我国玉米种业发展现状与建议

      以下文章来源于农科智库 ，作者北京市农林科学院

      作者：齐世杰、赵静娟、贾倩、顾亮亮、寇远涛

      单位：北京市农林科学院数据科学与农业经济研究所、中国农业科学院农业信息研究所

      玉米是我国第一大作物，是确保国家粮食安全的重要支撑。截止2022年，我国玉米种植面积约4307万公顷左右，年推广面积0.67万公顷以上的杂交种不足1000个，我国玉米育种面临遗传基础狭窄、优异种质匮乏、资源利用效率低下、技术转化不高等问题。深入剖析玉米种业发展现状和问题，对提升玉米种业的高质量发展，掌握关键技术，提高市场竞争力具有重要意义。

      一

      全球及主要国家玉米种业情况

      （一）全球玉米生产增势明显，进出口贸易格局相对稳定

      FAO 数据显示，1980-2021 年，全球玉米种植面积从 12578 万公顷增加至 20587 万公顷，增幅达 63.67%；全球玉米年均总产量约 11.4 亿吨，占全球粮食总产量的30%-35%，2011-2021 年，全球玉米总产量从 88777 万吨增加至 121023 万吨，增幅达 36.32%；自 2011 年以来，全球玉米单产水平持续增加，从 5.14 吨/公顷提高到2021 年的 5.87 吨/公顷，增长率达 14.2%。从世界主要国家来看，美国、阿根廷、巴西和乌克兰一直占据全球玉米出口量排名前四，近几年玉米出口基本保持稳定；日本、越南和韩国为进口前三位国家，进口比重相对比较稳定。

      （二）主要国家重视种质资源保护和利用，加快推进新品种创制

      一直以来，美国、印度以及国际玉米小麦改良中心（CIMMYT）非常注重种质资源的保护和利用。例如美国开展了拉丁美洲玉米项目（Latin American Maize Project，LAMP）、玉米种质改良（Germplasm Enhancement of Maize，GEM）等多项种质创新计划，建立了完善的国家植物种质资源系统NPGS，搭建了功能强大的种质资源信息网络（Germplasm Resources Information Network，GRIN），实现了 NPGS 成员单位相对独立的网站互联互通；利用简化基因组测序技术（Genotyping by Sequencing，GBS）对保存的 2815 份玉米自交系（包括来自全球育种项目的材料）进行了全基因组水平的基因型鉴定。印度农业研究委员会国家植物遗传资源局(ICAR-NBPGR)强调多层次的多边合作，检疫已成为印度植物遗传资源的重点发展方向。CIMMYT开展的“种子探索计划”，利用多样性序列芯片技术完成了 2.8 万份玉米种质资源的高通量基因型鉴定，为重要性状的新基因挖掘和新种质创制提供了信息、材料和技术支撑。

      （三）科学研究不断深入，多种生物技术成功应用于玉米育种

      全球玉米基因组数据持续增长。近年来，我国已构建了最大规模的玉米 EMS 突变体库并对玉米 Mu 突变体库进行了扩充，首次将 CRISPR/Cas9 系统用于玉米靶向突变体库创制。此外，涉及产量、抗病以及抗旱、耐盐渍、氮磷钾利用等重要性状的遗传解析不断深入。

      美国商业化育种围绕杂种优势利用，通过种质扩增，改良了玉米耐密植性状、提高了玉米杂交种的籽粒灌浆和脱水速度，克服了根系、茎秆、密植和灌浆、脱水等一系列机收障碍，满足了玉米机械化收获的需要。转基因技术在玉米育种中的应用不断深入。截至2023 年 12 月，国际农业生物技术应用服务组织（ISAAA）官网登记了 265 个玉米转化体。目前，基因编辑技术已应用于产量、品质、抗性、育性等遗传改良，并成功创制出高产糯玉米等新品种并实现产业化。分子标记技术应用广泛，特别是以 SNP 为代表的第三代分子标记技术已应用于全基因组选择领域。在玉米单倍体育种技术方面，先后克隆验证了单倍体诱导基因，提高了单倍体诱导效率，建立了单倍体技术和全基因组选择技术相结合的高效育种体系。近年来，美国先锋公司创制了不育系杂交制种技术（Seed Production Technology，SPT），成功解决了细胞核雄性不育系的保持问题，并攻克了雄性不育种子的自动化分捡，突破了传统细胞质雄性不育制种的局限，目前，SPT 制种已经在美国实现了商业化应用。

      （四）全球玉米种业科技格局初现，市场垄断加剧，跨国企业引领发展

      在科学研究方面，形成以康奈尔大学、加州大学戴维斯分校、冷泉港实验室、爱荷华州立大学、密苏里大学哥伦比亚分校、斯坦福大学、明尼苏达大学、威斯康星大学麦迪逊分校、乔治亚大学等为代表的科研团队；在育种技术研发方面，随着跨国种企新一轮整合，形成以拜耳—孟山都（德国）、陶氏—杜邦（美国）、中化+先正达（中国）、巴斯夫（德国）为首的四强鼎立时代，全球种业市场集中化程度更高。

      以基因编辑为代表的新兴生物技术，使育种定向改良更加精准便捷；以人工智能、区块链、物联网等为代表的新技术革命，为种业数字化创新升级奠定了基础。在大数据方面，精准农业种植成为趋势。跨国种企通过资源技术育种一体化，在玉米育种科技研发和种业市场份额上优势显著。

