育種和栽培學科的創新需求

◇張世煌（中國農科院作科所研究員、國家玉米產業技術體系首席科學家）

育種和栽培學科的創新需求

◇張世煌（中國農科院作科所研究員、國家玉米產業技術體系首席科學家）

1 改革需求

作物育種和栽培兩個學科目前都面臨著改革與創新的巨大壓力和機遇。

國家玉米產業技術體系在育種領域扭轉了被長期誤導的理論、方向和技術路線，今后需要落實到種質改良、創新與商業育種實踐。

部分專家、教授推行的育種和栽培研究方向與技術路線，越來越脫離理論基礎和產業發展需求。許多人的思維方式停留在“經驗”和計劃經濟狀態，很難拋棄被誤導了的錯誤育種方向和技術路線，這甚至影響到在跨國公司工作的青年育種人員。

最近，育種領域的學科建設有所好轉，但栽培領域尚未觸及。國家玉米產業技術體系，特別是青年科技人員要思考學科建設問題，改革研究方向、思路和技術路線。這是我國農業科技人員長期面對的特殊狀況，其中隱含著改革與創新機遇。

歐美國家的農業科研機構和大學，隨時根據產業發展調整學科研究方向與結構，并及時轉型，似乎有一種內生的學習與適應機制，而我國的科研管理缺乏這樣一種自我調整機制。

現在的科技領域遠沒有20世紀80年代那種改革開放、渴望學習、渴望創新、奮發圖強和積極向上的精神面貌，似乎也缺少自我激勵機制。這可能涉及到許多束縛因素，但最直接的原因是脫離了產業發展實際。

改變科研與產業脫節狀態，不需要觸動復雜的體制因素也能取得成功。觀察許多發展中國家的例子，企業參與國家科技項目的研發與管理，能夠及時調整研究方向與技術路線，避免方向性失誤，這是我們應當學習、思考的，也是能夠做到的。

2 栽培學科建設

國家玉米產業技術體系在廣泛調研和集體實踐的基礎上，提出了以“一機兩改一保障”為核心的玉米產業技術發展思路，包括了農業機械、土壤改良、品種改良和病蟲害防控，但沒有把“栽培”的其他內容概括進來。這是由于本國特色的栽培學科建設長期因循守舊，缺乏理論研究，又脫離產業發展需求，甚至不明白作物生產與產業發展的限制因素和發展優先序是什么。這種滯后狀態必須改變，希望青年科技人員積極探索栽培學科的改革與創新方向。

由于理論基礎薄弱，創新動力明顯不足，因循守舊現象很突出，今后，要從培養青年科技人員入手，重建玉米生產管理（栽培技術）的生理學基礎，探索實踐方向，縮小差距。出路在于改革和創新。

要從青年人當中發現和遴選優秀人才，挑選理論基礎好、創新能力強和懂外語的青年科技人員擔任崗位專家和研究室主任。

改革和創新都需要抓住恰當的時間窗口期。

所謂時間窗口，意味著改革和創新都有最佳的啟動時間，也不得不面對臨界時間點。錯過了窗口期，就失去了改革與創新的機會。技術與環境之間及技術與技術之間經常有競爭關系，有時候，競爭的結果表現為技術的替代與選擇，因此，技術創新要抓住有利時機和爭取主動。我們在任何時候都要心存敬畏——敬畏科學、敬畏民心、敬畏市場、敬畏職業操守……

我國轉基因研究沒有處理好這些方面的關系，失去最佳窗口期，這是科技人員自己造成的被動。一些人自我感覺良好，但思想深處缺少敬畏之心，忽視其他因素和其他人群的作用，忽視其他技術的競爭。建議相關科技人員學習毛主席的 《論十大關系》，其中分析問題時所運用的哲學思想相信會對科技人員有所啟發。

栽培研究需換個思路求發展，不要錯過改革的窗口期。要建立一個經得住時間檢驗的學科，就要加強學習、改革與創新。

培養青年科技人員，要加強理論學習和研究，恢復作物生產管理和作物生理學的本來面目與地位。同時，繼續服務生產、調查研究，要尊重科學。

栽培學科建設需要優秀人才隊伍。站得高，才能看得遠。青年人要懂得學習、繼承、積累和創新的關系。栽培生理學要按照先進的教材，重新學習試驗設計和統計學，才能提高研究能力和水平。

優秀人才要有開放心態、學習能力、合作精神和創新意識，要理論和實踐相結合。建議栽培人員關注以下研究內容：

（1）土壤改良和培肥地力（深松、合理施肥、秸稈還田等）；

（2）減肥減藥、輕簡栽培；

（3）水分生理、灌溉和旱地農業；

（4）調研農作物田間地面覆蓋的理論和技術；

（5）精準農業、土地規劃與管理；

（6）調研國內外深松改土的文獻資料，并撰寫綜述；

（7）籽粒灌漿生理和產量來源（生育期、抽雄和吐花絲、灌漿及脫水）；

……

例如我們看到鄭單958品種在農民地里和科學家的實驗田里植株形態有明顯差別，怎么解釋這個現象？能否定量研究？這對研究籽粒生產效率有什么啟發？隱含著哪些理論空間？

栽培研究領域需要站得高、看得遠的學科帶頭人，玉米產業體系現有人力資源比較強，但唯有整合資源，才能發揮團隊的創新積極性。陳新平研究土壤和肥料，王立春團隊研究耕作，王璞研究逆境 （干旱），肖俊夫研究灌溉……還有機械專家、植保專家等都各有所長，這些團隊整合在一起能夠研究一些重大科學理論與技術問題。

