農業(yè)生產(chǎn)“三品一標”專家系列解讀之三：品種培優(yōu)—促進蔬菜產(chǎn)業(yè)高質量發(fā)展的新目標.pdf

doi 10 19928 ki 1000 6346 2022 1040 農業(yè)生產(chǎn) 三品一標 專家系列解讀之三 品種培優(yōu) 促進蔬菜產(chǎn)業(yè)高質量 發(fā)展的新目標 我國是世界上最大的蔬菜生產(chǎn)國和消費國 蔬菜產(chǎn)業(yè)的發(fā)展離不開種業(yè)的科技創(chuàng)新和優(yōu)良品種的支撐 圍 繞 2022 年 9 月農業(yè)農村部發(fā)布的 農業(yè)品種培優(yōu)實施方案 2022 2025 年 在梳理蔬菜種業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀 的基礎上 從種質資源 育種創(chuàng)新 種子基地和市場環(huán)境四個方面闡述了蔬菜種業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀 分析存在的 問題和產(chǎn)業(yè)發(fā)展需求 提出了蔬菜品種培優(yōu)的措施建議 為促進蔬菜產(chǎn)業(yè)高質量發(fā)展提供重要理論支撐和 參考依據(jù) 汪精磊 男 博士 助理研究員 主要從事蔬菜分子育種研究 E mail wangjinglei 通信作者 包崇來 男 碩士 研究員 主要從事蔬菜遺傳育種研究 E mail baocl 收 稿 日期 2022 11 07 接受日期 2022 11 20 基 金項目 國家大宗蔬菜產(chǎn)業(yè)技術體系項目 CARS 23 A09 浙江省 基礎公益研究計劃項目 LQ21C150003 汪精磊 胡天華 魏慶鎮(zhèn) 包崇來 浙江省農業(yè)科學院蔬菜研究所 浙江杭州 310000 蔬菜產(chǎn)業(yè)已成為我國種植業(yè)中第一大產(chǎn)業(yè) 蔬菜產(chǎn)業(yè)占用 10 的農業(yè)土地 貢獻了種植業(yè)近 40 的產(chǎn)值 在脫貧攻堅 鄉(xiāng)村振興及滿足人民 不斷提高的生活水平需求中發(fā)揮了重要作用 我國 作為蔬菜生產(chǎn)和銷售大國 蔬菜種子需求量巨大 種業(yè)對蔬菜產(chǎn)業(yè)科技進步的貢獻率占比達到 40 于拴倉和蘇同兵 2022 中央全面深化改革會 第二十次會議審議通過 種業(yè)振興行動方案 農 業(yè)現(xiàn)代化 種子是基礎 要把種源安全提升到關系 國家安全的戰(zhàn)略高度 集中力量破難題 補短板 強優(yōu)勢 控風險 實現(xiàn)種業(yè)科技自立自強 種源自 主可控 2021 年中央一號文件提出了 推動品種培優(yōu) 品質提升 品牌打造和標準化生產(chǎn) 新 三品一標 的概念 新 三品一標 中將 品種培優(yōu) 放在了 首位 充分體現(xiàn)了種業(yè)是農業(yè)的核心所在 是重中 之重 2022 年 9 月 農業(yè)農村部發(fā)布了 農業(yè)品 種培優(yōu)實施方案 2022 2025 年 以下簡稱 方 案 方案 從種質資源 育種創(chuàng)新 種子基地 和市場環(huán)境 4 個方面闡述了農業(yè)品種培優(yōu)的目標和 任務 為蔬菜種業(yè)的發(fā)展指明了方向 本文將從這 4 個方面闡述蔬菜 品種培優(yōu) 需要解決的問題和 未來發(fā)展方向 1 蔬菜種質資源保護與利用 種質資源是重要品種創(chuàng)新的基因庫 是促進現(xiàn) 代種業(yè)發(fā)展和農業(yè)技術創(chuàng)新的重要物質基礎 方 案 中明確提出 到 2025 年 要全面完成種質資 源普查 基本構建資源保護利用體系 創(chuàng)制挖掘一 批優(yōu)異種質資源 