育种和栽培学科的创新需求

◇张世煌（中国农科院作科所研究员、国家玉米产业技术体系首席科学家）

育种和栽培学科的创新需求

◇张世煌（中国农科院作科所研究员、国家玉米产业技术体系首席科学家）

1 改革需求

作物育种和栽培两个学科目前都面临着改革与创新的巨大压力和机遇。

国家玉米产业技术体系在育种领域扭转了被长期误导的理论、方向和技术路线，今后需要落实到种质改良、创新与商业育种实践。

部分专家、教授推行的育种和栽培研究方向与技术路线，越来越脱离理论基础和产业发展需求。许多人的思维方式停留在“经验”和计划经济状态，很难抛弃被误导了的错误育种方向和技术路线，这甚至影响到在跨国公司工作的青年育种人员。

最近，育种领域的学科建设有所好转，但栽培领域尚未触及。国家玉米产业技术体系，特别是青年科技人员要思考学科建设问题，改革研究方向、思路和技术路线。这是我国农业科技人员长期面对的特殊状况，其中隐含着改革与创新机遇。

欧美国家的农业科研机构和大学，随时根据产业发展调整学科研究方向与结构，并及时转型，似乎有一种内生的学习与适应机制，而我国的科研管理缺乏这样一种自我调整机制。

现在的科技领域远没有20世纪80年代那种改革开放、渴望学习、渴望创新、奋发图强和积极向上的精神面貌，似乎也缺少自我激励机制。这可能涉及到许多束缚因素，但最直接的原因是脱离了产业发展实际。

改变科研与产业脱节状态，不需要触动复杂的体制因素也能取得成功。观察许多发展中国家的例子，企业参与国家科技项目的研发与管理，能够及时调整研究方向与技术路线，避免方向性失误，这是我们应当学习、思考的，也是能够做到的。

2 栽培学科建设

国家玉米产业技术体系在广泛调研和集体实践的基础上，提出了以“一机两改一保障”为核心的玉米产业技术发展思路，包括了农业机械、土壤改良、品种改良和病虫害防控，但没有把“栽培”的其他内容概括进来。这是由于本国特色的栽培学科建设长期因循守旧，缺乏理论研究，又脱离产业发展需求，甚至不明白作物生产与产业发展的限制因素和发展优先序是什么。这种滞后状态必须改变，希望青年科技人员积极探索栽培学科的改革与创新方向。

由于理论基础薄弱，创新动力明显不足，因循守旧现象很突出，今后，要从培养青年科技人员入手，重建玉米生产管理（栽培技术）的生理学基础，探索实践方向，缩小差距。出路在于改革和创新。

要从青年人当中发现和遴选优秀人才，挑选理论基础好、创新能力强和懂外语的青年科技人员担任岗位专家和研究室主任。

改革和创新都需要抓住恰当的时间窗口期。

所谓时间窗口，意味着改革和创新都有最佳的启动时间，也不得不面对临界时间点。错过了窗口期，就失去了改革与创新的机会。技术与环境之间及技术与技术之间经常有竞争关系，有时候，竞争的结果表现为技术的替代与选择，因此，技术创新要抓住有利时机和争取主动。我们在任何时候都要心存敬畏——敬畏科学、敬畏民心、敬畏市场、敬畏职业操守……

我国转基因研究没有处理好这些方面的关系，失去最佳窗口期，这是科技人员自己造成的被动。一些人自我感觉良好，但思想深处缺少敬畏之心，忽视其他因素和其他人群的作用，忽视其他技术的竞争。建议相关科技人员学习毛主席的 《论十大关系》，其中分析问题时所运用的哲学思想相信会对科技人员有所启发。

栽培研究需换个思路求发展，不要错过改革的窗口期。要建立一个经得住时间检验的学科，就要加强学习、改革与创新。

培养青年科技人员，要加强理论学习和研究，恢复作物生产管理和作物生理学的本来面目与地位。同时，继续服务生产、调查研究，要尊重科学。

栽培学科建设需要优秀人才队伍。站得高，才能看得远。青年人要懂得学习、继承、积累和创新的关系。栽培生理学要按照先进的教材，重新学习试验设计和统计学，才能提高研究能力和水平。

优秀人才要有开放心态、学习能力、合作精神和创新意识，要理论和实践相结合。建议栽培人员关注以下研究内容：

（1）土壤改良和培肥地力（深松、合理施肥、秸秆还田等）；

（2）减肥减药、轻简栽培；

（3）水分生理、灌溉和旱地农业；

（4）调研农作物田间地面覆盖的理论和技术；

（5）精准农业、土地规划与管理；

（6）调研国内外深松改土的文献资料，并撰写综述；

（7）籽粒灌浆生理和产量来源（生育期、抽雄和吐花丝、灌浆及脱水）；

……

例如我们看到郑单958品种在农民地里和科学家的实验田里植株形态有明显差别，怎么解释这个现象？能否定量研究？这对研究籽粒生产效率有什么启发？隐含着哪些理论空间？

栽培研究领域需要站得高、看得远的学科带头人，玉米产业体系现有人力资源比较强，但唯有整合资源，才能发挥团队的创新积极性。陈新平研究土壤和肥料，王立春团队研究耕作，王璞研究逆境 （干旱），肖俊夫研究灌溉……还有机械专家、植保专家等都各有所长，这些团队整合在一起能够研究一些重大科学理论与技术问题。