3 育種學科建設

我國玉米種業界應當繼續調整育種方向，堅決拋棄錯誤的育種技術路線，并落實到種質創新。

體系要繼續向企業和全國科研機構提供公益性支撐服務，幫助企業提升育種能力建設，并探索以PPP（Public—Private—Partnership，公共私營合作機制）方式深化科企合作。

引進美國種質，會大幅度提高我國玉米種業的育種水平，相當于引進和利用了美國的智力資源。但有發展潛力的企業應當建立和提升自主創新能力。美國商業自交系的GCA效應普遍較高，與我國本土自交系結合，可以互相改良，但有難度，因為在中國玉米主產區面臨特殊的逆境壓力。

東北：春季低溫多雨，病害加重，經常發生除草劑藥害等。

黃淮海：陰雨寡照、土壤高溫，導致根系弱、病蟲害等，這些逆境不同于美國玉米帶，經常會發生得比較嚴重。

西南：生態復雜多樣，高溫高濕、光照不足、干旱水漬、病蟲害復雜等，美國玉米帶種質難以適應。

育種創新要正視不利的環境條件，育種手段必須能識別和篩選抗逆基因型，育種人員要有競爭意識和緊迫感。體系內部交換自交系就是緊迫感和競爭意識的體現。

育種研究室要對各試驗站篩選的美國自交系進行匯總，并尋找規律。這樣既可以判斷區域特征及美國自交系的優點與弱點，還可以了解育種者的偏好和育種思路。育種崗位專家和各試驗站要繼續發放美國自交系，還要加快繁殖和發放我國玉米育種迫切需要的30份加拿大群體。

要縮小科企合作范圍，籌劃PPP合作模式。

4 高密度抗逆育種與西南地區前育種布局

美國玉米自交系配合力高，且含有許多我國急需的優良性狀和基因，例如矮稈、早熟、耐密植、抗倒伏、抗莖腐病、抗灰斑病和耐旱性、籽粒灌漿和脫水速度快以及適宜機械作業等。但用來在中國選育二環系，并不能自然而然就帶來我們需要的抗逆性和提高本土自交系的配合力，更不能代替我們自己的創新努力。利用美國自交系，仍需要按照現代育種流程，施行高密度和其他抗逆育種措施。

美國自交系的GCA效應比本土自交系強很多，但不太適應國內特有的生物與非生物逆境。要像廣西南寧試驗站那樣，把受體和供體自交系都分為A、B兩群，在同一群內把美國自交系的優點轉入本土自交系，反過來也一樣，用本土自交系的優點改良美國自交系。在筆者看來，這不過是基因流動和改變基因頻率。

本土自交系與美國系雜交，分離群體內一些位點的平均等位基因頻率可能趨向0.5，優點被弱化，如果不施加選擇壓力，便無法識別優良的重組基因型。我們能夠用常規辦法提高聚合育種的效率，在育種群體內保持或提高優良等位基因頻率，但必須改造育種流程管理，施加對應的選擇壓力。即必須在高密度下利用G×E效應，才能較好地識別優良基因型。在逆境下識別GCA效應，不僅是產量，還包括其他逆境因素，例如病蟲害、干旱、高溫、低溫、低氮等。

需要強調的是，高密度育種是為了識別和篩選抗逆性基因型，而不是為了提高生產種植密度。

從生理學角度來比較，南方和黃淮海大部分低海拔地區的生態環境不適合玉米高產。美國或東北地區的玉米種質可能不適應這些地區的逆境壓力，但種質是可以改良和逐漸累加有利等位基因頻率的。可以利用美國種質、熱帶、亞熱帶（CIMMYT）和本土地方種質，培育適合南方不利條件的材料，逐漸提高產量水平。西南地區研究和改良過的種質，先逐漸擴散到黃淮海，然后擴散到東北和西北。

黃淮海地區需要用來自低緯度的種質與美國玉米帶種質結合，提高抗逆性和產量潛力。最近幾十年，我國的育種越來越依賴美國種質，這是育種的捷徑，但再過二三十年必然會碰到“天花板”。突破天花板（瓶頸）效應，既要引進美國種質獲得高配合力，還需要來自低緯度種質的抗逆性與優良品質。所以，西南地區要研究熱帶和亞熱帶種質。據胡瑞法研究，在我國，利用每單位CIMMYT玉米種質所帶來的產量增益是美國種質的2倍。但當前最可行的措施是研究美國商業自交系和本土自交系。

