面積從20世紀(jì)70年代開始表現(xiàn)出減少的趨勢(shì)[4]。據(jù)國家谷子高粱產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系統(tǒng)計(jì)，2020年中國谷子種植面積約150萬hm2，總產(chǎn)量約1 000萬t，是重要的雜糧作物，生產(chǎn)及消費(fèi)規(guī)模均位居世界首位。除了用作口糧外，谷子在釀造業(yè)、食品加工業(yè)中也發(fā)揮了重要作用，并且谷子在中國牧區(qū)也被廣泛用作牧草，是維持國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展不可或缺的經(jīng)濟(jì)作物。在國際貿(mào)易方面，谷子原糧主要出口至日本、韓國、德國、荷蘭和印度尼西亞等國家，是中國的優(yōu)勢(shì)出口作物[5]。

1.2 谷子種業(yè)的發(fā)展過程

中國谷子品種選育歷史悠久，歷史上曾經(jīng)形成了“四大貢米”等優(yōu)質(zhì)名牌品種，包括山西沁縣的“沁州黃”、河北蔚縣的“桃花米”、山東濟(jì)寧的“金鄉(xiāng)小米”以及山東章丘的“龍山小米”，但沒有形成規(guī)?；挠N體系[6]；谷子近代育種工作可以追溯至20世紀(jì)30—40年代，新中國成立前，延安時(shí)期的光華農(nóng)場(chǎng)最早開展了新品種的選育研究。金陵大學(xué)、燕京作物改良試驗(yàn)場(chǎng)和華北農(nóng)業(yè)科學(xué)研究所等單位通過系統(tǒng)育種先后育成并推廣了燕京811等谷子品種[7]；新中國成立后的50—70年代，谷子生產(chǎn)主要采用常規(guī)品種，“糧種不分”，生產(chǎn)依賴于農(nóng)民自留的農(nóng)家品種，種子生產(chǎn)資料依靠農(nóng)業(yè)合作社/生產(chǎn)大隊(duì)自繁、自選、自留、自用，輔之以調(diào)劑的方針。在計(jì)劃經(jīng)濟(jì)體制下，谷子沒有發(fā)展種業(yè)，生產(chǎn)用種主要依靠自留及國家調(diào)配；改革開放初期的80—90年代，盡管谷子育種有了長(zhǎng)足進(jìn)步，以豫谷1號(hào)[8]、昭谷1號(hào)[9]和晉谷21[10]為代表的一系列品種培育成功，產(chǎn)量水平得到顯著提高，但這些品種均為常規(guī)品種，雖有一定的種子經(jīng)營，但自留種很普遍，谷子種業(yè)發(fā)展處于萌芽階段，沒有形成規(guī)模性的種業(yè)。從21世紀(jì)初開始，隨著抗拿捕凈（烯禾啶）除草劑谷子新品種的培育成功，以抗除草劑谷子品種為核心的谷子種業(yè)開始形成[11]，同時(shí)谷子雜種優(yōu)勢(shì)在生產(chǎn)上得以成功應(yīng)用[12-13]，基于雜交種種子生產(chǎn)的種子企業(yè)也隨之形成并發(fā)展壯大。2000年《種子法》頒布實(shí)施之后，谷子種業(yè)發(fā)展開始進(jìn)入商業(yè)化時(shí)期，民營企業(yè)逐步增多成為市場(chǎng)主體，并逐漸向育、繁、推、銷一體化轉(zhuǎn)變。其中，河北巡天種業(yè)新技術(shù)有限責(zé)任公司迅速發(fā)展，2018年凈利潤達(dá)到了7 300萬元，成為中國谷子種業(yè)的龍頭企業(yè)；河北東昌種業(yè)有限公司則在抗除草劑谷子新品種經(jīng)營上創(chuàng)立了品牌，也發(fā)展成為谷子種子經(jīng)營的龍頭企業(yè)；內(nèi)蒙古蒙龍種業(yè)科技有限公司、內(nèi)蒙古禾為貴種業(yè)有限公司、內(nèi)蒙古利禾農(nóng)業(yè)科技發(fā)展有限公司等一批以谷子種子生產(chǎn)和經(jīng)營為主體的企業(yè)在市場(chǎng)中確立了地位，谷子種業(yè)體系初步形成，為谷子種業(yè)的高效商業(yè)化發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。

目前，谷子種業(yè)發(fā)展的核心依然為新品種的選育。截至2021年8月底，中國完成登記谷子新品種497個(gè)（圖1）：其中，內(nèi)蒙古自治區(qū)163個(gè)，河北省159個(gè)，山西省64個(gè)，吉林省31個(gè)，遼寧省28個(gè)，河南省16個(gè)，山東省14個(gè)，甘肅省7個(gè)，北京市5個(gè)，黑龍江省4個(gè)，陜西省4個(gè)，貴州省1個(gè)，新疆維吾爾自治區(qū)1個(gè)。主產(chǎn)省區(qū)中只有寧夏尚未有品種登記。從登記單位看，企業(yè)登記238個(gè)，占47.9%，科研單位登記259個(gè)，占52.1%；從品種類型看，497個(gè)登記品種中：常規(guī)品種448個(gè)，占90.1%，雜交品種49個(gè)，占9.9%，飼草專用品種1個(gè)，糧飼兼用品種1個(gè)；只適合春播的336個(gè)，占67.6%，春夏播皆宜的139個(gè)，占27.9%，僅適合夏播的22個(gè)，占4.5%；抗除草劑品種179個(gè)，占37.4%，其中常規(guī)品種130個(gè)，占常規(guī)品種登記總數(shù)的29.1%，49個(gè)雜交種均為抗除草劑品種。谷子種業(yè)發(fā)展迎來了蓬勃發(fā)展期[14]。

