種質創新帶動蔬菜種苗產業升級

國家蔬菜工程技術研究中心 許勇

未來農業的競爭已經變成了種業的競爭，種業已成為衡量一個國家農業科技水平高低的標志。蔬菜種業是世界種子市場重要的組成部分。據統計，2008年世界蔬菜種子的市場價值達38億美元。

長期以來，我國蔬菜品種的商業化開發與資源基礎性研究的頭重腳輕態勢，已經開始暴露出主要商業品種的遺傳相似性愈來愈高，優良育種材料愈益難求的問題，從現實與長遠看，我國在種質創新能力上欠缺已成為蔬菜良種產業化持續發展的障礙。

近年來，農業資源短缺以及設施蔬菜中的生物或非生物逆境壓力加大等問題變得尤為突出，而相對應的種質缺乏的矛盾日漸凸顯，對蔬菜種質創新的研究提出新的挑戰。另外，跨國公司如孟山都、先正達、利馬格蘭、海澤拉、瑞克斯旺、安莎等公司控制了我國高端蔬菜種子50%以上的市場份額，國內高端品種面臨全線失守的困境。基于目前形勢，我國種子產業應盡快建立起以科研院所和高等院校為主體的新技術與新方法創新體系以及以企業為產業創新主體的新品種創制與良種產業化的現代種業科技創新體系，通過種業技術創新戰略聯盟以及知識和資本重組等各種途徑，加快兩者相互融合相互促進，推動我國種業的跨越式發展。在現有條件下，構筑以分子育種技術為核心的新型高效蔬菜種質創新技術體系，通過種質創新帶動蔬菜種苗產業升級已成為當務之急。

蔬菜種苗產業的發展格局

未來農業的競爭已經變成了種業的競爭，種業已成為衡量一個國家農業科技水平高低的標志。蔬菜種業是世界種子市場重要的組成部分。據統計，2008年世界蔬菜種子的市場價值達38億美元。發達國家種子公司或他們的國際聯合體是蔬菜種業的主體，掌控著大部分蔬菜種子市場和種業的發展走向。

2008年，我國蔬菜種植面積2.68億畝，產量5.92億噸，生產總產值突破8000億元，占種植業總產值的比例超過30%。可見，蔬菜已成為我國農民增收的支柱產業。我國蔬菜種苗產業價值巨大，每年需良種3000～4000萬公斤，市場價值已達100～150多億元人民幣，而目前的銷售額大約只有50億元，還有50億～100億元上升空間。另外，我國種子價格偏低，國產種子的價格只有進口種子價格的1/5～1/8，或者更少；種子成本占種植業產值只有1.5%，遠遠低于美國的6%。這意味著我國蔬菜種業尚有巨大的利潤空間。由于我國蔬菜種業市場巨大、勞動力便宜、研發隊伍龐大、并具有明顯的自然資源與區位優勢使得我國成為蔬菜產業發展的適宜地區和國際資本與技術最佳轉移地。因此，目前國際種業的戰略轉移既是挑戰又是機會，我們應抓住機會，盡快建立起符合國際規范與種業科技創新規律體制機制，發揮“后發”于國內大市場的優勢，通過種質創新的基礎性研究，為我國蔬菜種業跨越式發展奠定堅實的基礎。

國內外蔬菜種質創新研究現狀分析

種質資源是控制性狀基因的載體，掌握了基因資源就掌握了未來的農業。發達國家依靠其技術實力和經濟保障以及高素質的人才隊伍，加強了種質資源這一農業永恒主題的研究。美國原本是一個農作物種質資源相對貧乏的國家,但目前保存的植物種質資源已達464901份,蔬菜種質資源亦超過4.3萬份。前蘇聯瓦維洛夫從1920年開始，進行了200次、60多個國家的考察和資源收集，目前己有各類蔬菜種質6萬余份。

據初步統計，我國國家資源庫保存蔬菜種質資源21個科70屬132個種，5.04萬份，西甜瓜3600份。在蔬菜作物種質資源保存量方面總體與國外持平。盡管如此，由于資金和技術等方面的原因，“費時、費力”的資源研究無暇顧及或難以為繼，與發達國家相比，我國在種質資源的收集、保存、評價、利用和共享方面，特別是在種質創新研究上還存在較大差距，許多抗病、抗逆、優質基因資源仍然十分缺乏，特別是優異性狀的高效聚合技術還嚴重滯后，很難滿足蔬菜產業發展需求。

