中国蔬菜种业创新趋势分析
2015-01-04丁海凤于拴仓王德欣贾长才张凤兰
丁海凤 于拴仓 王德欣 贾长才 张凤兰 许 勇
(北京市农林科学院蔬菜研究中心,北京京研益农科技发展中心,农业部华北地区园艺作物生物学与种质创制重点实验室,蔬菜种质改良北京市重点实验室,北京 100097)
中国蔬菜种业创新趋势分析
丁海凤 于拴仓 王德欣 贾长才 张凤兰 许 勇*
(北京市农林科学院蔬菜研究中心,北京京研益农科技发展中心,农业部华北地区园艺作物生物学与种质创制重点实验室,蔬菜种质改良北京市重点实验室,北京 100097)
未来中国蔬菜种植面积将稳定略增,进一步向优势产区聚集将是产业变革的发展方向;由于资源紧缺、环境恶化与安全质量要求的提高,土地流转与人口转移政策,劳动力紧缺与人工成本提高,轻简省工栽培技术的需求,“互联网+”以及外来资本与新兴企业形态的进入等一系列变革,将改变种植业的生产方式与供应模式。蔬菜种植业新一轮的变革注定带来种业从组织到商业模式的变革,主要表现为:种业将成为国家农业基础性与战略性产业,提高种业企业创新能力与竞争力将是未来政府的主要目标;企业重组将成为带动种业变革的主要形式,“育繁推一体化”大型种业企业将变革为单品类作物产业链的服务商,中小型种业企业将成为新兴业态的服务商;种业企业销售网络将由扁平化逐步替代多级代理,零售商将成为企业为农民生产的技术服务员;蔬菜育种目标将更为多元化,在原有高产、抗病、优质的基础上,品种向特色化和专用化方向发展;对育种团队人员素质的要求将不断提升,多学科协同创新将是未来方向,育种的组织管理模式与育种理念转变是提高种业企业竞争力的必经之路。为提高中国蔬菜种业的竞争力,需要建立育种信息管理和数据分析系统、下一代测序技术、分子辅助育种与全基因组选择技术、高通量基因型检测平台、植物表型组平台、DH双单倍体工厂化技术平台、种子处理与检测技术平台、基因组编辑等技术体系。
未来农业的竞争首先是种业的竞争。目前中国正处于政治、经济、社会、文化、生态“五位一体”全面改革的时期,同样中国蔬菜种植业也处于变革的关键时期。蔬菜种植业新一轮的变革注定带来种业从组织到商业模式的革命,同时生物技术与信息技术的创新也正在引发种业技术的革命。本文在分析未来中国蔬菜种植业变革趋势的基础上提出了蔬菜种业组织与商业模式变革方向,通过体制、机制与技术创新,促进中国蔬菜种业公益性研究机构与企业建立最新的研发技术体系,以提高中国蔬菜种业整体创新能力与企业市场竞争力,迎接未来发展变革的挑战。
1 未来中国蔬菜种植业的变革趋势
1.1 蔬菜种植面积将稳定略增,进一步向优势产区聚集将是产业变革的发展方向
蔬菜在中国城乡居民膳食结构中具有非常重要的地位,是近年来产业发展速度最快的重要农产品之一,也是重要的出口农产品,在国际贸易中比较优势较为明显。2014年全国蔬菜种植面积2 133.3万hm2(3.2亿亩),同比增加2.0%(图1);总产量7.48亿t,同比增加1.9%;总产值超过1.3万亿元。按照《中国农业展望报告(2015-2024)》预测,蔬菜生产仍将稳定发展,但增速趋缓。受土地、水资源等要素短缺的影响,预计未来10年中国蔬菜种植面积进一步增加的空间有限,播种面积、单产和总产量增速将趋于放缓。2024年蔬菜种植面积将增至2 156.0万hm2(32 340万亩),年均增速为0.1%;随着蔬菜设施的发展和生产技术水平的提高,蔬菜单产水平将继续稳步提升,预计未来10年年均增速为0.5%;蔬菜总产量年均增速将有所放缓,2024年将达到79 213万t,年均增速为0.6%,低于过去10年年均增长速度。
图1 2005~2014年中国蔬菜生产面积及产量