A：各省登記品種分布情況；B：登記品種主體分布；C：登記品種類型組成；D：登記品種適種區(qū)域分布；E：登記品種抗除草劑特性

1.3 谷子種業(yè)原始創(chuàng)新主要?dú)v史突破

商業(yè)化品種和種業(yè)技術(shù)的原始創(chuàng)新是種業(yè)發(fā)展的基礎(chǔ)，隨著中國谷子種業(yè)持續(xù)深入發(fā)展，種業(yè)對(duì)原始創(chuàng)新的形式及內(nèi)容提出了更高的要求。截至目前，中國保存有各類谷子資源接近3萬份，保存量位居世界第一，主要為中國境內(nèi)收集的地方品種。高度雄性不育系“蒜系28”的育成，正式開啟了谷子雜種優(yōu)勢(shì)的育種利用[15]，通過遠(yuǎn)緣雜交技術(shù)創(chuàng)制的抗除草劑“拿捕凈”、“氟樂靈”、“阿特拉津”和“咪唑乙煙酸”等新種質(zhì)徹底改變了谷子產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)模式，并推進(jìn)了雜交種商業(yè)化應(yīng)用[11]。國外引進(jìn)新種質(zhì)“六十日”在夏谷品種選育中作為骨干親本，在抗倒伏方面發(fā)揮了重要作用[16]；矮稈骨干親本“矮88”的創(chuàng)制和育種利用，在全國多個(gè)生態(tài)區(qū)實(shí)現(xiàn)株高的顯著降低，衍生品種已達(dá)100多個(gè)，基本解決了谷子倒伏和適應(yīng)機(jī)械化作業(yè)的問題；優(yōu)質(zhì)品種晉谷21的培育和應(yīng)用，為小米產(chǎn)業(yè)化發(fā)展奠定了基礎(chǔ)，累計(jì)推廣種植面積已經(jīng)超過70萬hm2。在不同歷史時(shí)期，中國還先后選育出了昭谷1號(hào)、豫谷1號(hào)、冀谷19[17]、張雜谷5號(hào)[18]、豫谷18[19]、中谷2等代表性品種，據(jù)國家谷子高粱產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系統(tǒng)計(jì)，谷子育種進(jìn)步使夏谷區(qū)平均產(chǎn)量由原來的4 500 kg·hm-2提升到7 500 kg·hm-2，為谷子種業(yè)持續(xù)發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。

1.4 近年來谷子種業(yè)原始創(chuàng)新取得的成績(jī)

谷子種業(yè)原始創(chuàng)新主要集中于新品種選育環(huán)節(jié)。2008年國家谷子現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系啟動(dòng)，通過持續(xù)開展原始創(chuàng)新攻關(guān)，近十年來，谷子育成品種和原始創(chuàng)新取得了顯著進(jìn)步：在品種株高改良方面，平均株高降低了31 cm，使得機(jī)械化管理和收割成為可能；通過遠(yuǎn)緣雜交將野生種青狗尾草的天然抗除草劑基因轉(zhuǎn)育到谷子中，使谷子由不抗除草劑的作物轉(zhuǎn)變?yōu)榭钩輨┑淖魑?，通過實(shí)現(xiàn)輕簡(jiǎn)化栽培解決了數(shù)千年來谷子栽培人工間苗、人工除草等效率低下問題，生產(chǎn)方式發(fā)生革命性改變，輕簡(jiǎn)栽培技術(shù)使得單戶綜合生產(chǎn)能力提高20倍以上。在解決這些核心卡脖子技術(shù)的基礎(chǔ)上，育成了覆蓋華北、西北、東北三大谷子主產(chǎn)區(qū)抗除草劑、矮稈、宜機(jī)收的冀谷39[20]、冀谷42、豫谷35[21]、張雜谷13[22]、中雜谷5等系列輕簡(jiǎn)栽培新品種；在品質(zhì)改良方面，近十年來，育成了品質(zhì)與傳統(tǒng)主栽優(yōu)質(zhì)品種黃金苗相當(dāng)，并且抗除草劑、產(chǎn)量和抗性優(yōu)于黃金苗的金苗K1[23]、冀谷45、中谷9等品種，基本打破了農(nóng)家品種在優(yōu)質(zhì)米開發(fā)中占主導(dǎo)的局面，為優(yōu)質(zhì)小米的產(chǎn)業(yè)化開發(fā)提供了品種保證；育成適合食品加工新品種冀谷42，其籽粒亞油酸與油酸比值達(dá)到3.7，比普通品種降低了32.7%，延長(zhǎng)了貨架期。多元化谷子新品種選育有效支撐了谷子種業(yè)的深入發(fā)展。

在種業(yè)基礎(chǔ)研究方面，率先在國際上完成了谷子基因組的測(cè)序[24]，構(gòu)建了國際上第一個(gè)谷子基因組單倍型圖譜和關(guān)聯(lián)分析群體，發(fā)掘出一批谷子重要性狀相關(guān)的基因位點(diǎn)[25]，率先構(gòu)建了高效的遺傳轉(zhuǎn)化體系[26]，轉(zhuǎn)化效率是國外同類研究機(jī)構(gòu)的3倍以上，構(gòu)建了核心種質(zhì)和突變體庫，形成了較為完善的谷子功能基因發(fā)掘和基因編輯的育種平臺(tái)，發(fā)起并組織了首屆國際谷子遺傳學(xué)大會(huì)，提出并推動(dòng)谷子成為功能基因研究的模式作物[27]，這些研究工作使谷子這一傳統(tǒng)作物煥發(fā)出新的青春，使中國的谷子遺傳育種研究保持國際領(lǐng)先地位。