國際科學界已經公認，新基因的發掘是農業科學發展和生物技術產業的創新源頭。如何快速、高效地從基因組中獲取生物信息，已成為當前一個急迫而富有挑戰性的課題。國際上，以番茄為代表的蔬菜作物分子育種研究取得了舉世矚目的成就，為現代作物育種賦予了新的動力。主要表現在：繪制了主要蔬菜作物的高密度分子遺傳圖譜和物理圖譜；先后啟動了主要蔬菜作物如番茄、白菜、西瓜、黃瓜等的全基因組測序計劃；以Microarray、RNAi和新一代測序技術等為代表的高通量技術手段帶動了功能基因組研究的突飛猛進；一些重要的農藝性狀基因被定位或克隆，并用于分子標記輔助育種；以自動化檢測技術和基因芯片為載體的高通量分子標記輔助育種技術在商業育種中發揮了巨大作用。縱觀國際基因組研究前沿，我們仍處在蹣跚學步階段，目前還缺乏大批量的高效分子標記，缺乏高通量檢測手段以及高效的聚合技術體系與設備等等，這些都限制了高通量基因挖掘和種質創新的進步。

我國蔬菜種質創新與新品種選育存在的問題

從表觀層面來看存在的問題主要有：一是育種血緣基礎狹窄，商業品種的相似性愈來愈高，突破性品種難求；二是生產中緊缺性狀長時間無法解決；三是育種新技術應用不多，育種效率長期無根本性提高。從技術層面來看存在問題主要有：一是資源收集的廣度與深度不夠，國際交流有限，開放與國際規范化的程度有待提高，重點是收集野生材料；二是資源評價與遺傳拓寬的系統性與協作體系尚未建立，原創性不多；三是優異基因挖掘與聚合技術研究不夠；四是資源信息共享平臺與網絡技術待開發。從政策與體制層面來看存在的問題主要有：一是在決策層尚未理清公益性資源創新與商業品種研發之間政策導向；二是公立育種機構龐大，重復研究過多，機構改革不到位，商業品種選育的急功近利沖淡了種質創新的原創性與系統性；三是公益性資源創新體系的體制與機制尚未建立，人才布局與重視程度欠缺，商業育種家依然是主體。社會共享體系不健全；四是在倡導企業為創新主體的同時，忽視了國內企業與科研院所企業的現實狀況，一味的拉郞配，無益于企業創新能力的提升，尚未出現科技創新型的蔬菜種子企業。蔬菜種業的科技創新需要種業管理體制的突破和創新：一是培育科技創新型企業，以市場開拓為動力，技術創新實力為基礎，資本技術股份為運行機制，整合出可以抗衡國外種苗企業的國內超一流的蔬菜種業公司；二是建立公益性創新體系，以原始創新為目標，服務產業為落腳點，公共財政為主，企業支持為輔，機構精簡、人員素質高、布局分工合理的全國公益性資源創新機構體系。

蔬菜種苗產業對優異種質需求迫切

各種蔬菜作物對種質的需求主要有以下幾個方面：一是溫室、大棚等設施栽培專用番茄、甜椒、茄子、黃瓜、西瓜等果菜類蔬菜種質。除要求復合抗病（特別是土傳病害，如根結線蟲和枯萎病等）、優質、豐產外，還要求耐低溫、耐弱光、持續結果能力強，單性結實性好；二是溫光逆境反季節蔬菜種質，主要包括優質耐抽薹、耐熱的大白菜和耐抽薹、抗病、耐裂球甘藍等。這類品種主要來自日本和韓國，在春、夏蔬菜生產中占盡先機，急需國內品種來替代；三是加工用蔬菜種質，如可溶性固形物、番茄紅素含量高的加工番茄；辣椒紅素、辣椒素、干物質含量高的加工用辣椒；葉球綠色、干物質含量高的加工用甘藍等；四是出口創匯專用蔬菜種質需求，如高品性符合外商要求，耐貯運的番茄、甘藍種質；花蕾緊實、細膩、花莖粗而實的青花菜種質等；五是節水種質需求，水資源短缺是我國面臨的主要問題，各類耐旱作物種質需求迫切；六是特色類型種質需求，為適應不同市場和飲食文化發展的需求，蔬菜品種不斷豐富，在形、色、香、味等方面向“多樣化”的方向發展。如水果型迷你黃瓜、櫻桃番茄、小型西瓜、娃娃菜等，這些產品品質好，適合現代小型家庭消費的需要，受到消費者的青睞。

