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一粒種子，一季收獲。最近，北京市農(nóng)林科學(xué)院玉米研究中心研究員趙久然先是去了海南的南繁基地，又馬不停蹄地往山東跑了一趟。

“南繁育種收獲后，接著要在北方播種，有些試驗(yàn)種子還要分發(fā)到全國(guó)很多試驗(yàn)點(diǎn)進(jìn)行種植測(cè)試。”趙久然告訴記者，“品種育成后，只是完成了一半的工作；產(chǎn)業(yè)化和大范圍應(yīng)用，還是要交給企業(yè)。最近，一些種子企業(yè)正在跟我們搞產(chǎn)學(xué)研合作。”

種子是農(nóng)業(yè)的“芯片”，關(guān)系著中國(guó)人的糧食安全，對(duì)于農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化更是發(fā)揮著基礎(chǔ)性作用。

一個(gè)新品種是怎么培育出來(lái)的？近年來(lái)我國(guó)種業(yè)科技攻關(guān)的進(jìn)展如何？怎樣讓種業(yè)擁有更多“中國(guó)芯”？

優(yōu)良種子可以貢獻(xiàn)糧食增產(chǎn)量的45%—50%，但新品種培育周期長(zhǎng)、難度大、失敗率高

品種是指經(jīng)過(guò)人工選擇和培育，具有一定經(jīng)濟(jì)價(jià)值和共同遺傳特點(diǎn)的一群生物體。穩(wěn)定性、一致性和特異性，是某一作物群體成為品種的基本要求。

“生物最重要的兩個(gè)特征，一個(gè)是遺傳，另一個(gè)是變異。變異既有自然變異，也有人為創(chuàng)造產(chǎn)生的變異。”趙久然介紹，“人類(lèi)進(jìn)入農(nóng)業(yè)社會(huì)之后，就有了馴化——把野生植物變成人工種植或栽培的，這是擇優(yōu)留種。真正的現(xiàn)代育種是在孟德?tīng)柊l(fā)現(xiàn)遺傳規(guī)律之后產(chǎn)生的，距今只有100多年。”

作物常規(guī)育種一般包括幾個(gè)基本步驟：遺傳變異的發(fā)現(xiàn)和創(chuàng)新，遺傳變異的選擇和固定，品種（組合、群體）的決選和審定，新品種繁殖和推廣。

“育種是在現(xiàn)有種子的基礎(chǔ)上進(jìn)行改良，讓它們變得更好，如產(chǎn)量更高、品質(zhì)更優(yōu)、抗蟲(chóng)耐旱等。”中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物科學(xué)研究所副所長(zhǎng)、國(guó)家小麥產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系首席科學(xué)家劉錄祥說(shuō)，“如何讓產(chǎn)量更高？要去發(fā)現(xiàn)一些對(duì)產(chǎn)量有貢獻(xiàn)的優(yōu)良基因，漸進(jìn)地進(jìn)行一些重組和優(yōu)化。”

育種說(shuō)起來(lái)不難理解，但實(shí)際做起來(lái)周期長(zhǎng)、難度大、失敗率高。趙久然認(rèn)為，把種子比作農(nóng)業(yè)的“芯片”十分形象。芯片中有大量的晶體管，種子里也有數(shù)以萬(wàn)計(jì)的基因。作物性狀首先是由基因來(lái)決定的，環(huán)境對(duì)基因的表達(dá)也有影響。“這些影響因素非常多，而且選育優(yōu)良性狀時(shí)，基因之間也有相互作用和影響，往往會(huì)出現(xiàn)顧此失彼的情況，所以培育出優(yōu)秀品種難度非常大。”

劉錄祥介紹，現(xiàn)代育種首先要把優(yōu)良的基因發(fā)掘、鑒定出來(lái)，再把帶有這些基因的材料梳理出來(lái)。這些材料進(jìn)一步地雜交、分離、重組、篩選，最后把對(duì)育種目標(biāo)有用的基因重新“組裝”起來(lái)，同時(shí)把不利的基因淘汰掉。