1 1 種質資源收集 我國從 20 世紀 60 年代開始開展蔬菜種質資 源的收集 鑒定和挖掘工作 目前 國家種質資源 庫中保存蔬菜資源逾 4 萬份 對蔬菜新品種選育起 到了重要作用 近年來 第三次全國農作物種質資 12 中 國 蔬 菜 CHINA VEGETABLES 產(chǎn)業(yè)廣角 2022 12 12 15 源普查與收集行動陸續(xù)在各省展開 加大了對地方 品種 培育品種和引進品種的普查力度 搶救性收 集了一批珍貴 稀有 瀕危資源 并發(fā)現(xiàn) 鑒定和 評估了一批特色優(yōu)質高效的新資源 我國蔬菜種質 資源收集工作取得了長足的發(fā)展 但與發(fā)達國家相 比 雖然我國擁有的蔬菜種質資源數(shù)量接近國外 種質資源豐富 但包含的國外資源不足 25 尤 其是起源于國外的番茄 菠菜等 其遺傳基礎極為 狹窄 陽文龍和李錫香 2019 張德純和徐東輝 2022 以美國為代表的西方各國已將遺傳資源全 球收集作為國家戰(zhàn)略 并制定法規(guī)控制核心資源的 輸出 加大了我國對全球資源收集的難度 為改變 這一狀況 應收集 引進國外蔬菜優(yōu)良種質 加強 種質資源庫 場 區(qū) 圃 建設 在適宜區(qū)域建設 一批蔬菜良種繁育基地 1 2 種質資源鑒定 鑒定評價是挖掘 創(chuàng)制和利用種質資源的前 提 蔬菜種質資源的鑒定評價包括形態(tài)特征 農藝 性狀 熟性 抗病性 抗逆性 品質等表型性狀 十三五 期間盡管開展了主要蔬菜種質資源表型 鑒定 但多以傳統(tǒng)的人工測量方法為主 通量低 準確度差 因此 應開發(fā)智能表型鑒定技術 提高 鑒定通量和精準度 此外 蔬菜作物的品質性狀包 括外觀 質地 氣味和滋味特性等 傳統(tǒng)的鑒定方 法多以感官鑒定為主 鑒定結果難以量化 可靠性 較差 應加快理化鑒定方法 技術的研發(fā) 確定控 制蔬菜關鍵性狀的因子 開發(fā)基于儀器的高通量精 準品質鑒定技術 隨著分子技術及測序技術的發(fā)展 蔬菜種質資 源的鑒定評價從早期的表型性狀鑒定發(fā)展到分子水 平的基因型鑒定 多個研究對蔬菜核心種質資源表 型和基因型進行了深入的鑒定分析 挖掘了黃瓜 番茄 白菜 菜豆 辣椒等多種作物多個性狀控制 基因或等位位點 測序技術在鑒定優(yōu)異性狀成因的 同時 為實現(xiàn)蔬菜作物優(yōu)異資源的挖掘和保護向基 因資源的轉變奠定了基礎 1 3 優(yōu)異基因挖掘 現(xiàn)代育成品種需要從種質資源中挖掘優(yōu)異資 源 基因用于品種改良 早期的蔬菜優(yōu)異資源挖掘 主要是通過表型選擇 隨著分子生物學的發(fā)展 分 子標記 測序技術已廣泛應用于基因挖掘工作中 近年來 不同單位利用表型遺傳分析 分子標記和 定位 變異組和轉錄組分析等 挖掘了一批控制生 長發(fā)育 抗病抗逆 品質等重要性狀的關鍵基因 曾 美娟 等 2021 如挖掘了在番茄中控制風味的基 因 Zhu et al 2018 十字花科蔬菜白菜 甘藍 蘿卜中控制抽薹的基因 汪精磊 等 2015 黃瓜 中控制皮色 瓜長的基因 Zhang et al 2012 等 這些基因將大大推動蔬菜由傳統(tǒng)育種向高效 定向 的分子設計育種轉變 但多組學新技術在蔬菜上應 用尚有限 深入挖掘較少 具有自主知識產(chǎn)權的優(yōu) 異基因仍舊缺乏 應從生產(chǎn)的迫切需求和具有重要 潛在利用價值的種質入手 加強多組學技術在基因 挖掘中的應用 充分利用生物信息學工具挖掘優(yōu)異 基因 以進一步釋放蔬菜種質資源的利用價值 2 蔬菜新品種自主創(chuàng)新 2 1 突破關鍵育種技術 提升原始創(chuàng)新能力 種業(yè)競爭本質上是原始創(chuàng)新能力的競爭 方 案 中明確提出 選育一批具有 自主知識產(chǎn)權 的品種 其關鍵在于育種技術的突破和創(chuàng)新 隨著 