3 育种学科建设

我国玉米种业界应当继续调整育种方向，坚决抛弃错误的育种技术路线，并落实到种质创新。

体系要继续向企业和全国科研机构提供公益性支撑服务，帮助企业提升育种能力建设，并探索以PPP（Public—Private—Partnership，公共私营合作机制）方式深化科企合作。

引进美国种质，会大幅度提高我国玉米种业的育种水平，相当于引进和利用了美国的智力资源。但有发展潜力的企业应当建立和提升自主创新能力。美国商业自交系的GCA效应普遍较高，与我国本土自交系结合，可以互相改良，但有难度，因为在中国玉米主产区面临特殊的逆境压力。

东北：春季低温多雨，病害加重，经常发生除草剂药害等。

黄淮海：阴雨寡照、土壤高温，导致根系弱、病虫害等，这些逆境不同于美国玉米带，经常会发生得比较严重。

西南：生态复杂多样，高温高湿、光照不足、干旱水渍、病虫害复杂等，美国玉米带种质难以适应。

育种创新要正视不利的环境条件，育种手段必须能识别和筛选抗逆基因型，育种人员要有竞争意识和紧迫感。体系内部交换自交系就是紧迫感和竞争意识的体现。

育种研究室要对各试验站筛选的美国自交系进行汇总，并寻找规律。这样既可以判断区域特征及美国自交系的优点与弱点，还可以了解育种者的偏好和育种思路。育种岗位专家和各试验站要继续发放美国自交系，还要加快繁殖和发放我国玉米育种迫切需要的30份加拿大群体。

要缩小科企合作范围，筹划PPP合作模式。

4 高密度抗逆育种与西南地区前育种布局

美国玉米自交系配合力高，且含有许多我国急需的优良性状和基因，例如矮秆、早熟、耐密植、抗倒伏、抗茎腐病、抗灰斑病和耐旱性、籽粒灌浆和脱水速度快以及适宜机械作业等。但用来在中国选育二环系，并不能自然而然就带来我们需要的抗逆性和提高本土自交系的配合力，更不能代替我们自己的创新努力。利用美国自交系，仍需要按照现代育种流程，施行高密度和其他抗逆育种措施。

美国自交系的GCA效应比本土自交系强很多，但不太适应国内特有的生物与非生物逆境。要像广西南宁试验站那样，把受体和供体自交系都分为A、B两群，在同一群内把美国自交系的优点转入本土自交系，反过来也一样，用本土自交系的优点改良美国自交系。在笔者看来，这不过是基因流动和改变基因频率。

本土自交系与美国系杂交，分离群体内一些位点的平均等位基因频率可能趋向0.5，优点被弱化，如果不施加选择压力，便无法识别优良的重组基因型。我们能够用常规办法提高聚合育种的效率，在育种群体内保持或提高优良等位基因频率，但必须改造育种流程管理，施加对应的选择压力。即必须在高密度下利用G×E效应，才能较好地识别优良基因型。在逆境下识别GCA效应，不仅是产量，还包括其他逆境因素，例如病虫害、干旱、高温、低温、低氮等。

需要强调的是，高密度育种是为了识别和筛选抗逆性基因型，而不是为了提高生产种植密度。

从生理学角度来比较，南方和黄淮海大部分低海拔地区的生态环境不适合玉米高产。美国或东北地区的玉米种质可能不适应这些地区的逆境压力，但种质是可以改良和逐渐累加有利等位基因频率的。可以利用美国种质、热带、亚热带（CIMMYT）和本土地方种质，培育适合南方不利条件的材料，逐渐提高产量水平。西南地区研究和改良过的种质，先逐渐扩散到黄淮海，然后扩散到东北和西北。

黄淮海地区需要用来自低纬度的种质与美国玉米带种质结合，提高抗逆性和产量潜力。最近几十年，我国的育种越来越依赖美国种质，这是育种的捷径，但再过二三十年必然会碰到“天花板”。突破天花板（瓶颈）效应，既要引进美国种质获得高配合力，还需要来自低纬度种质的抗逆性与优良品质。所以，西南地区要研究热带和亚热带种质。据胡瑞法研究，在我国，利用每单位CIMMYT玉米种质所带来的产量增益是美国种质的2倍。但当前最可行的措施是研究美国商业自交系和本土自交系。