2 谷子種業(yè)原始創(chuàng)新技術(shù)研發(fā)進(jìn)展及需求

2.1 優(yōu)異種質(zhì)鑒定與創(chuàng)制

據(jù)國家谷子高粱產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系統(tǒng)計(jì)，中國目前保存谷子種質(zhì)資源28 915份，占世界谷子資源總量的70%?！笆濉币詠砣霂旃茸淤Y源1 733份，引進(jìn)國外谷子資源46份，狗尾草資源77份，搜集整理國內(nèi)谷子資源244份，提供育種單位利用4 106份。近五年鑒定出谷子抗除草劑、抗病、抗旱、抗倒、矮稈材料2 236份，創(chuàng)制出谷子抗煙嘧磺隆材料4份，抗咪唑乙煙酸材料2份，創(chuàng)制出5份小米商品性顯著提高的夏谷育種材料，2份蒸煮時(shí)間顯著縮短（減少30%左右）且米色鮮黃的春谷育種材料，有效支撐了國內(nèi)谷子新品種的選育工作。然而，目前鑒定和創(chuàng)制優(yōu)異種質(zhì)材料的技術(shù)仍然局限于常規(guī)的田間種植和遠(yuǎn)緣雜交與回交轉(zhuǎn)育，尚未規(guī)模開展理化誘變及優(yōu)異種質(zhì)定向鑒選研究。遠(yuǎn)緣雜交創(chuàng)新種質(zhì)規(guī)模較小，目前僅局限于除草劑抗性材料的創(chuàng)制[5]，尚未成功獲得抗病蟲及抗旱新種質(zhì)。此外，商品性及蒸煮品質(zhì)優(yōu)異材料鑒定規(guī)模較小，無法滿足種業(yè)發(fā)展對(duì)優(yōu)質(zhì)品種的需求。在技術(shù)層面，張婷等[28]發(fā)現(xiàn)小米商品性和蒸飯品質(zhì)極顯著正相關(guān)，但是和煮飯品質(zhì)不相關(guān)，并且認(rèn)為通過L*值、a*值、b*值對(duì)米色進(jìn)行選擇是一種直觀、便捷地判定小米商品性的方法。目前，谷子優(yōu)異種質(zhì)鑒定與創(chuàng)制主要受到表型組技術(shù)發(fā)展的制約，在規(guī)模和效率上均需要提高，此外由于已知功能基因與調(diào)控元件解析的數(shù)量過少，基因編輯技術(shù)平臺(tái)不夠完善，目前尚沒有實(shí)現(xiàn)規(guī)?；瘧?yīng)用，導(dǎo)致優(yōu)異種質(zhì)創(chuàng)制的效率偏低。

2.2 谷子新品種高效選育

谷子的遺傳改良技術(shù)經(jīng)歷了由農(nóng)家種選擇單株（代表性品種：晉谷１號(hào)、花臉１號(hào)等）到雜交后代系譜選擇（代表性品種：新農(nóng)冬2號(hào)、豫谷1號(hào)等），由利用自然變異到人工創(chuàng)造變異（組織培養(yǎng)：代表品種冀張谷6號(hào)（又稱矮88）；誘變育種：代表品種張農(nóng)10號(hào)），由常規(guī)自交品種選育到雜交種組合選育（代表性品種：張雜谷5號(hào)、龍雜谷１號(hào)等），由一年一季選擇到一年兩季南北穿梭育種等過程，雖然育種速度有所提升，但是新品種的原始創(chuàng)新性提升緩慢，主要表現(xiàn)在：1）真正在產(chǎn)量、品質(zhì)、抗逆、株型等方面有突破性的品種較少，登記品種間趨同性明顯，多數(shù)新品種實(shí)際為優(yōu)良骨干品種的派生品種；2）快速繁殖與加代技術(shù)缺乏，獲得穩(wěn)定的品系需要3—5年的時(shí)間，常規(guī)育種效率提升緩慢；3）單倍體育種技術(shù)缺乏，無法快速獲得雙單倍體育種親本，制約了雜交種組配與鑒定選擇的效率；4）基于分子標(biāo)記的輔助選擇技術(shù)體系缺乏，無法在早期開展定向遺傳背景/遺傳前景選擇，連鎖累贅剔除效率低且育種成功率不高；5）基因組選擇及預(yù)測(cè)技術(shù)缺乏，無法進(jìn)行有效的表型預(yù)測(cè)，品種選育過程依賴經(jīng)驗(yàn)和運(yùn)氣，效率提升緩慢；6）基于轉(zhuǎn)基因的育種技術(shù)缺乏，無法快速開展抗病蟲、抗除草劑等育種工作，導(dǎo)致種業(yè)市場(chǎng)化提升效率緩慢。

常規(guī)雜交育種技術(shù)仍然是谷子主流遺傳改良技術(shù)，隨著種業(yè)的持續(xù)深入發(fā)展，實(shí)現(xiàn)品質(zhì)與產(chǎn)量的協(xié)同表達(dá)對(duì)于促進(jìn)谷子種業(yè)的可持續(xù)發(fā)展至關(guān)重要。關(guān)于品質(zhì)性狀與產(chǎn)量性狀間的協(xié)調(diào)關(guān)系，李蔭梅等[29]研究認(rèn)為，谷子蛋白質(zhì)含量與籽粒產(chǎn)量呈負(fù)相關(guān)。劉三才等[30]研究發(fā)現(xiàn)小米硒含量與蛋白質(zhì)含量正相關(guān)，并且紅粒谷子硒含量明顯高于黃、青、褐等粒色的品種。邵麗華等[31]研究發(fā)現(xiàn)小米顏色差異顯著影響葉酸含量，從高到低依次為：褐色、綠色、黃色、鮮黃、淺黃和白色米粒品種。劉思辰等[32]發(fā)現(xiàn)谷子蛋白質(zhì)含量與莖長(zhǎng)、碼數(shù)存在顯著正相關(guān)，與穗粗、碼粒數(shù)、單穗重、穗粒重和千粒重存在負(fù)相關(guān)；同時(shí)發(fā)現(xiàn)淀粉含量與千粒重正相關(guān)，與碼數(shù)和蛋白質(zhì)含量存在負(fù)相關(guān)；此外還發(fā)現(xiàn)淀粉直/支比與穗粗、千粒重正相關(guān)，與碼數(shù)負(fù)相關(guān)。然而，由于谷子品質(zhì)調(diào)控關(guān)鍵遺傳因子尚不清楚，產(chǎn)量相關(guān)性狀的遺傳解析剛剛起步（表1），目前還無法形成對(duì)關(guān)鍵農(nóng)藝性狀協(xié)調(diào)表達(dá)規(guī)律的整體認(rèn)識(shí)，現(xiàn)有結(jié)果還無法直接應(yīng)用于新品種的選育過程中，分子育種知識(shí)原始創(chuàng)新的不足限制了谷子新品種選育技術(shù)的進(jìn)步以及育種效率的提高。