2014~2015年上半年蔬菜价格连续回落,也预示着新一轮蔬菜产业在种植面积与总产量的扩张上已达到最高峰,全国蔬菜播种面积已经到了临界点,在稳定现有播种面积总量的前提下,深化调整蔬菜种植的结构与布局将是产业未来的主攻方向。利用优势产区在气候、土壤、人力与交通等方面的优势,产业聚集度将不断提升,专业化的单品生产将进一步稳定发展,优势产区之间的衔接与互补将直接影响到全国蔬菜周年供应与价格走势,大城市城郊的蔬菜生产供给作用还将不断下降,朝着精细化、观光采摘、不耐贮运的叶菜类蔬菜及应急性生产为主的方向转变。适合优势产区生产的蔬菜品种将是未来蔬菜育种的主流方向。
1.2 资源紧缺、环境恶化与安全质量要求的提高,加剧了蔬菜种植业的生产效率与比较效益的下降
中国农业生产存在土地与水资源紧缺、农田环境恶化等一系列问题,主要表现:首先,在资源约束不断加剧的形势下,种植业的增产空间越来越小,难以做大做强;其次,栽培过程中过度依赖于化肥、农药、水资源等,不仅造成资源的过度消耗,而且也导致优质良田板结、贫瘠等,从而致使优质土地资源的消耗也在不断加大;第三,由于劳动力短缺和老龄化加剧,传统高产品种以精耕细作为主的农业生产模式难以为继;第四,消费者安全意识以及安全质量标准提升,制约了目前生产方式继续发展;第五,“常规技术+大水大肥大药+低价劳动力+高投入=菜田高产”的模式,成为目前导致蔬菜生产效率与比较效益下降的主要因素。这对设施蔬菜生产的影响与冲击表现得尤为突出,设施生产的连作障碍导致温室与大棚的生产效率下降,几乎所有的果类蔬菜均需嫁接,尽管嫁接是保证蔬菜安全生产与提高生产效益的有效办法,但无形之中增加了生产成本。近几年因一个蔬菜安全质量事故摧垮一个地区蔬菜产业的报道也屡见不鲜。提高蔬菜品种的抗逆抗病虫害能力,保障蔬菜产品安全质量将是保证蔬菜产业可持续发展的重要途径。
1.3 土地流转与人口转移政策,进一步增加了农业适度规模经营主体的数量
2014年国家出台各类土地流转政策,同时提倡资本下乡与土地结合,即公司可以通过大面积流转土地进行农作物种植,配套初加工或深加工。通过“公司+农户”的形式将中小型规模化的种植户集合成大规模的原料供应商,提供必要的生产资料,提出生产规范及种植指导。土改深化有利于农村人口转移,在不久的未来,真正靠土地营生的农户将降低在千万户以下。适合规模化生产的品种与生产方式,将是未来蔬菜生产的主要需求。
1.4 劳动力紧缺与人工成本提高,进一步加速了农业机械化与省工栽培技术的应用
农业生产轻简化、机械化迅猛发展成为带动中国种植业发展的技术主流。尽管机械化在要求精耕细作的蔬菜上应用有一定难度,但肯定是未来的发展方向。目前通过蔬菜包衣丸粒化技术可以实现机械大田粒播。通过单粒直播丸粒化大白菜种子和地膜覆盖加膜下滴灌技术,可以实现大白菜在播种后不再需要间苗、除草等田间操作,同时采用的丸粒化材料中带有微肥、保水剂等,最终达到节水、省工、提高劳动者生产效益的效果。因此,培育适合机械化生产、省工省力的蔬菜品种也将是未来蔬菜产业的需求。
1.5 “互联网+”以及外来资本与新兴企业形态的进入,进一步加快了农产品供应的时效性与便捷化,改变了种植业的生产方式与供应模式
中国农村的经济发展和互联网环境正在不断改善。官方数据显示,2014年全国农村居民人均可支配收入为10 489元,比2013年增长11.2%;农村网民数为1.78亿人,占比27.5%,农村互联网普及率达到28.8%。未来几年将是“互联网+”攻克最终堡垒——农业产业的最佳时期。大流通物流格局的快速形成与电商化,必将加快农产品供应的时效性与便捷化。在电子商务环境下,农产品可以以最快的速度从原产地到消费者手中,甚至可以部分实现全程冷链,做到新鲜、安全、放心及个性化服务。同时,京东、苏宁等企业纷纷宣布了农资、生鲜频道的上线,淘宝更是中国农户争相发力的平台,顺丰优选也在2012年依托物流优势杀入生鲜电商行业。可以说目前电商化已经进入农业全程产业链,外来资本与新兴企业形态的进入,进一步改变了种植业的生产方式与供应模式。阿里巴巴、联想佳沃、京东农资、云农场等新兴资本进入农业,必将会对农产品流通模式与生产方式产生颠覆性的影响。社会化服务体系也是一个新兴业态,主要通过为农民直接提供种植业的药物防治以及产品收购等服务来控制农民的土地,一旦该体系的企业获得了农民该区域内土地的统防统治与产品收购的权利,必将是区域良种经销商最致命的杀手。因此,关注新兴业态的发展,让种业成为新兴业态产业链的重要技术创新支撑力量,将是未来蔬菜种业发展的重要方向。
