一粒種子，一季收獲。最近，北京市農林科學(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(zhù)要在北方播種，有些試驗種子還要分發(fā)到全國很多試驗點(diǎn)進(jìn)行種植測試。”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。”

　　種子是農業(yè)的“芯片”，關(guān)系著(zhù)中國人的糧食安全，對于農業(yè)現代化更是發(fā)揮著(zhù)基礎性作用。

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

　　優(yōu)良種子可以貢獻糧食增產(chǎn)量的45%—50%，但新品種培育周期長(cháng)、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)濟價(jià)值和共同遺傳特點(diǎn)的一群生物體。穩定性、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。真正的現代育種是在孟德?tīng)柊l(fā)現遺傳規律之后產(chǎn)生的，距今只有100多年。”

　　作物常規育種一般包括幾個(gè)基本步驟：遺傳變異的發(fā)現和創(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。

　　“育種是在現有種子的基礎上進(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。”中國農業(yè)科學(xué)院作物科學(xué)研究所副所長(cháng)、國家小麥產(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)現一些對產(chǎn)量有貢獻的優(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(cháng)、難度大、失敗率高。趙久然認為，把種子比作農業(yè)的“芯片”十分形象。芯片中有大量的晶體管，種子里也有數以萬(wàn)計的基因。作物性狀首先是由基因來(lái)決定的，環(huán)境對基因的表達也有影響。“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，最后把對育種目標有用的基因重新“組裝”起來(lái)，同時(shí)把不利的基因淘汰掉。

　　育種對促進(jìn)作物生產(chǎn)的作用顯著(zhù)，主要表現在提高產(chǎn)量、增強抗性、改善品質(zhì)、提高生產(chǎn)效率等方面。劉錄祥解釋?zhuān)N技術(shù)的革新發(fā)展，是農作物增產(chǎn)最重要的基礎之一，優(yōu)良種子可以貢獻糧食增產(chǎn)量的45%—50%。

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

　　20世紀以來(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(zhù)深刻變革。

　　“特別是分子標記、基因編輯等技術(shù)，近年來(lái)得到了迅速發(fā)展。常規的雜交育種、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)科技水平穩步提升，但仍面臨不少“卡脖子”難題

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

　　科技部農村科技司副司長(cháng)、一級巡視員蔣丹平介紹，在國家科技計劃等支持下，我國種業(yè)創(chuàng )新取得一系列重要進(jìn)展。

　　以2021年為例，基礎創(chuàng )新研究方面，提出了異源四倍體野生稻快速從頭馴化的新策略，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，打破了國外壟斷。

　　在新品種創(chuàng )制與應用方面，突破了小麥—冰草雜交國際難題，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——揚麥33號，有望成為我國新一代主導品種；小麥品種百農207、濟麥22，玉米品種京科968、裕豐303、中科玉505等新品種的年應用面積超過(guò)1000萬(wàn)畝，為保障糧食安全發(fā)揮了重要作用。

　　看到成績(jì)的同時(shí)，也要正視我國在種業(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；少數蔬菜品種還不能很好滿(mǎn)足市場(chǎng)的多樣化需求，一些適宜設施栽培、加工專(zhuān)用的蔬菜品種仍需進(jìn)口。

　　導致種業(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研究。”

　　趙久然認為，育種是一個(gè)長(cháng)期持續的創(chuàng )新過(guò)程，農作物育種平均周期都在5—10年。“科技項目一般周期是3—5年，有些項目期內創(chuàng )制出來(lái)的品種都是前期積累起來(lái)的，存在‘期限錯配’，對科研人員長(cháng)期穩定的支持不夠。”

　　同時(shí)，種業(yè)是一個(gè)系統工程，涉及種質(zhì)資源收集和評價(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)數量眾多，但規模和競爭力不夠，真正具備研發(fā)能力的種業(yè)企業(yè)少之又少。

　　知識產(chǎn)權問(wèn)題也不容忽視。自1999年實(shí)行植物新品種保護制度以來(lái)，我國農業(yè)植物新品種權申請總量已經(jīng)突破5萬(wàn)件，目前已授權近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、套牌侵權等違法犯罪行為也時(shí)有發(fā)生。

　　劉錄祥認為，侵權行為導致品種同質(zhì)化，嚴重挫傷了創(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(zhù)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，全方位擴大植物新品種權保護范圍，大幅度提高侵權損害賠償標準，進(jìn)一步健全激勵種業(yè)原始創(chuàng )新的法律制度，對推進(jìn)種業(yè)振興具有標志性意義。”

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

　　“無(wú)論是解決育種難題還是實(shí)現追趕超越，都需要有更大力度、更遠謀劃的創(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)現種業(yè)科技自立自強。

　　支撐方面，圍繞產(chǎn)業(yè)鏈部署創(chuàng )新鏈，將系統部署一批國家重點(diǎn)研發(fā)項目，建設種業(yè)領(lǐng)域國家重大創(chuàng )新平臺，推進(jìn)種業(yè)國家技術(shù)創(chuàng )新中心建設布局等。引領(lǐng)方面，圍繞創(chuàng )新鏈布局產(chǎn)業(yè)鏈，加快啟動(dòng)農業(yè)生物育種重大項目，驅動(dòng)基因編輯、全基因組選擇、合成生物學(xué)、生物大數據和人工智能等跨學(xué)科技術(shù)深度交叉融合與系統集成；鼓勵和支持企業(yè)積極參與國家種業(yè)領(lǐng)域科技計劃，擇優(yōu)支持中小企業(yè)科技創(chuàng )新。

　　走出新路方面，針對重大、緊迫、長(cháng)期瓶頸制約的任務(wù)，實(shí)行“揭榜掛帥”機制；針對區域特色種質(zhì)資源挖掘與創(chuàng )新利用等任務(wù)，采取“部省聯(lián)動(dòng)”機制，強化資源、管理、政策聯(lián)動(dòng)，推動(dòng)成果落實(shí)落地；針對聚焦關(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)銜機制，鼓勵自由探索，推動(dòng)青年科技人才脫穎而出。針對大家畜、林木等育種周期長(cháng)的特點(diǎn)，探索實(shí)行長(cháng)周期支持機制等。

　　“在2021年發(fā)布的國家重點(diǎn)研發(fā)計劃中，有19個(gè)項目采用‘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，鼓勵參與競爭。”蔣丹平舉例說(shuō)，“我們的青年科學(xué)家機制，改變了以往大項目、大團隊的申請方式，只要你在單點(diǎn)上有突破，能夠實(shí)現原始創(chuàng )新，同樣可以申請。在青年科研人員思想活躍、年富力強的時(shí)候，從國家科技計劃層面給予支持，為他們承接更大的課題打下基礎。”

　　針對育種科研周期長(cháng)的特點(diǎn)，今年科技部將遴選一批項目，采取長(cháng)周期的支持方式。“納入支持機制以后，我們采取3年評估、5年滾動(dòng)的模式，鼓勵科研人員潛心探索。”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的培育與應用”項目，獲2020年度國家科學(xué)技術(shù)進(jìn)步獎二等獎。從2001年開(kāi)始種質(zhì)資源鑒選，到2011年品種通過(guò)國家審定后進(jìn)行產(chǎn)業(yè)化和大面積示范推廣，再到2021年獲獎，趙久然的科研生涯是以10年為單位計算的。他的經(jīng)歷印證了育種不僅需要知識和智慧，更需要恒心和勇氣。（谷業(yè)凱）