生物技術的快速發(fā)展 蔬菜生物育種技術取得了長 足進步 蔬菜育種已從早期的基于經(jīng)驗和傳統(tǒng)遺傳 學的育種時代發(fā)展到分子育種階段 并積極探索基 于基因工程 人工智能等技術融合發(fā)展為標志的新 一輪育種技術 我國在分子標記輔助選擇育種技術研究方面進 展迅速 特別是隨著我國完成了黃瓜 番茄 西瓜 大白菜 甘藍等蔬菜作物的全基因組測序 獲得了 海量的數(shù)據(jù) 在基因組學研究基礎上 定位克隆了 馬鈴薯熟性 抗晚疫病 番茄抗白粉病 黃瓜苦味 抗霜霉病等重要抗性和品質相關的基因 QTL 200 余個 開發(fā)了實用分子標記 100 余個 并建立了分 子標記輔助育種體系 李廣存 等 2022 以 CRISPR Cas 為代表的基因編輯技術為蔬菜 作物實現(xiàn)精準 高效 省時 省力和安全的種質創(chuàng) 新提供了新的機遇 我國已經(jīng)在番茄 甘藍 白 菜 黃瓜 西瓜 南瓜等多種蔬菜作物上實現(xiàn)基因 編輯 唐笑 等 2022 此外 轉基因技術在多種 作物上較成熟 目前轉基因植株進入田間試驗階 段的蔬菜作物有番茄 黃瓜 甜瓜 南瓜 甜玉米 等 雖然基因工程技術在部分蔬菜作物上取得了較 13 中 國 蔬 菜 CHINA VEGETABLES 產(chǎn)業(yè)廣角 快發(fā)展 但在一些蔬菜中還存在缺乏適用于多種基 因型的高效遺傳轉化體系 以及缺少可用于編輯的 功能基因等亟需解決的問題 因此 建立各種蔬菜 遺傳轉化體系 探索不依賴于組織培養(yǎng)的轉基因 途徑 是蔬菜作物基因編輯技術廣泛應用的研究 方向 智能育種是基于作物表型 遺傳和分子的數(shù)據(jù) 基礎 通過人工智能技術設計最佳育種方案 進而 定向 高效培育新品種 目前僅在番茄等少數(shù)蔬菜 作物中有所探索 2 2 構建高效育種體系 培育符合市場需求的新 品種 我國主要蔬菜種類的品種良種覆蓋率達 90 以上 良種對蔬菜產(chǎn)業(yè)的貢獻率為 40 與發(fā)達國 家良種的貢獻率普遍在 70 以上仍有較大差距 解 沛 等 2022 以北京新 3 號系列大白菜 中甘系 列甘藍 中椒 京甜系列辣椒 津優(yōu) 中農系列黃瓜 京葫系列西葫蘆 京欣 華欣系列西瓜等為代表的 優(yōu)良品種 占據(jù)了國內蔬菜市場主導地位 王立浩 等 2016 但部分高端蔬菜品種 如青花菜 胡 蘿卜 菠菜 洋蔥等的良種對國外依存度高達 85 以上 佟屏亞 2021 目前我國蔬菜種子進口量 仍遠超出口 進出口貿易逆差也在逐年增加 石鑫 巖 2022 因此 迫切需要突破 卡脖子 難題 綜合運用現(xiàn)代育種技術 培育高產(chǎn)優(yōu)質 抗病抗逆 的品種 滿足市場和產(chǎn)業(yè)發(fā)展需求 方案 中提出 選育一批具有 優(yōu)質高產(chǎn) 抗病抗逆 適宜機械化作業(yè)等 的品種 為蔬菜新 品種選育指明了新的方向 高產(chǎn) 一直以來是蔬 菜育種的重要目標性狀 從 20 世紀 70 年代開始 雜種優(yōu)勢利用成為培育高產(chǎn)蔬菜作物的重要育種途 徑 抗病育種在 六五 七五 中列入國家重點 攻關項目 從 八五 開始 優(yōu)質 已列為蔬菜 育種的目標之一 這一時期培育的蔬菜新品種 除 高產(chǎn) 抗病抗逆外 多項品質指標也都有很大提升 方智遠 2017 近年來 隨著勞動力成本的急 劇上升 生產(chǎn)上急需適合機械化生產(chǎn)的蔬菜品種 現(xiàn)有的品種和生產(chǎn)技術不適合機械化生產(chǎn) 因此需 要重點圍繞蔬菜生產(chǎn)用工量大的環(huán)節(jié) 大力培育推 廣適宜機械化生產(chǎn)的優(yōu)良品種 并開展農機與農藝 融合創(chuàng)新 3 建設高標準的良種繁育基地 蔬菜良種繁育是種業(yè)產(chǎn)業(yè)鏈的重要部分 也 