2 蔬菜种业组织与商业模式变革的方向
2.1 种业将成为国家农业基础性与战略性产业,提高种业企业创新能力与竞争力将是未来政府的主要目标
随着国务院关于种业的8号文件、109号文件的陆续出台,实现事企分离,提高种业门槛是政府种业政策调整重点。财政部和国家税务总局也同时出台了关于扶持“育繁推一体化”企业的减免税收政策,建立了总额20亿元的现代种业发展基金;各地方的种业企业也获得了类似“免税财补双优惠政策”等;目前正在广泛征集意见修订的《种子法》、《主要农作物品种审定办法》等,都是国家大幅提高种业监管力度与提高种业知识产权保护力度以及提高种业企业创新能力的重要措施。这些措施的制定与实施,一方面体现了中国政府对种业作为粮食安全与农产品有效供给上的基础性与战略性地位的高度重视,另一方面也说明了中国种业企业自主创新能力与跨国公司之间存在巨大差距(吕波和郑少锋,2014)。图2与图3反映出中国种业企业前10强与跨国企业的差距,但在近5年大田作物种业企业也取得长足的进步,大田作物的种业聚集度有显著提高,前10强市场占有率已经达到27%。进一步对中国蔬菜种业企业分析来看,蔬菜种业企业总体上规模较小、资源分散、实力较弱。目前,全国蔬菜种业企业逾5 000家,但据中国种子协会“2014年中国蔬菜种业信誉骨干企业”评比结果,前15强市场占有率不到10%,其中销售额超亿元的蔬菜种业企业为数不多。
图2 2013年世界种业企业销售额排名
图3 2013年中国种业企业销售额排名
2.2 企业重组将成为带动种业变革的主要形式,“育繁推一体化”大型种业企业将变革为单品类作物产业链的服务商,中小型种业企业将成为新兴业态的服务商
国家政策已经亮明了“定向扶持”的方向标——推动种子企业兼并重组,坚持扶优扶强,培育具有核心竞争力和较强国际竞争力的“育繁推一体化”种子企业。“育繁推一体化”的大型企业与专业化有独特实力的中小企业将成为种业企业的主力军。近些年大型企业在研发投入、兼并重组、基地建设、人才引进等方面步伐明显加快,直接导致了种业市场的高度集中,形成了一批“育繁推一体化”的大型企业。大型种业企业将以单一或者几类作物种子为销售产品,变革为“为用户效益提升提供一体化技术方案”的服务商。随着现代农业内涵与外延大大拓展,从生产前包括种子在内的生产资料的投入,到产后的收获、加工、流通、贸易、营销、服务等,不再仅局限于单一环节。服务模式也在不断创新,基本沿着三大方向发展:① 终端拉动合理化——市场需求,定点配送;② 技术指导标准化——设施建设、栽培管理全程标准化、可控化;③ 农资配套一体化——农药、肥料、农机一条龙服务。越来越多的农民,希望得到从购买种子开始的全程技术服务,以保证品种最大效益的体现,所以引出渠道式营销的革命,延伸服务的增值。
2014年10月,阿里巴巴宣布启动“千县万村”计划,今后几年其电子商务网络将会覆盖到全国1/3强的县以及1/6的农村地区。“京东送种子下乡”由京东提供农产品优质种子和优质种苗,由农民种植农产品,最后通过京东平台销售。这一闭环式的布局一旦形成,京东将把广大农村打造成一个庞大的生鲜农产品生产基地。联想控股的佳沃集团与云农场合作,将构建以全产业链运营、全球化布局、全程可追溯为核心理念的现代农产品业务。中小型种业企业参与并整合到新兴业态之中,并成为其联盟企业,为新兴业态服务将是中小型种业企业的重要业务。
2.3 种业企业销售网络将由扁平化逐步替代多级代理,零售商将成为企业为农民生产的技术服务员
