周發(fā)松：突破性品種研發(fā)離不開(kāi)生物技術(shù)

◇周發(fā)松：中國(guó)種子集團(tuán)有限公司基因組育種部總監(jiān)

◇王瑜：記者

記者：什么是生物育種技術(shù)？生物育種技術(shù)和常規(guī)育種方式有什么不同？

周發(fā)松：生物育種是一個(gè)比較科普的說(shuō)法。按我個(gè)人的理解，生物育種就是借助分子生物學(xué)技術(shù)，充分挖掘利用生物基因資源，培育高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)、環(huán)境友好作物新品種的現(xiàn)代育種方法。它是包括細(xì)胞和組織培養(yǎng)、單倍體育種、分子標(biāo)記輔助選擇、基因組育種以及轉(zhuǎn)基因育種等多種現(xiàn)代生物育種技術(shù)的一個(gè)總稱(chēng)。

生物育種和常規(guī)育種最大的不同在于是否應(yīng)用現(xiàn)代生物技術(shù)。常規(guī)育種是不需要現(xiàn)代生物技術(shù)輔助的育種方法，而利用現(xiàn)代生物育種技術(shù)培育出來(lái)的品種，卻同樣需要采用傳統(tǒng)育種方法進(jìn)行田間測(cè)試，因此生物育種并不是對(duì)常規(guī)育種方式的背離與放棄，而是對(duì)傳統(tǒng)育種方法的完善和優(yōu)化。

記者：和常規(guī)育種方式相比，生物育種有哪些優(yōu)點(diǎn)？

周發(fā)松：相對(duì)于常規(guī)育種，生物育種主要有以下兩方面的優(yōu)勢(shì)：一是導(dǎo)入傳統(tǒng)育種方法完全無(wú)法獲得的性狀，比如Bt抗蟲(chóng)、Roundupready抗除草劑等；另一種是實(shí)現(xiàn)抗病、抗逆境（干旱、寒冷、高溫脅迫等）基因的精準(zhǔn)導(dǎo)入，培育環(huán)境友好的綠色新品種。常規(guī)育種利用有性雜交技術(shù)將整個(gè)基因組的基因組合在一起，這其中有好的基因，也有不良的基因，這就使雜交育種具有很大的隨機(jī)性，而生物育種可以控制目標(biāo)基因的導(dǎo)入和聚合，使新品種培育更精準(zhǔn)。

生物育種還可以提高育種效率和性狀改良的針對(duì)性。常規(guī)育種方法培育一個(gè)品種大概需要8～10年，而應(yīng)用生物育種技術(shù)可以使育種時(shí)間縮短一半。此外，借助生物技術(shù)的方法，可以將田間試驗(yàn)95%的工作量轉(zhuǎn)移進(jìn)實(shí)驗(yàn)室，試驗(yàn)田規(guī)模只需常規(guī)育種的30%左右，從而提高田間試驗(yàn)的質(zhì)量和管理水平，使試驗(yàn)數(shù)據(jù)更可靠。常規(guī)育種中一個(gè)雜交組合的F2代群體一般需要種植 5000株，而應(yīng)用分子標(biāo)記手段，種植250株就能達(dá)到同樣的試驗(yàn)效果。

記者：生物育種技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用，將會(huì)給我國(guó)種業(yè)發(fā)展帶來(lái)哪些變化？

周發(fā)松：現(xiàn)代生物育種與常規(guī)育種最本質(zhì)的區(qū)別，就是在傳統(tǒng)育種中，育種家開(kāi)展的是藝術(shù)性的研發(fā)，個(gè)人經(jīng)驗(yàn)起很大的作用，他們必須參與育種全過(guò)程，從產(chǎn)品研發(fā)的第一個(gè)環(huán)節(jié)做到最后一個(gè)環(huán)節(jié)。而現(xiàn)代生物育種是以生物信息為依據(jù)，以高通量分子標(biāo)記技術(shù)為手段的科學(xué)創(chuàng)造，它需要進(jìn)行專(zhuān)業(yè)化的分工和合作。這一方面是由于生物技術(shù)設(shè)備投資比較大，另一方面也是因?yàn)闄z測(cè)的樣品量比較多，服務(wù)范圍比較廣。生物育種技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用將改變我國(guó)課題組式的育種模式，進(jìn)而推動(dòng)商業(yè)化育種的興起。