西南地區從自身利益出發，應當研究和改良利用美國種質。從全國布局來考慮，需要長遠研究CIMMYT和本土地方種質。Pob43、Pob28和Suwan1等種質的抗逆性突出，與溫帶種質的配合力高，可能引起高稈、大穗、晚熟和稀植，其出籽率低、含水量高，不適應機械化作業的傾向，需要加入美國商業種質。但西南地區加入美國種質不能盲目和沖動，要慎之又慎。

建議西南地區育種崗位專家重點關注下列研究內容：

（1）美國商業自交系與西南本土種質相結合；

（2）CIMMYT自交系鑒定和篩選，抗逆性（病蟲害和非生物逆境）鑒定、配合力分析，改良和創新，用CIMMYT自交系改良美國種質；

（3）CIMMYT群體研究；

（4）本土地方種質研究。

體系的運行特點使科技人員能夠長期堅持這類公益性研究和基礎性工作，并支撐育種應用研究，這些需要國家長期穩定支持才能見成效。前育種研究只能由少數公益性機構來做，現行科技體制不支持這類種業發展亟需的公益性和基礎性研究。相關機構不愿意做，也沒能力做這類長期公益性的基礎性工作和研究。這與科學家群體有關，更與科技管理政策有關。體系有良好的運行機制，要長期堅持這項研究，以彌補產業技術鏈的缺失。

5 關于產量來源

個別“栽培專家”所提及的“高產挖潛”是忽悠人，既要加強實踐性，更要加強理論研究、提高專業水平。

高產挖潛的生理學基礎是產量來源。首先要明白什么是產量。

美國幾十年的育種實踐，已經回答了這個問題。現階段，產量就是抗逆性。高產挖潛須重視抗逆性，以利用基因型與環境互作效應，在美國已經落實在商業育種實踐上，在中國則剛剛開始自覺利用抗逆性。栽培學研究的理論、技術要針對和落實到抗逆性上。脫離生產實際的“超高產”，對栽培學科發展既沒有理論拉動力，更沒有實踐意義。所謂“超級”和“強優勢”概念，更沒有理論和實踐意義。

農作物產量還有第二個來源，就是籽粒生產效率，在某些作物上可稱之為經濟生產效率。

現代農作物品種隨著抗逆性的改良已經在緩慢提升籽粒生產效率，但理論上還是空白，技術上也不明確，未來的增產潛力更是不得而知。

歐美國家的玉米育種已經充分挖掘了第一個產量來源，在育種研發上投入產出的效率很高，因而是過去幾十年和今后若干年內的主要技術路線，但還沒有充分認識第二個產量來源的理論基礎和技術途徑，未來繼續增產的潛力還很大。

第二個來源，只有當抗逆性帶動的產量增益趨于平緩（漸進曲線），才會考慮采用籽粒（經濟）生產效率這個概念來繼續提高產量潛力。

近幾年，我國開始著力挖掘抗逆性的增產潛力，圍繞抗逆性提高玉米的一般配合力。我們需要用很多年時間普及抗逆育種的理論和技術路線，通過抗逆途徑提高產量潛力至少有80%的增長空間。當玉米產量達到較高程度以后，繼續挖掘產量潛力就要靠籽粒生產效率。到那時，哪怕只是把產量潛力提高20%，增產絕對值也很高了。

產量的兩個來源是效率和邏輯的關系，不應顛倒，也不要相信“超級”和“強優勢”凌亂思維的干擾。在沒有普及抗逆育種技術路線和挖掘第一個產量來源時，就過早地開發第二個產量來源，在研發管理上投入產出并不合理，只會浪費資源。玉米“超級”育種走了20余年的高稈、大穗、晚熟、稀植的技術路線，顛倒了未來育種的理論與邏輯關系，應引以為戒。

現在提高產量主要靠抗逆性，無論育種創新還是生產管理（栽培），都要面對抗逆性。轉基因就是針對抗逆性。密植是抗逆育種策略，也是抗逆栽培措施；興修水利、節水灌溉、全程機械作業、深松改土、植物生長調節劑等都是針對抗逆性。植物保護更是直接的抗逆性技術，這些方面要繼續挖掘潛力。

我們與美國差距很大，但不等于說我們就追不上美國，不過是時間早晚和發展進程的先后差距。但如果踩著先鋒的腳印走，我們永遠趕不上美國。只有學習而不是照搬照抄，只有自主創新而不是簡單模仿，我們才能追趕先進水平。如果方向正確、措施得當，時間不會很久遠。

玉米界有一種觀點，認為我國與美國的土質不一樣、氣候不一樣等，雖然是客觀現象，但言外之意是永遠達不到美國的生產力水平，更超不過美國。這是拒絕學習先進理論和技術的經驗主義借口。

我們還沒有充分認識中國玉米產區的生態環境特征，還沒有找到適合中國的更好的育種技術路線和種質創新途徑，還沒有找到更適合的生產管理（栽培）措施應對各種災害。玉米產量的第二個來源，現在國外只是剛開始做外圍研究，處于知識積累的起步階段；我們剛開始研究籽粒灌漿，但這不是最終目標，只是剛開始建立試驗技術和積累數據，道路還很漫長，需要青年科技人員用畢生精力去研究它。