育種對(duì)促進(jìn)作物生產(chǎn)的作用顯著，主要表現(xiàn)在提高產(chǎn)量、增強(qiáng)抗性、改善品質(zhì)、提高生產(chǎn)效率等方面。劉錄祥解釋，育種技術(shù)的革新發(fā)展，是農(nóng)作物增產(chǎn)最重要的基礎(chǔ)之一，優(yōu)良種子可以貢獻(xiàn)糧食增產(chǎn)量的45%—50%。

此外，育種還能增強(qiáng)抗性，比如抗干旱、抗寒或耐高溫，減輕病蟲(chóng)害等，在增強(qiáng)作物對(duì)不良土壤、水利條件的適應(yīng)性，以及減少化肥和農(nóng)藥的使用等方面有巨大潛力。例如，超早熟大豆品種的育成，使我國(guó)黑龍江一些高緯度地區(qū)大豆生產(chǎn)邁上了新臺(tái)階；耐旱作物和耐旱品種的選育，則為半干旱地區(qū)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的穩(wěn)步增長(zhǎng)作出了貢獻(xiàn)。

20世紀(jì)以來(lái)，全球種業(yè)科技先后經(jīng)歷矮稈化、雜交化、生物技術(shù)3次主要的技術(shù)革命。當(dāng)前，以“生物技術(shù)+信息技術(shù)”為特征的第四次種業(yè)科技革命正在孕育，推動(dòng)種業(yè)研發(fā)、生產(chǎn)、經(jīng)營(yíng)和管理發(fā)生著深刻變革。

“特別是分子標(biāo)記、基因編輯等技術(shù)，近年來(lái)得到了迅速發(fā)展。常規(guī)的雜交育種、誘變育種等，也在信息技術(shù)、航天科技等新手段的推動(dòng)下，不斷向前邁進(jìn)。”劉錄祥告訴記者。

種業(yè)科技水平穩(wěn)步提升，但仍面臨不少“卡脖子”難題

我國(guó)作為世界第二大種子需求國(guó)，種業(yè)市場(chǎng)規(guī)模超千億元。經(jīng)過(guò)多年持續(xù)攻關(guān)，我國(guó)種業(yè)科技水平穩(wěn)步提升。水稻、玉米、小麥等三大主糧高效育種技術(shù)體系逐漸完善，主要農(nóng)作物自主選育品種達(dá)到95％以上，基本實(shí)現(xiàn)主要糧食作物良種全覆蓋。

科技部農(nóng)村科技司副司長(zhǎng)、一級(jí)巡視員蔣丹平介紹，在國(guó)家科技計(jì)劃等支持下，我國(guó)種業(yè)創(chuàng)新取得一系列重要進(jìn)展。

以2021年為例，基礎(chǔ)創(chuàng)新研究方面，提出了異源四倍體野生稻快速?gòu)念^馴化的新策略，揭示了玉米基因組中摩擦禾來(lái)源的大片段缺失變異的進(jìn)化動(dòng)態(tài)及功能影響；關(guān)鍵核心技術(shù)開(kāi)發(fā)方面，開(kāi)發(fā)出新型基因編輯工具，打破了國(guó)外壟斷。

在新品種創(chuàng)制與應(yīng)用方面，突破了小麥—冰草雜交國(guó)際難題，創(chuàng)制出增產(chǎn)10%以上的高產(chǎn)、抗病、抗逆等小麥—冰草新種質(zhì)392份；第三代雜交水稻實(shí)現(xiàn)雙季稻周年畝產(chǎn)1603.9公斤；首次成功選育出高抗赤霉病、抗白粉病的“雙抗”高產(chǎn)小麥新品種——揚(yáng)麥33號(hào)，有望成為我國(guó)新一代主導(dǎo)品種；小麥品種百農(nóng)207、濟(jì)麥22，玉米品種京科968、裕豐303、中科玉505等新品種的年應(yīng)用面積超過(guò)1000萬(wàn)畝，為保障糧食安全發(fā)揮了重要作用。