美國(guó)也經(jīng)歷了從常規(guī)育種向生物育種的轉(zhuǎn)變過(guò)程。20世紀(jì)80年代之前，美國(guó)也有很多育種家在不同的地方開(kāi)展獨(dú)立的育種工作，但隨著一些小的育種公司逐漸被并購(gòu)整合，出現(xiàn)了孟山都、杜邦等大型種業(yè)集團(tuán)，這些種業(yè)集團(tuán)控制了美洲乃至全球的種業(yè)市場(chǎng)。種業(yè)巨頭的出現(xiàn)，使生物育種技術(shù)得到了普及，生物育種工作得到了廣泛的開(kāi)展。我國(guó)目前還處于種業(yè)公司整合的初期，需要多個(gè)企業(yè)乃至整個(gè)國(guó)家分工合作，搭建大規(guī)模生物育種平臺(tái)；同時(shí)，生物育種的發(fā)展會(huì)加速種業(yè)的整合，因?yàn)檎莆障冗M(jìn)技術(shù)的公司競(jìng)爭(zhēng)力會(huì)更強(qiáng)，而那些不掌握新技術(shù)、新品種的公司則會(huì)在競(jìng)爭(zhēng)中被淘汰。

記者：2012年4月，中國(guó)種子生命科學(xué)技術(shù)中心研制出全球首個(gè)水稻全基因組育種芯片，這也是中國(guó)自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的首個(gè)育種超級(jí)芯片。為什么要?jiǎng)?chuàng)制育種芯片？

周發(fā)松：建設(shè)中國(guó)種子生命科學(xué)技術(shù)中心這一高端的研發(fā)平臺(tái)是中種集團(tuán)著力打造商業(yè)化育種體系、開(kāi)展種業(yè)創(chuàng)新、積極應(yīng)對(duì)當(dāng)前種業(yè)發(fā)展機(jī)遇和挑戰(zhàn)的重要舉措。

水稻全基因組育種芯片是種業(yè)競(jìng)爭(zhēng)的核心技術(shù)，也是商業(yè)化育種競(jìng)爭(zhēng)的焦點(diǎn)，它的研制成功實(shí)現(xiàn)了作物品種培育過(guò)程中一個(gè)關(guān)鍵性技術(shù)成果的重大突破，為我國(guó)開(kāi)展商業(yè)化育種提供了重要技術(shù)支撐和保障。

過(guò)去20年，基因測(cè)序技術(shù)和功能基因組研究得到了突飛猛進(jìn)的發(fā)展，為生物育種提供了大量的技術(shù)和信息，然而基因測(cè)序是功能基因組的研究方法，屬于生物技術(shù)的研究領(lǐng)域。為了讓更多育種家能夠使用生物技術(shù)的成果，中種集團(tuán)聯(lián)合水稻功能基因組研究?jī)?yōu)勢(shì)單位，從已破譯的幾萬(wàn)億水稻基因圖譜信息中，提取出有價(jià)值的近千萬(wàn)條信息，繼而通過(guò)對(duì)比精選出對(duì)育種有幫助的標(biāo)記植入育種芯片中，從而開(kāi)發(fā)出實(shí)用的生物育種工具，使育種家操作更方便、分析更簡(jiǎn)單、應(yīng)用更有效。