表1 已知谷子關(guān)鍵農(nóng)藝性狀調(diào)控基因

2.3 良種繁育及質(zhì)量控制

谷子良種繁育包括了常規(guī)自交品種以及雜交種，涉及種子高效生產(chǎn)、種子快速安全脫水、種子加工和質(zhì)量控制、種子貯藏和運(yùn)輸分發(fā)等過程。智慧等[48]建立了通過加速老化鑒定谷子種子活力的方法，研究發(fā)現(xiàn)采用41℃處理48 h，可以有效檢測(cè)種子活力的差異，并且發(fā)現(xiàn)加速老化后的種子發(fā)芽率與田間出苗率正相關(guān)，可以用來預(yù)測(cè)田間出苗率。近年來，谷子種子生產(chǎn)和質(zhì)量控制相關(guān)研究幾乎處于停滯狀態(tài)，隨著谷子精量播種技術(shù)的普及，對(duì)谷子種子質(zhì)量提出了更高的要求。提高良種繁育技術(shù)水平，從原始創(chuàng)新的角度，目前亟需開展谷子天然異交率形成與控制的生物學(xué)研究，以及相應(yīng)的物理化學(xué)調(diào)控技術(shù)研發(fā)，此外種子成熟過程中活性、水分的變化規(guī)律及其遺傳、物理調(diào)控機(jī)制都需要進(jìn)行解析，在此基礎(chǔ)上，形成谷子良種繁育系列技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和方法，提高良種繁育的效率和市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力，推動(dòng)谷子種業(yè)的深入發(fā)展。

2.4 良種推廣與市場(chǎng)監(jiān)測(cè)

品種真實(shí)性檢測(cè)是保證種業(yè)市場(chǎng)規(guī)范穩(wěn)定、加快良種推廣的主要技術(shù)手段。傳統(tǒng)的DUS（Distinctness特異性，Uniformity一致性，Stability穩(wěn)定性）測(cè)試鑒定周期長(zhǎng)、受環(huán)境影響大，從原始創(chuàng)新角度，目前亟需建立基于分子標(biāo)記手段的快速谷子品種真實(shí)性鑒定技術(shù)作為補(bǔ)充。Jia等[4]采用SSR分子標(biāo)記構(gòu)建了新中國建國以來培育的348個(gè)主要谷子品種的分子指紋數(shù)據(jù)庫，研究發(fā)現(xiàn)春谷和夏谷類型的品種在中國種業(yè)市場(chǎng)中的比例經(jīng)歷了由春谷為主到目前以夏谷為主的轉(zhuǎn)變，并且針對(duì)這一變化，整理出了可區(qū)分不同谷子品種的SSR分子標(biāo)記，為建立谷子品種真實(shí)性分子指紋技術(shù)奠定了基礎(chǔ)。然而，隨著中國種業(yè)市場(chǎng)的規(guī)范化深入發(fā)展，不僅需要建立谷子登記品種的分子指紋數(shù)據(jù)庫，同時(shí)還需要建立針對(duì)新選育品種創(chuàng)新性的指紋鑒定標(biāo)準(zhǔn)，在育種過程中避免品種趨同，并在種子營銷過程中避免套牌現(xiàn)象的發(fā)生，真正做到維護(hù)種業(yè)市場(chǎng)健康有序發(fā)展。

3 谷子種業(yè)原始創(chuàng)新問題分析

3.1 優(yōu)異突破性種質(zhì)較匱乏，骨干親本儲(chǔ)備不夠

從高效、集約、宜機(jī)收和商業(yè)化的種業(yè)發(fā)展趨勢(shì)來看，谷子新品種在現(xiàn)有基礎(chǔ)上仍然需要著力解決突破性種質(zhì)的創(chuàng)制與鑒定問題：

（1）耐密植種質(zhì)缺乏：通過密植實(shí)現(xiàn)增產(chǎn)增效是未來種業(yè)的發(fā)展方向，也是禾谷類作物近代育種的成功經(jīng)驗(yàn)。耐密植種質(zhì)需要同時(shí)兼顧株型合理及抗逆性突出的特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)谷子直立緊湊株型與抗病蟲、耐庇蔭、水肥高效的結(jié)合。直立緊湊株型通過改良葉片形態(tài)可以改善田間密植條件下的通風(fēng)透光性，提高光合效能及減少病蟲害，抗逆性的提高可實(shí)現(xiàn)密植條件下單株產(chǎn)量水平的穩(wěn)定，從而達(dá)到密植增產(chǎn)的效果[49]。目前，谷子種質(zhì)資源中雖然存在一定數(shù)量的株型緊湊、葉片直立的材料，但往往穗部較小且結(jié)實(shí)性差，對(duì)產(chǎn)量影響很大。由于缺乏相應(yīng)的突破性種質(zhì)，谷子新品種尚未實(shí)現(xiàn)直立緊湊株型的改良，可用于密植生產(chǎn)的新品種極為缺乏。

（2）矮稈抗早衰種質(zhì)單一，現(xiàn)有矮源遺傳基礎(chǔ)不明確：抗倒伏是谷子田間生產(chǎn)需要著力解決的問題，矮化育種是解決抗倒性的有效手段。目前谷子矮稈育種主要依靠矮88、噸谷等材料。利用矮88及其衍生系為親本，已經(jīng)培育出100余個(gè)新品種，但多數(shù)為中稈品種。已有的矮88降稈基因的遺傳解析表明，其株高受第1和第9染色體上的3個(gè)主效降稈基因和多個(gè)微效降稈基因所控制[50]，并且不同于水稻綠色革命的和小麥綠色革命的，具體機(jī)制尚不明確，同時(shí)，盡管發(fā)掘出了骨干親本矮88的眾多穗部性狀QTL信息[51]，深入的基因解析尚沒有開展。其他在育種中利用的矮源包括噸谷、金谷2、矮寧黃等矮稈材料遺傳基礎(chǔ)均缺乏研究，更多的谷子矮稈種質(zhì)普遍存在不同程度的早衰現(xiàn)象，很難在育種中利用。