      二

      我国玉米产业发展现状

      （一）我国玉米生产增势明显，市场总体产需两旺

      据 FAO 数据统计，2011-2021 年，我国玉米种植面积从 336 万公顷增加到 433 万公顷，增幅达 23%；我国玉米总产量从 1929 万吨增加到 2727 万吨，增幅达 35.2%，至 2021 年，中国玉米收获面积全球排名第一。自 2011 年以来，我国玉米单产水平持续增加，从 5.7 吨/公顷提高到 2021 年的 6.3 吨/公顷，增长率达 9.9%，年均增长率1.07%。中国近两年的玉米进口量有明显增加 ，2022 年的玉米进口量达到 2061.85 万吨。

      （二）种质资源保护与利用协调发展不平衡

      目前我国农作物种质资源库保有量达到 51 万份，然而真正能在商业化育种中得到应用的种质资源不到 10％，有的作物甚至低至 3％。种质资源与育种亲本之间的矛盾越来越突出。近 20 年来，通过国家或省级审定的玉米品种主要为先玉 335、郑单 958 的衍生品种，玉米品种的遗传相似度非常高。杂种优势模式主要为瑞德/黄改和 SS/NSS，育种亲本主要集中在郑 58、昌 7-2、PH6WC、PH4CV 等玉米自交系，大量地方品种和热带种质束之高阁，导致已经审定的玉米新品种遗传基础日趋狭窄、同质化日益严重，在生产上抗风险能力不足。

      （三）科技创新实力增强，成效显著，产业化协同发展仍存在短板

      我国玉米育种主体仍以科研单位和高等院校为主，近年来持续开展群体改良工作，并取得显著成效，在外来种质资源利用方面取得新进展，采用转基因和基因编辑技术创制高抗性玉米品种方面成果突出，同时还利用新技术提升育种效率，研发能力得到极大提升，但育种实力与美国相比还存在一定差距。种子企业作为玉米育种的新生力量，科技创新的积极性显著提高，但受限于科研经费投入不足，科研团队人才不足等问题，与跨国种企仍存在较大差距。因此，我国虽然在育种科技和产业化布局方面有突出成效，但产业化协同发展仍不足主流的农作物育种技术仍然停留在传统育种技术阶段，基因编辑、全基因组选择技术等先进育种技术尚未形成工程化、商业化育种模式，急需加大科技成果的转化力度。

      （四）育种体系分工不明确，种企竞争能力不强

      《关于加快推进现代农作物种业发展的意见》（国发〔2011〕8号）明确提出对科研院所和高等院校加大基础性、公益性研究项目的投入力度，充分利用公益性研究成果，逐步建立以企业为主体的商业化育种新机制。目前大多数科研院所和高等院校是以农作物遗传育种为主，基础性、公益性的研究项目得不到重视；种子企业商业化育种体系建设仍处于起步阶段，种子企业的研发投入不足，可持续性不强，造成种子企业核心竞争力弱，科企合作紧密度不够，社会分工不明确。

      三

      我国玉米种业发展建议

      （一）强化关键育种技术开发，激发科技创新活力

      加快创新种质资源，通过采用国内外先进的技术手段改良种质；创新育种方法，采用生物技术育种与传统育种相结合的方法，提高育种的效率和技术水平。通过多学科的相互结合促进种子产业科技创新并且积极推进种子产业发展水平的提升。通过配套产业基地平台的构建与应用使玉米生物育种科技得到迅速转化。充分发挥玉米产业技术体系的作用使种源关键技术得到不断发展与创新，最终为种育种技术的提升起到关键作用。

      （二）加强与国际种质资源交流，保障遗传资源多样性

      目前国内外的种质资源引进愈发困难，共享交换将成为今后主要的渠道，因此要着重加强我国非原生农作物种质资源的国际交换，进一步规范农作物种质资源的国外引种。构建种质资源惠益共享和激励约束机制，通过契约关系明晰种质资源所有权，放活种质资源保藏单位运营权，赋予相关各方收益权，探索开展玉米资源保护与利用权益改革试点，研究制定资源赋权政策，推动建立资源共享利用和交易平台。

      （三）加快信息技术应用，推进种质管理数智化

      加强育种信息化技术的研发和运用，将现代信息技术运用于植物育种的全过程，将人工智能、区块链、物联网、大数据技术等与种业数字化创新升级相结合，开发智能化管理工具，推动高通量表型及基因分型数据信息的获取与处理。通过设立国家专项基金，稳定支持种子资源库建设和资源精准鉴定工作，针对抗虫、抗旱、抗病、抗倒伏等重要性状发掘出一批优异种质和基因；构建基于大数据技术的育种数据信息化平台，为解析生物学数据与目标农艺性状的关系提供信息，为加快育种进程提供数据支撑。

      （四）科研院所与企业协同创新，提升技术链和产业链合力

      构建以种子企业牵头，科研院所、高等院校共同参与的玉米育种科研创新体系，形成合理的产学与研发联合攻关的模式，重点扶持“育、繁、推”一体化企业，加强科企合作；结合中国玉米育种的需求和问题，制定具有阶段性、目标性、实用性的种质改良计划，注重不同育种主体的分工配合，避免重复、重叠资助，确保所资助范围涵盖种业产业链的各项关键技术，避免产业链不完备造成的“卡脖子”风险。

      参考文献：略