簡(jiǎn)言之，基因組育種芯片就是具有檢測(cè)生物個(gè)體功能基因的有效工具，它能夠幫助育種家整合多種育種資源，有目的地聚合多個(gè)功能基因。比如育種家要研究水稻某種抗病性，過(guò)去的做法是培養(yǎng)植株，然后讓它接種特定病菌，但這種方法需要嚴(yán)格的試驗(yàn)條件，一次只能測(cè)試一項(xiàng)病菌，借助芯片就能夠在實(shí)驗(yàn)室電腦上一次測(cè)試多種抗病基因；過(guò)去育種家培育新品種主要靠經(jīng)驗(yàn)，要等植株生長(zhǎng)很長(zhǎng)時(shí)間才能測(cè)試，通過(guò)芯片在實(shí)驗(yàn)室就能考察各種基因特性，將抗蟲(chóng)、抗病、高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)等基因組合在一起，量身定做出最優(yōu)的品種。

利用基因芯片，可以對(duì)種質(zhì)資源和品種進(jìn)行基因指紋分析，進(jìn)而構(gòu)建基因指紋數(shù)據(jù)庫(kù)，使育種家能夠共享種質(zhì)材料和基因資源的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)育種中間成果的商業(yè)化交易。這樣就能夠有效地交流、整合育種資源，提高育種效率。

記者：您如何評(píng)價(jià)當(dāng)前我國(guó)生物育種技術(shù)的發(fā)展水平？加速生物育種技術(shù)發(fā)展，我國(guó)需要在哪些領(lǐng)域加強(qiáng)和改進(jìn)？

周發(fā)松：在生物育種技術(shù)的基礎(chǔ)研究方面，我國(guó)與國(guó)際先進(jìn)水平差距不大，有的領(lǐng)域甚至處于領(lǐng)先地位，但生物技術(shù)在新品種選育中的應(yīng)用卻落后西方國(guó)家很多年，主要表現(xiàn)為：很少有生物技術(shù)選育出的品種在市場(chǎng)上推廣；開(kāi)展生物育種的育種家很少；種業(yè)企業(yè)還沒(méi)有建立起商業(yè)化育種體系等方面。

國(guó)內(nèi)發(fā)展生物育種，現(xiàn)在亟須在3方面加強(qiáng)和完善：一是生物育種研發(fā)的激勵(lì)機(jī)制。目前，國(guó)外生物育種研發(fā)中心很多，國(guó)內(nèi)相關(guān)工作則剛起步，開(kāi)展時(shí)間不長(zhǎng)。建立一個(gè)高效率的生物育種研發(fā)中心，每年需要大量投入，連續(xù)5～10年才能見(jiàn)效。國(guó)外種業(yè)巨頭控制著巨大的市場(chǎng)，有能力建立起遍布全球的生物育種研發(fā)中心。而在我國(guó)，這么大規(guī)模、長(zhǎng)時(shí)間的投入，還是需要國(guó)家建立以成果為導(dǎo)向的后補(bǔ)助以及市場(chǎng)化的激勵(lì)機(jī)制。所謂市場(chǎng)化的激勵(lì)機(jī)制，首先是盡早開(kāi)放品種審定綠色通道，為新技術(shù)、新品種盡快應(yīng)用到大田生產(chǎn)創(chuàng)造條件，其次為生物技術(shù)的應(yīng)用提供政策支持。二是知識(shí)產(chǎn)權(quán)的保護(hù)機(jī)制。沒(méi)有對(duì)知識(shí)產(chǎn)權(quán)的保障，投資的風(fēng)險(xiǎn)會(huì)大大增加。三是大眾對(duì)生物育種技術(shù)的理解和接受。國(guó)內(nèi)還有很多人不了解生物育種技術(shù)，這也會(huì)對(duì)其的發(fā)展和應(yīng)用造成困擾。

從10億～70億，150年間世界人口增加了6倍，對(duì)糧食的需求可想而知。通過(guò)傳統(tǒng)育種方法，我們雖然解決了溫飽問(wèn)題，但也對(duì)資源、環(huán)境等形成了巨大的壓力，要同步實(shí)現(xiàn)糧食安全、食品安全和環(huán)境安全，就必須依賴(lài)生物技術(shù)加速突破性品種的研發(fā)。