看到成績(jī)的同時(shí)，也要正視我國(guó)在種業(yè)科技方面還面臨不少“卡脖子”的難題。劉錄祥舉例，我國(guó)一些作物如玉米、大豆等種子基本自給，但受育種及栽培等因素影響，單產(chǎn)還有很大的提升潛力；少數(shù)蔬菜品種還不能很好滿足市場(chǎng)的多樣化需求，一些適宜設(shè)施栽培、加工專用的蔬菜品種仍需進(jìn)口。

導(dǎo)致種業(yè)科技短板的原因有多個(gè)方面。劉錄祥進(jìn)一步分析說(shuō)：“比如，我們沒(méi)有掌握支撐某些品種的重大基因，也缺少挖掘這些重大基因的工具和方法，這方面的差距主要源于基礎(chǔ)研究。”

趙久然認(rèn)為，育種是一個(gè)長(zhǎng)期持續(xù)的創(chuàng)新過(guò)程，農(nóng)作物育種平均周期都在5—10年。“科技項(xiàng)目一般周期是3—5年，有些項(xiàng)目期內(nèi)創(chuàng)制出來(lái)的品種都是前期積累起來(lái)的，存在‘期限錯(cuò)配’，對(duì)科研人員長(zhǎng)期穩(wěn)定的支持不夠。”

同時(shí)，種業(yè)是一個(gè)系統(tǒng)工程，涉及種質(zhì)資源收集和評(píng)價(jià)，新品種選育、中試、推廣，需要產(chǎn)學(xué)研密切協(xié)作。目前我國(guó)八成左右的種業(yè)科技資源和人才在科研單位，產(chǎn)學(xué)研深度融合、育繁推一體的商業(yè)化育種體系尚未健全。種業(yè)企業(yè)數(shù)量眾多，但規(guī)模和競(jìng)爭(zhēng)力不夠，真正具備研發(fā)能力的種業(yè)企業(yè)少之又少。

知識(shí)產(chǎn)權(quán)問(wèn)題也不容忽視。自1999年實(shí)行植物新品種保護(hù)制度以來(lái)，我國(guó)農(nóng)業(yè)植物新品種權(quán)申請(qǐng)總量已經(jīng)突破5萬(wàn)件，目前已授權(quán)近2萬(wàn)件。然而，“短平快”的模仿式育種具有普遍性，種子市場(chǎng)假冒偽劣、套牌侵權(quán)等違法犯罪行為也時(shí)有發(fā)生。

劉錄祥認(rèn)為，侵權(quán)行為導(dǎo)致品種同質(zhì)化，嚴(yán)重挫傷了創(chuàng)新主體的積極性，影響了科研投入，非常不利于激發(fā)育種原始創(chuàng)新活力。“隨著新修訂的種子法實(shí)施，將實(shí)行實(shí)質(zhì)性派生品種制度，全方位擴(kuò)大植物新品種權(quán)保護(hù)范圍，大幅度提高侵權(quán)損害賠償標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)一步健全激勵(lì)種業(yè)原始創(chuàng)新的法律制度，對(duì)推進(jìn)種業(yè)振興具有標(biāo)志性意義。”

無(wú)論是解決育種難題還是實(shí)現(xiàn)追趕超越，都需要有更大力度、更遠(yuǎn)謀劃的創(chuàng)新作為

“無(wú)論是解決育種難題還是實(shí)現(xiàn)追趕超越，都需要有更大力度、更遠(yuǎn)謀劃的創(chuàng)新作為。”蔣丹平表示，科技部將從“支撐、引領(lǐng)、走出新路”三個(gè)方面發(fā)力，深入推進(jìn)種業(yè)科技攻關(guān)，加快實(shí)現(xiàn)種業(yè)科技自立自強(qiáng)。