通過種質資源創新技術體系升級帶動蔬菜種苗產業發展

高效種質創新技術的建立以及新的基因資源的挖掘，無疑是打破“瓶頸”，改變我國蔬菜育種的“爬坡”狀態并有所突破的一種有效途徑。建議從以下幾個方面全面布局，針對不同的蔬菜作物可采取不同途徑或多個途徑的組合重點突破，有望通過一個種質的創新帶動一批企業的發展，從而推動蔬菜種業的興旺。

一是加強種質資源的共享體系建設。加強資源共享網絡建設是整合農作物品種創新科技資源的前提，是提升種質資源創新能力的關鍵所在。在現有的條件下，進行蔬菜種質資源的共享和協作創新雖困難重重，但依然是提升我國蔬菜種苗產業核心競爭力的必由之路。

二是發展高通量資源評價與遺傳分析技術。建立高通量資源評價技術體系，大規模發掘優異種質或基因，構建核心種質或各種微型種質群，重點為育種專家提供以下4類材料：未來具有增產潛力的種質、病蟲害的新抗源、抗逆性和適應性更強的種質、改進品質所需的種質。

三是利用資源基因組研究工具大規模挖掘功能基因。基因組學的飛速發展對基因發掘的新理論和新方法都產生了巨大的促進作用。目前的研究重點是，從野生蔬菜資源和我國特有的地方品種、遺傳材料、突變體等種質中發掘高產、優質、抗各種病害、抗旱、耐冷、耐鹽、耐熱、耐抽薹等優異基因資源，開展基因組學、轉錄組學、蛋白質組學、代謝組學研究，從中挖掘和克隆新基因。

四是分子標記輔助選擇技術進入實用化。種質創新效率的高低在很大程度上取決于追蹤、聚合目標基因的能力。發展規模化、高通量、低成本的基因鑒別技術以及優異基因的高效聚合技術將是實現優異種質創新的關鍵之所在。

五是單倍體快速純化技術突破。單倍體技術是加速種質材料純化、縮短育種年限的有效途徑。基因型偏性、胚狀體誘導頻率、植株再生、加倍等仍然是主要問題。如再進一步有所突破，并在種質創新上大規模應用并成為一項常規技術，將是提高我國種質創新速度的最簡便的途徑。

六是通過遠緣雜交和細胞雜交技術創制新種質。遠緣雜交是轉育野生種抗病蟲基因的最常用的方法。體細胞雜交，特別是新近發展起來的原生質非對稱融合技術的發展為野生資源的有效利用提供了新的途徑，研究并建立與之相關的配套技術也不失是一個有效的資源創新的途徑。

七是通過基因工程引入外源基因。在轉基因研究中，最為主要的是沒有自主知識產權的基因，同時多個蔬菜作物的轉化效率、基因表達穩定性等方面也有待提高，目前進入轉基因蔬菜中試的品種還少之又少。

八是常規結合分子標記技術有目的拓寬遺傳基礎。有資源只是第一步，如何有效地聚集優異基因才是資源創新的最終目標。目前實施的“全球水稻分子育種計劃”為常規育種結合分子標記技術有目的拓寬蔬菜的遺傳基礎與高效聚合優異基因資源，提供了良好的范例。通過大規模雜交、回交和分子標記輔助選擇相結合的方法，有目的的將優異種質資源中的大量優良基因和性狀導入骨干自交系中，實現優良基因資源在分子水平上的大規模聚合，并拓寬現有蔬菜品種遺傳基礎，是綜合利用分子育種技術實現蔬菜種質創新重大突破可行的路線圖。