（3）籽?？焖倜撍N質(zhì)缺乏：輕簡(jiǎn)栽培在谷子生產(chǎn)中越來越重要，田間收獲后的籽粒晾曬問題制約了谷子機(jī)械化收獲及倉儲(chǔ)的效率。谷子收獲后傳統(tǒng)晾曬過程耗時(shí)、費(fèi)力，無法實(shí)現(xiàn)收儲(chǔ)連續(xù)作業(yè)，并且谷子不及時(shí)脫水對(duì)小米品質(zhì)影響很大，已經(jīng)不再適合產(chǎn)業(yè)化組織條件下作物機(jī)械化生產(chǎn)的需要[52]。需要培育成熟后期快速脫水的谷子新品種，可以在田間達(dá)到收獲和儲(chǔ)運(yùn)的籽粒安全含水量，并且對(duì)小米品質(zhì)影響較小。目前，針對(duì)適合收儲(chǔ)連續(xù)作業(yè)的快脫水谷子新種質(zhì)創(chuàng)新處于起步階段，由于谷子育種長(zhǎng)期以綠稈成熟為目標(biāo)，對(duì)快速脫水的育種材料缺乏認(rèn)識(shí)，需要開展從頭創(chuàng)制，解決谷子“直收?！泵媾R的配套品種匱乏的問題。

（4）廣適性種質(zhì)依然缺乏：谷子是典型的光溫敏感作物，區(qū)域適應(yīng)性窄[53]，限制了種業(yè)的發(fā)展規(guī)模。提高谷子品種的廣適應(yīng)性，擴(kuò)大優(yōu)良品種的適種區(qū)域，是做大做強(qiáng)谷子種業(yè)的必然要求。目前谷子生產(chǎn)及育種中廣適性品種匱乏，無法支撐種業(yè)的深入發(fā)展和競(jìng)爭(zhēng)力的提升。創(chuàng)制廣適性新種質(zhì)是解決種業(yè)發(fā)展規(guī)模問題的有效途徑。選育的豫谷18、中谷2、冀谷168等品種表現(xiàn)出了廣適性特征，可以實(shí)現(xiàn)跨生態(tài)區(qū)種植，但是均為夏谷類型，遺傳背景較為單一，需要繼續(xù)拓寬廣適性谷子品種類型，推進(jìn)谷子種業(yè)快速高效發(fā)展。

3.2 育種技術(shù)水平相對(duì)滯后，無法支撐種業(yè)深入發(fā)展

自20世紀(jì)80年代以來，中國谷子的誘變育種、雜種優(yōu)勢(shì)利用先后取得了突破性進(jìn)展，選育出了張農(nóng)10號(hào)、晉谷21等代表性品種，之后組織培養(yǎng)、遠(yuǎn)緣雜交、分子標(biāo)記輔助育種等也取得了較好進(jìn)展，使中國谷子育種形成了雜交系選育種為主，其他育種手段為輔的多元技術(shù)育種格局。目前，谷子新品種選育仍然以雜交后代系選為主，產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)中的新品種絕大部分為自交品種，雜交種品種所占比例較低（圖1）。從育種技術(shù)的整體應(yīng)用角度而言，谷子分子育種技術(shù)手段尚未得以應(yīng)用，分子標(biāo)記選擇及聚合育種的技術(shù)體系剛剛起步，轉(zhuǎn)基因及基因編輯技術(shù)尚在建立完善階段，單倍體育種技術(shù)雖然初步構(gòu)建了誘導(dǎo)系，但距離實(shí)際應(yīng)用還有距離[54]，導(dǎo)致中國谷子育種技術(shù)發(fā)展相對(duì)滯后，定向遺傳改良技術(shù)儲(chǔ)備及應(yīng)用嚴(yán)重不足，制約了谷子種業(yè)發(fā)展效率和水平的進(jìn)一步提高。

3.3 品質(zhì)與產(chǎn)量協(xié)調(diào)性不夠，品種市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力有待提高

品質(zhì)和產(chǎn)量的協(xié)調(diào)提升問題仍然制約了谷子種業(yè)的深入發(fā)展，感官加工品質(zhì)和蒸煮食味品質(zhì)的定向改良尚未實(shí)質(zhì)性開展，導(dǎo)致大部分谷子新品種的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力偏弱，米質(zhì)的提高已經(jīng)成為了種業(yè)規(guī)模化發(fā)展的首要限制因素。由于目前開展米質(zhì)定向改良的技術(shù)手段尚不完備，導(dǎo)致相關(guān)新品種選育進(jìn)展緩慢，無法滿足種業(yè)快速發(fā)展的需求。

3.4 谷子雜種優(yōu)勢(shì)利用技術(shù)單一，雜交種純度和制種效率亟待改進(jìn)

谷子雜交種雖然已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用，但目前雜交種制種利用的是高度雄性不育兩系法[11]，質(zhì)核互作三系法和光溫敏感兩系法在谷子中尚未成功應(yīng)用。高不育兩系法最大的問題是雜交種純度低，必須依靠恢復(fù)系的抗除草劑基因進(jìn)行種子處理或苗期處理剔除假雜種；同時(shí)雜交種制種效率低，影響了種業(yè)發(fā)展。此外，由于谷子雜交制種依賴高度雄性不育基因，不育系本身通過自交進(jìn)行保持，通過恢復(fù)系與不育系雜交進(jìn)行制種。為了平衡不育系繁種效率及雜交種的制種需求，商業(yè)化的雜交種真雜種率普遍較低，商業(yè)化種子的價(jià)值受到一定程度影響。同時(shí)由于不育系遺傳背景有限，且缺少配合力等遺傳分析，尚未建立雜種優(yōu)勢(shì)群，依據(jù)經(jīng)驗(yàn)的優(yōu)勢(shì)雜交組合組配效率較低，制約了雜交種選育的效率和水平。