是連接種業(yè)創(chuàng)新和市場銷售的重要橋梁 方案 提出 種業(yè)良種繁育體系更加健全 現(xiàn)代化水平明 顯提高 全面提升國家農業(yè)供種保障水平 目前 經(jīng)農業(yè)農村部認定的國家級育制種基地中 蔬菜 類 含西甜瓜 區(qū)域性良種繁育基地共 24 個 認 定結果表明 我國蔬菜良種繁育基地形成了三大優(yōu) 勢區(qū)域 西北 甘肅 新疆 寧夏 制種優(yōu)勢區(qū) 河南濟源十字花科蔬菜制種優(yōu)勢區(qū)和山東蔬菜種苗 生產(chǎn)優(yōu)勢區(qū) 張鳳蘭 2022 但我國生產(chǎn)的蔬菜 種子在質量上還是與國外存在差距 國外企業(yè)高產(chǎn) 優(yōu)質雜交種種子的遺傳質量 商品質量 健康質量 高 且價格普遍高出國產(chǎn)品種 5 10 倍 應加強已 認定的區(qū)域性制種基地或制種大縣的種子生產(chǎn)能力 建設 發(fā)展建設適合不同蔬菜制種的生產(chǎn)基地 按 照規(guī)模化 標準化 集約化 機械化 信息化的要 求建設高質量繁種基地 并嚴格控制種子的生產(chǎn) 檢測 精選 加工和包裝等環(huán)節(jié) 4 標準化建設及知識產(chǎn)權保護 我國蔬菜種子生產(chǎn)企業(yè)約有 4 000 家 其中 育繁推一體化 經(jīng)營有效區(qū)域為全國的蔬菜種子企 業(yè)有 40 家 蔬菜種業(yè)總產(chǎn)值在 400 億元以上 丁 海鳳 等 2020 王志丹 等 2021 我國蔬菜種業(yè) 相關企業(yè)數(shù)量多 但龍頭企業(yè)少 大部分企業(yè)研發(fā) 能力弱 加之種業(yè)行業(yè)知識產(chǎn)權保護環(huán)境差 產(chǎn)權 保護取證難 查處難 抑制了企業(yè)研發(fā)投入的積極 性 因此 加快我國蔬菜種業(yè)標準化建設和知識產(chǎn) 權保護體系建設迫在眉睫 目前 我國現(xiàn)行有效的蔬菜種業(yè)相關國家標準 20 項 國家標準計劃 10 項 2 項為新制定 8 項 為修訂 行業(yè)標準 15 項 地方標準 152 項 安潔 等 2022 雖然現(xiàn)有的標準在蔬菜種業(yè)發(fā)展中起 到引領作用 但仍然存在較多問題 一是標準數(shù)目 少 對產(chǎn)業(yè)鏈和作物種類覆蓋不全 如西葫蘆 南 瓜 秋葵等作物種子質量缺乏標準 二是標準標齡 長 不能滿足市場發(fā)展需求 2014 年后未發(fā)布過 重要的蔬菜種子標準 三是部分標準交叉矛盾 如 西葫蘆和絲瓜等作物 在不同地方標準中指標要求 14 中 國 蔬 菜 CHINA VEGETABLES 產(chǎn)業(yè)廣角 不同 因此 應加快蔬菜種業(yè)標準的制定和更新 補充或增加現(xiàn)行標準中缺少的作物 并對不同標準 交叉重復的內容進行修訂 安潔 等 2022 知識產(chǎn)權是促進種業(yè)競爭力的加速器 方 案 將知識產(chǎn)權保護作為種業(yè)治理體制機制完善的 重點 目前我國蔬菜新品種保護存在問題較多 一 是侵權現(xiàn)象嚴重 由于蔬菜親本繁殖材料容易獲 取 維權難度大 加上利潤空間大 導致套牌 同 物異名 甚至盜取親本 從繁種農戶手上高價套購 等現(xiàn)象嚴重 二是派生性 相似性 同質化程度較 高 致使企業(yè)創(chuàng)新積極性下降 競爭力差 三是維 權成本高 新品種保護體系建設有待健全 因此應 縮短植物新品種權申請周期 并對審查期間的品種 提供暫時性保護 加大侵權處罰力度 明確行政主 體責任 提高行政執(zhí)法效率 營造依法維權的良好 氛圍 畢文停和孫日飛 2020 阿布都克尤木 阿 不都熱孜克 等 2022 從而切實提高知識產(chǎn)權保 護效果 實現(xiàn)從種質資源 親本到品種的全產(chǎn)業(yè)鏈 保護 參考文獻 阿布都克尤木 