目前中国蔬菜种业的销售模式,依然是以多级代理的形式形成的销售网络,种业渠道商占据了种子销售的较大利润空间,同时各分销渠道之间还存在冲突,协调或者保护渠道商的利益成为种业企业营销的主要工作重点与难点。以信息不对称所带来的非对等利润的商业模式,在互联网时代将必然被打破,尽管蔬菜种子作为一个再生产资料,因品种类型多、个性化需求多,在示范推广上有其独特性,需要终端经销商提供各种服务。在互联网时代,未来蔬菜种业企业销售网络最显著的变革将是扁平化,一是渠道直营化;二是渠道短宽化。这样有利于企业快速适应市场变化的需要,在分权的管理体制之下,各层级之间的联系相对减少,各基层组织之间相对独立。将来的种业企业谁越接近消费者(种植农户),谁越有可能赚钱。而现有的零售终端商必然要转变服务方式,最终可能成为销售渠道上的送货商、技术实施的服务商。
2.4 蔬菜育种目标将更为多元化,在原有高产、抗病、优质的基础上,品种向特色化和专用化方向发展
传统蔬菜育种目标主要是针对高产、抗病、优质,这些目标更多是符合种植者的需求,未来发展将需要考虑收购商与销售商的需求,比如耐贮运、长货架期等。对消费者在口感、风味上的需求更加重视。同时易制种、种子质量风险低等也是育种家需要关注的重点。即使是针对种植者的需求,也将有较大变化,如适合机械耕作与收获、轻简省工的品种将越来越重要。由于通过全国不同生态优势区域开展大流通蔬菜供给,对某些蔬菜品种的早熟性就不会像以前要求如此之高,但对品种持续生产能力要求却更高。由于蔬菜生产区域、生产方式、消费需求等各方面的多样化及不可确定性,且育种家很难将各类需求聚合在一个品种上,这就决定了蔬菜品种的育种目标需要及时与市场对接,育种家必须积累丰富的育种材料,才能根据市场做出快速反应。通过品种优异性状的创新来引领市场与生产变革,是蔬菜育种的最高境界。
2.5 对育种团队人员素质的要求将不断提升,多学科协同创新将是未来方向
传统育种团队主要由遗传育种、栽培与植保等专业人员构成,一个不懂分子生物学的常规育种专家在未来团队中的作用将有所下降,分子辅助育种技术将会改变原有育种的基本方法,高通量分子鉴定技术将部分替代田间选择。同时,未来育种团队中将会补充分子生物学、采后、机械、生物信息学等人才。多学科复合型管理人才将在育种创新团队中发挥领导作用,与产业链相关的辅助人才如品种测试体系、品种权保护与登记等,也是一个优秀种业企业不可替代的人才。通过构建流水线的育种平台,将利于发挥多学科协同创新的优势,大幅度提高育种效率和水平。
3 新型种业企业所需建立的管理体系与技术体系
3.1 先进管理组织模式与现代商业化育种理念
育种的组织管理模式与育种理念转变是提高种业企业竞争力的必经之路。在计划经济年代,中国的蔬菜育种基本上由农业科研单位和大学承担,主要是以项目为导向的育种组织与管理方式,通过有组织地与生产相结合,育成了一大批突破性蔬菜品种,为中国蔬菜产业发展提供了强有力的支撑。随着改革开放,市场化程度不断提高,蔬菜生产方式发生了巨大变化,同时跨国公司进入中国,传统的组织模式就显得滞后于市场需求,整个系统未做到人尽其才、物尽其用,效率低下。中国蔬菜种业不得不发生了被动变革,特别是近十年来,商业化行为越来越明显,主要采用市场与项目共同导向的组织管理模式,组内人员分工较为明确,呈现大批量研究、集团化运行的“作坊式”模式。与跨国公司相比,需要尽快构建以“市场化导向、专业化分工、标准化评价、规模化实施、集约化运行”的“工厂式”先进的育种管理组织模式。另外,在育种理念上也需要变革,目前依然采用的“主持人设计、临时性分工、个性化标准、混合作业”育种方式,将逐步向“课题与企业联合设计、组内明确分工、课题组规范、分开作业”方式过渡,未来将建立“科学设计、明确分工、标准规范、流水作业”的现代商业化育种理念。这是一个长期过程,需要从大学开始培养职业育种家。中国拥有世界上最大的职业育种人才队伍,他们具有坚实的专业基础知识以及吃苦耐劳的品质,只要按照先进育种理念来规范育种流程,一定会造就一大批优秀的育种专家。