3.5 谷子良種擴(kuò)繁標(biāo)準(zhǔn)缺乏，種子質(zhì)量缺乏保證

目前，谷子種子市場(chǎng)的國家標(biāo)準(zhǔn)主要參照2008年修訂的農(nóng)作物種子質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)（標(biāo)準(zhǔn)號(hào)：GB4404.1- 2008），該標(biāo)準(zhǔn)為多年前制定，已經(jīng)不適合目前的谷子生產(chǎn)。谷子種業(yè)目前處于無國家標(biāo)準(zhǔn)、無行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的狀態(tài)運(yùn)行。部分種子公司通過制定自己的標(biāo)準(zhǔn)來滿足市場(chǎng)監(jiān)管，極易造成谷子種子市場(chǎng)的混亂。由于谷子雜交種為高不育兩系法雜交種，其種子實(shí)際為真雜交種種子和不育系自交種子的混合體，制定統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)加強(qiáng)監(jiān)管極為必要。

谷子的高質(zhì)量種子生產(chǎn)技術(shù)以及良種繁育技術(shù)體系不夠完善，主要體現(xiàn)在高活力種子生產(chǎn)技術(shù)、種子快速安全脫水及質(zhì)量控制技術(shù)缺乏，尚未形成常規(guī)品種及雜交種制種行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)規(guī)范。由于谷子種子質(zhì)量尚未形成規(guī)范高效的統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，在一定程度上制約了谷子種業(yè)市場(chǎng)的深入健康發(fā)展，也為種子質(zhì)量的深入監(jiān)管增加了難度。

3.6 品種趨同及侵權(quán)問題較嚴(yán)重，種業(yè)市場(chǎng)監(jiān)管不夠

谷子育種材料、優(yōu)異種質(zhì)及新品種知識(shí)產(chǎn)權(quán)的保護(hù)力度不夠，尚未建立起市場(chǎng)認(rèn)可的多元化的品種鑒定試驗(yàn)及DUS測(cè)試體系，品種登記后的評(píng)價(jià)機(jī)制缺乏，沒有形成谷子DNA指紋及分子身份證標(biāo)準(zhǔn)，直接導(dǎo)致種業(yè)市場(chǎng)監(jiān)管難度大，品種趨同現(xiàn)象及套牌侵權(quán)問題嚴(yán)重，極大影響了育種者的積極性和種子企業(yè)的利益，嚴(yán)重影響了谷子種業(yè)的健康發(fā)展。

4 谷子種業(yè)原始創(chuàng)新的發(fā)展方向

中國谷子種業(yè)深入發(fā)展高度依賴原始創(chuàng)新，新品種選育效率的提升以及制種與鑒定水平的提升可以有效推動(dòng)谷子種業(yè)的快速發(fā)展（圖2），未來種業(yè)原始創(chuàng)新的發(fā)展方向主要包括如下幾個(gè)方面：

4.1 谷子新品種規(guī)?；咝нx育與評(píng)價(jià)鑒選技術(shù)

作物表型的高通量精準(zhǔn)鑒定與基因組的修飾技術(shù)代表了未來農(nóng)作物遺傳改良的方向。美國國家科學(xué)基金會(huì)于2016年將表型組學(xué)列為6大科研前沿之一[55]。作物表型一般指能夠反映細(xì)胞、組織、器官、植株和群體結(jié)構(gòu)及功能特征的物理、生理和生化性狀，體現(xiàn)了作物基因圖譜的時(shí)序三維表達(dá)及其地域分布特征和代際演進(jìn)規(guī)律。作物表型組學(xué)研究代表了作物科學(xué)發(fā)展的前沿方向，對(duì)開發(fā)作物種質(zhì)資源、培育突破性作物品種保障國家糧食安全具有重要意義[56]。

圖2 中國谷子種業(yè)原始創(chuàng)新發(fā)展技術(shù)路線

基因組編輯技術(shù)近年來發(fā)展迅速，Gao[57]認(rèn)為基因組編輯技術(shù)通過實(shí)現(xiàn)基因組定點(diǎn)區(qū)段變異、基因組定點(diǎn)單堿基替換、基因組定點(diǎn)插入、基因組定點(diǎn)刪除以及基因組定點(diǎn)重組，目前已經(jīng)形成了加速作物遺傳改良的8個(gè)主要技術(shù)途徑：1）通過直接定點(diǎn)編輯功能基因（或同源基因）以及引入DNA雙鏈斷裂實(shí)現(xiàn)功能性改變和定點(diǎn)重組；2）采用多靶點(diǎn)方式實(shí)現(xiàn)多倍體同源等位基因編輯或多基因家族編輯；3）編輯數(shù)量性狀位點(diǎn)獲得性狀梯度變異新材料；4）實(shí)現(xiàn)野生植物的從頭馴化，創(chuàng)制新的作物類型；5）通過多基因編輯實(shí)現(xiàn)作物雜種優(yōu)勢(shì)的固定，改變雜交種的制種方式；6）通過構(gòu)建先導(dǎo)RNA文庫對(duì)目標(biāo)基因進(jìn)行飽和突變，結(jié)合高通量篩選策略實(shí)現(xiàn)基因快速進(jìn)化；7）通過將特定序列元件定點(diǎn)整合至作物基因組中，采用合成生物學(xué)策略加速作物馴化；8）通過原位編輯作物微生物菌群實(shí)現(xiàn)作物生長(zhǎng)力及抗病性改良。谷子的高效遺傳轉(zhuǎn)化技術(shù)已經(jīng)突破[26]，可以預(yù)見，未來基因組編輯技術(shù)結(jié)合高通量表型組學(xué)技術(shù)、快速加代育種技術(shù)以及全基因組選擇技術(shù)，一定可以成為加速谷子新品種改良的有效技術(shù)手段，推動(dòng)種業(yè)的快速發(fā)展。