阿不都熱孜克 古麗米拉 艾克拜爾 徐麟 顏國榮 劉寧 趙連佳 鄧超宏 帕麗旦 艾海提 王威 2022 我國 農業(yè)植物新品種保護發(fā)展回顧 現(xiàn)狀分析及發(fā)展建議 中國 農業(yè)科技導報 24 9 1 11 安潔 徐佳瑩 楊灃江 2022 我國蔬菜種業(yè)標準化現(xiàn)狀研究與分 析 中國標準化 18 89 92 畢文停 孫日飛 2020 我國蔬菜新品種保護分析及建議 中國蔬 菜 12 7 10 丁海鳳 范建光 賈長才 秦成萌 楊業(yè)圣 張海龍 張鳳蘭 溫常龍 于拴倉 許勇 2020 我國蔬菜種業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀與趨 勢 中國蔬菜 9 1 8 方智遠 2017 中國蔬菜育種學 北京 中國農業(yè)出版社 李廣存 莊飛云 王立浩 薄凱亮 李國亮 劉星 張圣平 王曉 武 2022 蔬菜生物育種發(fā)展概述 中國基礎科學 24 4 29 36 石鑫巖 2022 我國蔬菜種子國際貿易格局與競爭力評價研究 中 國瓜菜 35 4 112 116 唐笑 王桂香 劉凡 韓碩 宗梅 郭寧 段蒙蒙 2022 基因編 輯技術在蔬菜中的研究進展 中國蔬菜 8 17 30 佟屏亞 2021 怎樣解決中國種業(yè)遇到的 卡脖子 問題 種子科 技 39 19 1 2 汪精磊 李錫香 邱楊 張曉輝 沈鏑 王海平 孫玉燕 段蒙 蒙 2015 十字花科蔬菜抽薹開花性狀的調控機理和分子育 種研究進展 植物遺傳資源學報 16 6 1283 1289 王立浩 方智遠 杜永臣 徐東輝 張揚勇 楊麗梅 龔一帆 劉富中 莊飛云 2016 我國蔬菜種業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略研究 中國工程科學 18 1 123 136 王志丹 石鑫巖 張慧 2021 我國蔬菜種業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀 問題及政 策建議 中國瓜菜 34 9 120 123 解沛 宋子涵 熊明民 2022 中國種業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀與對策建議 農 業(yè)科技管理 41 1 9 12 陽文龍 李錫香 2019 我國蔬菜種質資源工作 70 年回顧與展 望 蔬菜 12 1 9 于拴倉 蘇同兵 2022 我國蔬菜育種技術發(fā)展與展望 蔬菜 4 15 20 曾美娟 劉建汀 卓玲玲 陳敏氡 葉新如 王彬 朱海生 溫慶 放 2021 全基因組關聯(lián)分析在蔬菜育種研究中的應用 中 國蔬菜 4 41 47 張德純 徐東輝 2022 解讀新 三品一標 促進蔬菜產(chǎn)業(yè)發(fā)展 中國蔬菜 4 1 3 張鳳蘭 2022 我國蔬菜種業(yè)發(fā)展成效和趨勢 蔬菜 5 1 5 Zhang L Si L T Li K 2012 Genetic analysis of fruit length in cucumber Acta Agriculturae Boreali Occidentalis Sinica 21 3 114 117 Zhu G T Wang S C Huang Z J Zhang S B Liao Q G Zhang C Z Lin T Qin M Peng M Yang C K Cao X Han X Wang X X Knaap E Zhang Z H Cui X Klee H Fernie A R Luo J Huang S W 2018 Rewiring of the fruit metabolome in tomato breeding Cell 172 1 2 249 261 15 中 國 蔬 菜 CHINA VEGETABLES 產(chǎn)業(yè)廣角