支撐方面，圍繞產(chǎn)業(yè)鏈部署創(chuàng)新鏈，將系統(tǒng)部署一批國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)項(xiàng)目，建設(shè)種業(yè)領(lǐng)域國(guó)家重大創(chuàng)新平臺(tái)，推進(jìn)種業(yè)國(guó)家技術(shù)創(chuàng)新中心建設(shè)布局等。引領(lǐng)方面，圍繞創(chuàng)新鏈布局產(chǎn)業(yè)鏈，加快啟動(dòng)農(nóng)業(yè)生物育種重大項(xiàng)目，驅(qū)動(dòng)基因編輯、全基因組選擇、合成生物學(xué)、生物大數(shù)據(jù)和人工智能等跨學(xué)科技術(shù)深度交叉融合與系統(tǒng)集成；鼓勵(lì)和支持企業(yè)積極參與國(guó)家種業(yè)領(lǐng)域科技計(jì)劃，擇優(yōu)支持中小企業(yè)科技創(chuàng)新。

走出新路方面，針對(duì)重大、緊迫、長(zhǎng)期瓶頸制約的任務(wù)，實(shí)行“揭榜掛帥”機(jī)制；針對(duì)區(qū)域特色種質(zhì)資源挖掘與創(chuàng)新利用等任務(wù)，采取“部省聯(lián)動(dòng)”機(jī)制，強(qiáng)化資源、管理、政策聯(lián)動(dòng)，推動(dòng)成果落實(shí)落地；針對(duì)聚焦關(guān)鍵核心技術(shù)可取得原創(chuàng)性研究成果的任務(wù)，采取青年科學(xué)家領(lǐng)銜機(jī)制，鼓勵(lì)自由探索，推動(dòng)青年科技人才脫穎而出。針對(duì)大家畜、林木等育種周期長(zhǎng)的特點(diǎn)，探索實(shí)行長(zhǎng)周期支持機(jī)制等。

“在2021年發(fā)布的國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃中，有19個(gè)項(xiàng)目采用‘揭榜掛帥’形式組織，只要有能力解決種業(yè)創(chuàng)新的問(wèn)題，英雄不問(wèn)出身，鼓勵(lì)參與競(jìng)爭(zhēng)。”蔣丹平舉例說(shuō)，“我們的青年科學(xué)家機(jī)制，改變了以往大項(xiàng)目、大團(tuán)隊(duì)的申請(qǐng)方式，只要你在單點(diǎn)上有突破，能夠?qū)崿F(xiàn)原始創(chuàng)新，同樣可以申請(qǐng)。在青年科研人員思想活躍、年富力強(qiáng)的時(shí)候，從國(guó)家科技計(jì)劃層面給予支持，為他們承接更大的課題打下基礎(chǔ)。”

針對(duì)育種科研周期長(zhǎng)的特點(diǎn)，今年科技部將遴選一批項(xiàng)目，采取長(zhǎng)周期的支持方式。“納入支持機(jī)制以后，我們采取3年評(píng)估、5年滾動(dòng)的模式，鼓勵(lì)科研人員潛心探索。”蔣丹平說(shuō)。

2021年11月，趙久然主持的“高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)、多抗廣適玉米品種京科968的培育與應(yīng)用”項(xiàng)目，獲2020年度國(guó)家科學(xué)技術(shù)進(jìn)步獎(jiǎng)二等獎(jiǎng)。從2001年開(kāi)始種質(zhì)資源鑒選，到2011年品種通過(guò)國(guó)家審定后進(jìn)行產(chǎn)業(yè)化和大面積示范推廣，再到2021年獲獎(jiǎng)，趙久然的科研生涯是以10年為單位計(jì)算的。他的經(jīng)歷印證了育種不僅需要知識(shí)和智慧，更需要恒心和勇氣。