3.2 中国蔬菜种业创新需要建立的技术体系
现代生物技术正在引发新一轮的种业技术革命。1983年,美国华盛顿大学和威斯康星大学的科学家分别利用农杆菌介导的方法将卡那霉素抗性基因导入烟草和将大豆基因转入向日葵,标志着植物转基因技术改良农作物的开始。2000年第一个模式植物拟南芥基因组在《自然》上发表,到2015年初,全世界已经有13种主要蔬菜完成了基因组测序,其中一半以上由中国科学家牵头完成。近两年来发展的基因组编辑技术和全基因组选择技术在遗传育种领域展现了广阔的发展前景,必将引发新一轮的种业科技革命。
蔬菜传统育种技术包括种质资源收集,抗病、抗逆、品质与农艺性状评价,遗传规律研究和优异基因挖掘,自交、杂交和回交,优异性状重组与聚合,优良单株选择与纯化,配制杂交组合,配合力测定,优选组合等过程。传统育种技术在未来种业变革中,将依然发挥不可替代的作用,现代信息与生物技术必须有机地与常规育种技术相结合,才能发挥更大的效应。育种过程从遗传的本质上来讲包括四部分:发现变异、创造变异、纯化变异和选择变异。利用生物技术与信息技术的最新成果,在常规育种过程的基础上建立定向准确、省时高效,精准化、流程化和规模化的技术体系。目前,中国蔬菜种业创新亟需建立以下几项技术体系。
3.2.1 育种信息管理和数据分析系统 育种信息化管理是跨国公司提高育种效率、加快育种进程的重要途径。国外大型商业化育种企业,如先锋公司、孟山都等根据自己实际需求,研发专用育种资料分析与试验数据统计分析软件系统,将分布于世界各地的种质资源、种质评价数据、育种资源的系谱数据、亲本配组和图片管理在统一管理平台上实行集中分类管理,通过智能化信息技术,能够高效分析和处理海量的生物遗传信息,并在整个研发体系实现规范交流和共享,大幅度提高了对大量中间材料的鉴别、筛选和分类管理能力。
育种信息管理和数据分析系统包括两个方面的应用:一是实验室信息管理系统,用于实验平台和自动化仪器的操作管理,实验样品的跟踪及存储,实验数据的分类管理和分析应用等;二是大规模田间试验数据的收集、质量控制、分类、保存、查找和各种各样的统计分析及相关应用。该系统更适应于流程化、高通量、规模化育种,并可做到信息共
享与积累,有利于实现企业内分工协作及企业科技资源或产权的保护。但对于小规模的“作坊式”育种体系,该系统的应用在一定程度上“增加”了工作量或工作成本,短期内效果不明显,可能效率更低。
3.2.2 下一代测序技术 第一代Sanger法为DNA测序打开了大门,但它高昂的费用限制了在大规模测序工程上的使用。当今发展迅猛的第二代高通量测序设备,包括Illumina的Solexa、Roche 454系列以及ABI的SOLiD系统等,使测序费用大幅降低,但每条读出的DNA序列太短,使得后续的装配工作困难重重。Pacific Biosciences公司推出第三代测序仪PacBio读长再度升级,平均读长已提高到10 000 bp以上。测序技术的发展不仅为某个物种的基因组序列参考图绘制提供了可能,并已广泛应用于全基因组关联分析、进化分析、高密度遗传图谱绘制、基因定位、规模化单核苷酸多态性(SNP)标记开发、全基因组功能基因挖掘等研究,也为基因调控网络研究以及表观遗传学研究提供全视角、高效的技术方案。该平台的优势是在短时间内获得海量数据,单位点的成本低,并且能开展全视角的分析。但由于测序数据量大,对生物信息学知识要求较高,样本量多时成本较难控制。