單倍體育種技術(shù)是近年來逐漸發(fā)展成熟的快速育種技術(shù)，通過采用花粉培養(yǎng)、誘導(dǎo)孤雌生殖及孤雄生殖等方式，經(jīng)過染色體加倍快速得到純合穩(wěn)定的二倍性育種材料，大大縮短育種周期。已有研究表明，單倍體誘導(dǎo)基因在禾谷類作物間具有高度保守性[58]，而且在谷子中敲除類似基因同樣可以實(shí)現(xiàn)單倍體誘導(dǎo)[54]，證實(shí)了在谷子中開展單倍體育種的可行性，相信隨著單倍體誘導(dǎo)效率以及加倍效率的提高，可以大幅度提高谷子育種效率。

全基因組選擇技術(shù)是后基因組時(shí)代迅速發(fā)展起來的通過基因型開展表型預(yù)測(cè)的選擇技術(shù)[59]，通過基因芯片等技術(shù)開展待篩選材料的基因型鑒定，可以對(duì)目標(biāo)性狀表現(xiàn)進(jìn)行早期預(yù)測(cè)并開展材料篩選，通過大幅度減少田間種植鑒定規(guī)模，提高育種選擇效率。將全基因組選擇技術(shù)與單倍體育種技術(shù)相結(jié)合，可以構(gòu)建出工程化育種體系，在快速高通量獲得純合育種材料的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)早期性狀預(yù)測(cè)，為雜交種選育效率提升提供技術(shù)支撐。

優(yōu)異等位基因的整合與選擇技術(shù)是育種工作的核心。張林林等[47]在谷子中鑒定到抽穗期基因，發(fā)現(xiàn)該基因存在優(yōu)勢(shì)單倍型，并且早熟單倍型品種與晚熟單倍型品種在不同緯度條件下平均早抽穗10 d，可以在育種工作中進(jìn)行選擇應(yīng)用。這一研究結(jié)果表明谷子關(guān)鍵農(nóng)藝性狀不僅存在優(yōu)勢(shì)單倍型，而且在更多關(guān)鍵功能基因中開展優(yōu)異單倍型的鑒定研究，可以在育種應(yīng)用的同時(shí)提高品種選育效率。Wei等[60]在水稻中實(shí)現(xiàn)了數(shù)量性狀核酸位點(diǎn)數(shù)據(jù)庫的構(gòu)建，并系統(tǒng)解析了不同單倍型的表型效應(yīng)，在分子預(yù)測(cè)的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)了水稻目標(biāo)性狀的快速定向改良。這些研究結(jié)果表明，深入開展關(guān)鍵功能基因的單倍型效應(yīng)解析以及整合技術(shù)研究，可以在剔除連鎖累贅的基礎(chǔ)上，有效提升作物品種改良的效率和水平，實(shí)現(xiàn)真正意義上的分子選擇育種，加快現(xiàn)有育種進(jìn)程。

規(guī)模化多點(diǎn)聯(lián)合鑒定技術(shù)體系對(duì)新品種綜合鑒評(píng)至關(guān)重要[61]。截至2016年，中國通過國家和省級(jí)審定和鑒定的谷子品種累計(jì)達(dá)到870多個(gè)，為了深入推動(dòng)谷子新品種選育進(jìn)程，從2001年起，全國農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣服務(wù)中心組織了國家谷子聯(lián)合區(qū)域試驗(yàn)，該試驗(yàn)科學(xué)穩(wěn)定地執(zhí)行了15年，到2016年，隨著新種子法的實(shí)施停止執(zhí)行[62]。從谷子種業(yè)發(fā)展的長(zhǎng)遠(yuǎn)需求來看，中國仍然需要建立谷子新品種多生態(tài)區(qū)聯(lián)合鑒定體系，促進(jìn)品種適應(yīng)性評(píng)價(jià)。通過創(chuàng)新谷子新品種多生態(tài)區(qū)、多試驗(yàn)點(diǎn)聯(lián)合鑒定組織模式，實(shí)現(xiàn)谷子種業(yè)可持續(xù)深入發(fā)展。

4.2 谷子種子高效繁育與質(zhì)量監(jiān)管技術(shù)

良種擴(kuò)繁與機(jī)械化收儲(chǔ)技術(shù)的優(yōu)化主要依賴于種子發(fā)育及其水分生理調(diào)控規(guī)律研究。Jia等[4]通過分析中國谷子主要育成品種的基因組特征，發(fā)現(xiàn)谷子的天然異交率為3%—5%，Shi等[63]研究了谷子花粉飄散規(guī)律及混雜風(fēng)險(xiǎn)，發(fā)現(xiàn)在20 m距離仍然可以檢測(cè)到0.002%的混雜。Yano等[64]對(duì)小米黃色素積累與收獲時(shí)期間的關(guān)系進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)谷子抽穗后積溫達(dá)到850℃時(shí)為最佳收獲期，此時(shí)黃色素含量最高，商品性最好，過度成熟反而會(huì)導(dǎo)致小米黃色素含量的下降。截至目前，關(guān)于種子活力與收獲期的關(guān)系，種子水分積累規(guī)律與影響因素等都缺少研究，雜交種制種關(guān)鍵環(huán)節(jié)的基本生物學(xué)問題尚未解析清楚，嚴(yán)重制約了良種繁育的效率和種子質(zhì)量的提升，對(duì)種業(yè)發(fā)展的影響極大。今后圍繞良種擴(kuò)繁和機(jī)械化收儲(chǔ)需求開展種子發(fā)育及其遺傳生理調(diào)控研究，可以有效解決這一問題。

為了規(guī)范種業(yè)市場(chǎng)，避免品種雷同和套牌經(jīng)營，最為有效快捷的途徑就是建立品種的分子指紋數(shù)據(jù)庫，并形成相應(yīng)的國家標(biāo)準(zhǔn)，在品種登記、品種權(quán)申請(qǐng)等環(huán)節(jié)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，對(duì)市場(chǎng)流通銷售的種子進(jìn)行檢查，杜絕侵權(quán)套牌現(xiàn)象的發(fā)生。目前，中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物科學(xué)研究所于2016年獲得發(fā)明專利“一組區(qū)分谷子品種的SSR標(biāo)記及其應(yīng)用”（專利號(hào)：ZL 2015 1 0028660.5），已經(jīng)具備了構(gòu)建谷子分子指紋數(shù)據(jù)庫的基礎(chǔ)，相信不久的將來可以形成一套完整規(guī)范的谷子品種分子指紋鑒定技術(shù)，服務(wù)于谷子種業(yè)發(fā)展。

