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农业科技这十年 | 薛吉全:探索推进玉米种质协同创新育种新模式

2022-08-01 16:27:46   

编者按:

党的十八大以来,在以习近平同志为核心的党中央坚强领导下,党和国家事业取得了历史性成就、发生了历史性变革。

为贯彻落实中央经济工作会议、中央农村工作会议及中央一号文件精神,宣传农业科技创新、推广应用成果,展示农业农村现代化发展状况。杨凌农科传媒集团特别策划推出“农业科技这十年”专栏,专题报道农科教人员在农业科技成果转化、推动农业农村现代化、农业科技助力乡村振兴等方面取得的成效。

本期推出《 薛吉全:探索推进玉米种质协同创新育种新模式》。

采访薛吉全教授,是在鸟语花香的西北农林科技大学农学院。

谈起科技创新,他仿佛还沉浸在玉米种质资源科研创新的快乐之中,眼睛中闪烁着沉静而又智慧的光芒,流畅深邃。

“以种质联合改良为切入点,推进玉米育种协同创新,创建了陕A群、陕B群种质协同创新的育种模式。”薛吉全教授语气缓缓,“我们需要将技术传承下去,这也印证了这么多年坚持的正确性。”

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这十多年以来,也正是薛吉全教授在科研中的不懈努力,西北农林科技大学通过育种基础理论研究,确立“大规模、多地点和持续性”的育种思路,形成了“优异种质材料+高效选择方法+新组合多环境测试”的高效玉米育种技术体系,在借鉴国际、国内玉米育种的新理念,以简化的杂优模式,以国内外优良种质为基础,构建陕A群、陕B群两个杂种优势群体。

这些成就斐然的技术成果,让西北成为我国玉米增产潜力最高的地区之一,也成为我国四大适宜玉米种植的区域之一。

模式构建:探索种质改良新途径

薛吉全教授是享受国务院政府特殊津贴专家,西北农林科技大学教授,农业农村部玉米专家指导组成员,国家现代农业玉米产业技术体系陕西关中试验站站长,陕西省玉米产业技术体系首席专家。对于玉米各业自主创新,他有自己独到的见解。

他认为,要提升我国玉米育种创新能力,既要发挥现有公益性科研院所的育种研发潜力,也要培植种子企业科技创新能力。其中的关键是要发挥公益性与商业竞争性育种体系两个积极性,协调基础性研究、应用研究以及公益性、商业化育种之间的关系,使公益性研发与商业化育种有机结合,在此基础上,构建我国玉米种业的自主创新体系。

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“玉米育种,难在选系,重在测配,关键在种质。”薛吉全教授说,“现代玉米种业创新的关键,在于拥有优异种质资源的数量与质量。抓住了玉米种质,在一定意义上就是抓住了玉米育种纲。我们需要借鉴发达国家的种质改良计划,实施我们的玉米种质改良扩增计划,增强育种的核心竞争能力。”

玉米育种能力建设包括产业政策、种质资源、先进技术、人才培养和信息服务。目前国家以及陕西省在种业产业政策方面加强了种质扩增创新利用、育种技术与理论、人才培养和信息服务。

为此,西北农林科技大学薛吉全教授带领团队成员,在总结分析国内玉米育种历程和国外商业化育种经验基础上, 消化和吸收国内外玉米育种理论成果和育种模式,整合科技资源,进行玉米种质资源收集、鉴定和筛选,杂种优势群划分,杂种优势群构建、优化升级,通过2年3代的基础,构建了陕A群、陕B群2个杂种优势群。

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薛吉全教授解释说,玉米种质群体陕A群、陕B群作为一个种质系统,经过在群内的系统性改良,每一轮的优化升级,就是打破旧的平衡,在更高水平上构建新一轮的杂种优势群,这样循环反复,促使种质系统的重建和优化,达到新的有序状态,从而持续性向玉米产业提供有用的种质。

其核心是以群体为载体,形成理论、技术、材料和信息相互融合的种质实质性协同创新与利用模式,探索一条玉米种质协同创新的育种模式。

从2009年到2022年,薛吉全教授与有关单位在陕西、河南、河北、内蒙古、甘肃、四川和新疆7个省区的30个地点,开展了14轮玉米种质群体陕A群、陕B群的优化升级和多点联合改良试验。

试验在技术上实行“五统一”和“两分”的方法。“五统一”是指技术方案、构建群体、选择标准、多点鉴定和交流信息的统一;“两分”,既分别管理、分别选系测配。

这一方法,在国内率先探索了一条种质改良的新途径,实施了开放式育种,促进了玉米育种实质性协同创新。

提升了玉米育种水平,创新了组织方式

薛吉全教授在国家重点研发计划“七大农作物育种”专项“西北耐密高产抗旱玉米新品种培育”项目科研中,以及陕西省玉米育种协作组和陕西省春玉米商业化育种联合体等平台,发放陕A群、陕B群种质,促进了玉米育种水平的提升。