3.2.3 分子辅助育种与全基因组选择技术 随着基因组测序的开展和SNP分析技术的进步,分子标记育种正朝着“全基因选择”方向发展。获得覆盖全基因组的超高密度的分子标记,特别是SNP标记,已不再是分子育种的障碍,基于全基因组的分子辅助选择体系,已经成为分子育种的重要方法,结合全基因组的遗传背景选择和多个目的基因的定向聚合极大地加快了育种速度。与传统育种技术相比,育种投入与育种时间将缩短2/3以上。分子标记辅助育种技术可实现真正的设计育种,可使选择的准确性达到100%。分子标记辅助育种研究呈现如下发展趋势:实用、选择效率高的SNP和插入缺失长度多态性(InDel) 等第三代分子标记逐步成为分子育种的主要标记工具;自动化、规模化、高通量、低成本的标记检测方法开始在蔬菜育种上应用;分子育种的目标性状从简单的质量性状向多基因聚合和数量性状位点过渡。建立以全基因
组SNP为基础的高通量分子标记辅助育种平台,促进蔬菜育种由“经验育种”向“精确育种”的战略性转变,对于提升蔬菜种业核心竞争力具有重要意义。
3.2.4 高通量基因型检测平台 高通量基因型检测平台的发展是分子标记辅助育种技术规模化应用的关键(Singh & Singh,2015)。目前,具有代表性的高通量检测平台有4个。两个芯片平台即Affymetrix芯片和Illumina芯片,尽管SNP芯片技术单次检测位点多,在样品少的情况下具有明显优势。但初次开发成本高,并且很难适用于分子标记辅助选择中对少量位点、多个样品的检测分析。近年来,Douglas的Array Tape平台和KBio science的LGC Genomics SNPline平台受到国际种业巨头的普遍关注。与芯片、测序、质谱等平台相比,该系统具有三大优势:① 更高通量。和普通的微量反应板相比,每天产生的数据点多达10万个以上。②适用性更强。不受位点数、样品数等的限制,根据作物类型、标记类型(SNP、InDel等)等编程,并灵活设计试验。③ 运行成本低。采用极微量反应体系,因此能节省80%~90%甚至更多的反应试剂成本。④ 模块化的流程设计。其整体操作简单,减少了手工操作步骤,结果重复性高,已成为高通量分子育种的理想平台。
3.2.5 植物表型组平台 随着高通量测序技术和植物功能基因组学快速发展,传统的作物表型检测手段已成为植物基础生物学研究,包括遗传、生理、基因功能等研究的主要限制因素。为了解决这一瓶颈,科学家研究了一种全生育期高通量植物表型测量平台,可以自动、连续提取植株高度、叶面积、叶色、病斑、果实数、果实大小、生物量、产量相关性状等参数,为植物表型的快速、高通量、精准鉴定提供了可能。可以预见,结合高通量表型平台和全基因组关联分析技术,必将成为植物育种以及植物基础研究学者快速解码大量未知基因功能的重要科学工具。德国LemnaTec公司推出的全自动高通量植物3D成像系统,开发了“植物表型组平台PhenoFab”系统,实现了高通量无损伤地鉴定植物各种表型变异,达到了表现型与基因型在育种工作中的有机结合,极大地提高了育种工作效率。
3.2.6 DH双单倍体工厂化技术平台 单倍体技术因其能快速、准确、高效地纯化育种材料,而越来越受到育种家的重视,目前全世界有250多个作物物种应用了单倍体育种技术,其中包括十多种蔬菜作物。利用单倍体技术选育新品种是蔬菜育种的发展趋势。孟山都、先正达、瑞克斯旺等公司已经把它作为大白菜、甘蓝、黄瓜、辣椒等蔬菜作物育种的重要方法(黄山松 等,2014)。目前,这些跨国种业公司在DH育种方面均呈现大规模、高通量、流程化的模式,年获得的DH纯系数均达到50 000个以上。工厂化、规模化、专业化是DH育种技术发展的趋势。该平台的优势是能有效缩短育种年限,扩大育种群体,使非常规变异增加。但部分作物尚无法获得双单倍体植株,不能应用该技术。另外,受基因型限制,部分类型的有效变异率不高,体系不完善时效果不明显,效率不高。