分子指紋除了可以輔助判定品種雷同性，還可以用于開展雜種優(yōu)勢(shì)群的劃分以及雜交組合優(yōu)勢(shì)的判定，提高谷子雜交種選育及優(yōu)勢(shì)組合選配的效率和水平。目前，基于分子指紋技術(shù)劃分谷子雜種優(yōu)勢(shì)群的研究相對(duì)較少，還無法指導(dǎo)雜交種的快速選育，今后應(yīng)加強(qiáng)相關(guān)研究，為提高谷子雜種優(yōu)勢(shì)利用水平和種業(yè)發(fā)展質(zhì)量提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

4.3 谷子種業(yè)產(chǎn)學(xué)研推體系一體化設(shè)計(jì)與高效整合

谷子是中國傳統(tǒng)特色雜糧作物，在滿足民眾由“吃得飽”逐漸向“吃得好”膳食需求轉(zhuǎn)變的過程中發(fā)揮著不可替代的重要作用。商品化谷子生產(chǎn)對(duì)新品種的特征特性提出了新的要求，商品感官與食味營養(yǎng)品質(zhì)是決定未來谷子種業(yè)市場(chǎng)發(fā)展的關(guān)鍵，抗除草劑品種及雜交種的推廣應(yīng)用是未來谷子種業(yè)發(fā)展的主要方向。未來應(yīng)當(dāng)優(yōu)化頂層設(shè)計(jì)，依托涉農(nóng)高校和科研院所，構(gòu)建覆蓋遺傳育種、種子科學(xué)、分子生物學(xué)、大數(shù)據(jù)與自動(dòng)化技術(shù)及市場(chǎng)營銷管理等交叉學(xué)科的種業(yè)科學(xué)專業(yè)，積極開展專業(yè)人才培養(yǎng)及核心技術(shù)研發(fā)，同時(shí)依托種業(yè)企業(yè)科技力量，建設(shè)公益性種業(yè)科技與企業(yè)種業(yè)科技優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)、相互配合的種業(yè)科技研發(fā)力量，在育繁推銷一體化技術(shù)鏈條各個(gè)環(huán)節(jié)培養(yǎng)適應(yīng)新時(shí)代要求的種業(yè)科技人才，積極開展谷子種業(yè)核心原創(chuàng)技術(shù)的研發(fā)，形成具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的谷子新品種規(guī)?；u(píng)價(jià)鑒選技術(shù)體系和谷子種子高效生產(chǎn)儲(chǔ)藏與監(jiān)管技術(shù)體系，突破卡脖子技術(shù)瓶頸，實(shí)現(xiàn)谷子種業(yè)健康高效可持續(xù)發(fā)展。

已有研究表明，谷子種業(yè)依托原始創(chuàng)新實(shí)現(xiàn)了種業(yè)發(fā)展“0到1”的突破，可以預(yù)見，不久的將來，通過繼續(xù)深入開展原始創(chuàng)新研究，在關(guān)鍵技術(shù)環(huán)節(jié)實(shí)現(xiàn)更多的技術(shù)突破，必將能夠推動(dòng)谷子種業(yè)繼續(xù)做大做強(qiáng)，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)水平和能力的快速提升，為保證中國人民的膳食健康做出積極的貢獻(xiàn)。

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Current status and perspectives of innovation studies related to foxtail millet seed industry in China

JIA GuanQing, DIAO XianMin

Institute of Crop Sciences, Chinese Academy of Agricultural Sciences, Beijing 100081

Seed industry was the ‘chip’ of agricultural development, and original innovation have played essential roles in maintaining stable development of modern agriculture. The No. 1 central document of China released in 2021 has put forward requirements of original innovation researches essential for supporting further developments of Chinese crop seed industry. Foxtail millet is a traditional crop species cultivated for both forage and grain food consumption in China, and to date, foxtail millet was still widely planted as minor cereals in China with the largest scale of field production and commercial consumption across the globe. Foxtail millet was originated from China and cultivated for thousands of years to ensure development of Chinese agricultural culture and field crop production. Original innovation in foxtail millet has promoted initial development of foxtail millet seed industry based on operation of herbicide-resistant varieties in recent decades, including breakthroughs in areas of heterosis utilization, herbicide resistant breeding, dwarfing variety creation and genomics study of this important crop species. Achievements of fundamental researches including germplasm characterization, development of breeding tools, coordination and regulation of vital traits, seeds propagation and truth identification of commercial varieties have provided more opportunities for further development of the seed industry of foxtail millet. However, challenges of seed industry development still exist in China, including deficiency of excellent germplasms, backward breeding approaches, inharmonious of yield and quality characters, unclear criterion of seed propagation and market supervision problems. Future direction of original innovation studies related to foxtail millet seed industry were as follows: 1) large scale breeding systems constructed from utilizations of crop phenomics and genomic modification technologies, double haploid breeding and genome selection tools, identification and pyramiding of superior haplotypes; 2) seeds production, store and quality supervision systems constructed from techniques of development and water content of commercial seeds, and establishment of molecular fingerprints and efficient utilization of heterosis in foxtail millet; 3) Construction of innovation system through integrating education, research and promotion sectors of seed industry and stimulate personnel training in China.

foxtail millet; seed industry; original innovation; development status; future perspectives

10.3864/j.issn.0578-1752.2022.04.003

2021-09-06；

2021-11-29

國家自然科學(xué)基金（31871630）、財(cái)政部和農(nóng)業(yè)農(nóng)村部：國家現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系（CARS-06-14.5-A04）、中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院創(chuàng)新工程

賈冠清，E-mail：jiaguanqing@caas.cn。通信作者刁現(xiàn)民，E-mail：diaoxianmin@caas.cn

（責(zé)任編輯 李莉）