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强化了顶层设计的育种组织创新,让薛吉全教授实现了基础材料创制从盲目选材到设计选材的转型,杂交组合测配从盲目测配向设计测配的转型,达到育种试验规模化、布局区域化、数据信息化和种质改良持续化,建立了良好的种质材料管理系统和联合协同创新体系。

他说:“基于遗传分析、配合力和抗逆性评价,陕A群、陕B群两个杂种优势群培育的KA、KB系列玉米自交系具有遗传基础丰富、农艺性状优良、抗逆性强(耐密、抗旱、耐低氮、抗病)、配合力高的特点。”

培育的陕单620、陕单630、陕单636、陕单650、陕单660和陕单680等陕单系列玉米品种,相继已通过国家和陕西省品种审定,在玉米种质、育种技术与品种创新等方面,取得了初步成效。

陕单636成为陕西第一个审定适于机械化收获玉米品种,该项成果入选陕西2017年重大科技成果盘点。

陕单650具有耐密高产“三低一长”(田间倒伏率低、籽粒水分低、籽粒破损率低,站秆时间长)宜机收的特点,创造了夏玉米亩产超过800公斤、旱作春玉米亩产超过1000公斤和灌溉春玉米亩产超过1100公斤的纪录,已通过陕西夏玉米普通组,春、夏玉米机收组和国家黄淮海夏玉米机收组品种审定,已完成了2020-2021年国家良种攻关,完成了2020至2021年国家区域试验和生产试验区。

这一品种入选2021年黄淮海夏玉米(机收)展示综合表现优良品种,还有望成为陕单609之后又一个突破性品种,。

薛吉全教授强调说,“玉米种植提高密度是措施,培育品种是手段。”

2015年在陕西省澄城县进行试验示范,当时只有3万亩玉米试验田,到2021年快达到30万亩了,连续两年超过1250公斤纪录。这些试验都在农户的同一块地里进行,实现了目标产量,保证了粮食安全。

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他与榆林农科院合作选育的榆玉1号、榆玉2号、榆玉6号、榆玉9号和榆玉16号等5个品种通过陕西省审定;与渭南市农科院合作选育的渭科15号、宝鸡市农科院合作选育的宝研玉218等参加陕西省区域试验和生产试验。

创新的组织,让协调公益性研究和商业化育种实现了优势互补。

薛吉全教授通过理论、技术创新研究,把玉米育种的理论、技术通过群体材料载体表现出来,然后通过创新的组织方式,协调公益性研究和商业化育种的关系,一方面使政府投入的财政支持成果,能有序流向企业和科研院所;另一方面,破解目前种业企业人才、技术和材料不足的困境。

高屋建瓴的理论思维

对于种质创新的技术路径,薛吉全教授总结了三个方面。

首先是正确的理论支撑。他说,“想要站在科学的最高峰,就一刻也不能没有理论思维”。

从2005起,他每年设计和安排相关的试验研究进行印证和探索,正是基于对国内外理论研究的领会和吸收,以及自己试验研究的相关佐证和支撑,明确了产量与杂种优势、一般配合力、特殊配合力,以及抗逆性和籽粒生产效率的关系等理论基础。

他确定了以增强适应性为主线,以优异种质引进、创新与利用为基础,从而坚定了调整育种方向的信心和步伐,持之以恒,进而提高了育种效率。

其次是清晰的技术路线。正确理解基因与环境互作效应,以提高种质的适应性为主线,形成“优异种质材料 + 高效选择方法(多点、高密、低氮和干旱)+多环境测试(材料多点鉴定、自交系和杂交种测试)”的高效玉米育种技术体系。

为此,他制定了3个阶段的技术路线。

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第一阶段,是搭建设计育种平台(2006-2018),构建陕A群、陕B群2个杂种优势群,以种质构建为基础,实现基础材料创制从盲目选材到设计选材的转型,形成理论、技术、材料和模式。

第二阶段,是塑造流程化育种框架(2011-2018),重视育种质的选择,在自交系测试阶段依据多点试验数据,以GCA和自交系表型决定玉米自交系晋级、定名,实现杂交组合从盲目测配向流程化测配的转型。

第三阶段,是探索工程化育种体系(2016至今),从表型选择到育种值选择再到基因型选择的逐步提升,完善设计育种——流程化育种——工程化育种的玉米育种技术体系。

三是创新的种质系统 。薛吉全教授说“玉米育种理论、技术落脚点是材料,陕A群、陕B群是消化吸收的载体。”

薛吉全教授在育种中简化了杂种优势模式、构建2个杂种优势群,把不可操控的SCA效应保持在2个杂种优势群,采用强化逆境选择,开展多点联合改良和优化升级,实施流程化管理。这是提高玉米育种效率有效手段。

“基于SSR、SNP分子生物学分析和配合力测定,陕A群、陕B群2个杂种优势群具有遗传基础丰富、典型性状突出的特点,既可作为玉米育种群体,又可作为高产抗逆遗传机理研究。”薛吉全教授说。(全媒体记者 胡润田)

编辑:牛姣
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