3.2.7 种子处理与检测技术平台 在种子质量控制与检测技术研究方面,国际上对蔬菜种子质量检测的侧重点已经从种子净度、芽率、水分等生理质量检测,逐渐过渡为关注种子真实性、纯度的遗传质量和种子健康的病理质量检测。发展高通量、快速、稳定的分子检测技术是种子质量检测的发展趋势。国际上占据高端蔬菜种子市场的跨国种子公司,不仅建有一流的种子质量检测实验室,还具有对种子清选、分级、包衣、丸粒化、引发等精加工技术,根据耕作需求或市场要求对种子进行加工处理,提高种子综合质量,从而提高企业竞争力。随着蔬菜产业集约化的推进,以种子为载体的技术整体化方案成为跨国公司推广良种的一种选择,种子预处理、包衣、丸粒化、自动化播种与嫁接育苗,以及种子健康度、种传检疫性病害检测等技术均成为种业公司的主体研发技术。该技术的优势是:效果直接、附加值增值大、防伪效果明显;但小作坊运作时,效果不明显。
3.2.8 基因组编辑技术 基因组编辑是近年来发展起来的可以对基因组完成精确修饰的一种技术,本质上均是利用非同源末端链接途径(NHEJ)修复和同源重组(HR)修复,联合特异性DNA的靶向识别及核酸内切酶完成的DNA序列改变,可完成基因定点InDel突变、敲入、多位点同时突变和小片段的删除等,可在基因组水平上进行精确的基因编辑(Esvelt & Wang,2013;Puchta & Fauser,2013)。ZFN、TALEN和CRISPR/Cas9是三大基因编辑技术。在农业领域,该技术在基因组技术发展的基础上,可以人为改造基因序列,使之符合人们的要求,从而获得抗病、抗逆、优质和高产的种质材料,且有可能避免转基因技术所带来的后果。因此,基因组编辑技术具有极其广泛的发展前景和应用价值,在未来十年也将是最具竞争力的技术之一,也有可能成为蔬菜种质创新的核心技术。
目前,各类蔬菜科研院所与大学正处于“事企脱钩”与事业单位分类改革的过渡时期,面对如此繁重的体制机制改革与技术平台的创新任务,需要进一步发挥政府的行政主导作用,呼吁各级政府加强公益性(Public)蔬菜育种技术创新体系与种质资源前育种(Pre-breeding)创新体系的投入,切实加强对公益性院所的扶持,同时各类蔬菜科研院所与大学应抛弃幻想,推进改革,超前布局,打破禁锢创新要素的籓篱,让育种家与育种材料高效流向企业。与此同时,蔬菜种业企业应积极行动起来,加强整合重组,加大创新投入,强化人才队伍建设,在私有化(Private)、蔬菜育种流程化(Pipeline)与营销管理体系集成化(Portfolio)的建设方面与国际接轨。新种子法即将修订出台,必将进一步提高品种知识产权保护力度,改善蔬菜种业的创新与经营环境。未来20年将是中国蔬菜种业脱胎换骨、凤凰涅槃的关键时期,只要积极推进改革,努力开展创新,我们有理由相信,中国必将成为世界蔬菜种业的强国。
黄山松,田伟红,李子昂,任启军,夏爱芳,朱逢时,刘伟生,徐甘露.2014.外资蔬菜种子企业的现状与发展趋势.中国蔬菜,(1):2-6.
吕波,郑少锋.2014.中国种业比较优势及“走出去”对策研究.农业经济问题,(4):80-85.
Esvelt K M,Wang H H.2013.Genome-scale engineering for systems and synthetic biology.Mol Syst Biol,9( 1):641.
Puchta H,Fauser F.2013.Gene targeting in plants:25 years later.Int J Dev Biol,57:629-637.
Singh B D, Singh A K.2015.High-throughput SNP genotyping.Marker-Assisted Plant Breeding:Principles and Practices:367-400.
丁海凤,女,推广研究员,专业方向:种子健康与产业化,E-mail:dinghaifeng@nercv.org
*通讯作者:许勇,男,研究员,专业方向:蔬菜育种与分子生物学,E-mail:xuyong@nercv.org
2015-07-06;接受日期:2015-07-10
“十二五”国家科技支撑计划项目(2011BAD35B07),国家科技支撑计划项目(2014BAD01B09)