西南地区从自身利益出发，应当研究和改良利用美国种质。从全国布局来考虑，需要长远研究CIMMYT和本土地方种质。Pob43、Pob28和Suwan1等种质的抗逆性突出，与温带种质的配合力高，可能引起高秆、大穗、晚熟和稀植，其出籽率低、含水量高，不适应机械化作业的倾向，需要加入美国商业种质。但西南地区加入美国种质不能盲目和冲动，要慎之又慎。

建议西南地区育种岗位专家重点关注下列研究内容：

（1）美国商业自交系与西南本土种质相结合；

（2）CIMMYT自交系鉴定和筛选，抗逆性（病虫害和非生物逆境）鉴定、配合力分析，改良和创新，用CIMMYT自交系改良美国种质；

（3）CIMMYT群体研究；

（4）本土地方种质研究。

体系的运行特点使科技人员能够长期坚持这类公益性研究和基础性工作，并支撑育种应用研究，这些需要国家长期稳定支持才能见成效。前育种研究只能由少数公益性机构来做，现行科技体制不支持这类种业发展亟需的公益性和基础性研究。相关机构不愿意做，也没能力做这类长期公益性的基础性工作和研究。这与科学家群体有关，更与科技管理政策有关。体系有良好的运行机制，要长期坚持这项研究，以弥补产业技术链的缺失。

5 关于产量来源

个别“栽培专家”所提及的“高产挖潜”是忽悠人，既要加强实践性，更要加强理论研究、提高专业水平。

高产挖潜的生理学基础是产量来源。首先要明白什么是产量。

美国几十年的育种实践，已经回答了这个问题。现阶段，产量就是抗逆性。高产挖潜须重视抗逆性，以利用基因型与环境互作效应，在美国已经落实在商业育种实践上，在中国则刚刚开始自觉利用抗逆性。栽培学研究的理论、技术要针对和落实到抗逆性上。脱离生产实际的“超高产”，对栽培学科发展既没有理论拉动力，更没有实践意义。所谓“超级”和“强优势”概念，更没有理论和实践意义。

农作物产量还有第二个来源，就是籽粒生产效率，在某些作物上可称之为经济生产效率。

现代农作物品种随着抗逆性的改良已经在缓慢提升籽粒生产效率，但理论上还是空白，技术上也不明确，未来的增产潜力更是不得而知。

欧美国家的玉米育种已经充分挖掘了第一个产量来源，在育种研发上投入产出的效率很高，因而是过去几十年和今后若干年内的主要技术路线，但还没有充分认识第二个产量来源的理论基础和技术途径，未来继续增产的潜力还很大。

第二个来源，只有当抗逆性带动的产量增益趋于平缓（渐进曲线），才会考虑采用籽粒（经济）生产效率这个概念来继续提高产量潜力。

近几年，我国开始着力挖掘抗逆性的增产潜力，围绕抗逆性提高玉米的一般配合力。我们需要用很多年时间普及抗逆育种的理论和技术路线，通过抗逆途径提高产量潜力至少有80%的增长空间。当玉米产量达到较高程度以后，继续挖掘产量潜力就要靠籽粒生产效率。到那时，哪怕只是把产量潜力提高20%，增产绝对值也很高了。

产量的两个来源是效率和逻辑的关系，不应颠倒，也不要相信“超级”和“强优势”凌乱思维的干扰。在没有普及抗逆育种技术路线和挖掘第一个产量来源时，就过早地开发第二个产量来源，在研发管理上投入产出并不合理，只会浪费资源。玉米“超级”育种走了20余年的高秆、大穗、晚熟、稀植的技术路线，颠倒了未来育种的理论与逻辑关系，应引以为戒。

现在提高产量主要靠抗逆性，无论育种创新还是生产管理（栽培），都要面对抗逆性。转基因就是针对抗逆性。密植是抗逆育种策略，也是抗逆栽培措施；兴修水利、节水灌溉、全程机械作业、深松改土、植物生长调节剂等都是针对抗逆性。植物保护更是直接的抗逆性技术，这些方面要继续挖掘潜力。

我们与美国差距很大，但不等于说我们就追不上美国，不过是时间早晚和发展进程的先后差距。但如果踩着先锋的脚印走，我们永远赶不上美国。只有学习而不是照搬照抄，只有自主创新而不是简单模仿，我们才能追赶先进水平。如果方向正确、措施得当，时间不会很久远。

玉米界有一种观点，认为我国与美国的土质不一样、气候不一样等，虽然是客观现象，但言外之意是永远达不到美国的生产力水平，更超不过美国。这是拒绝学习先进理论和技术的经验主义借口。

我们还没有充分认识中国玉米产区的生态环境特征，还没有找到适合中国的更好的育种技术路线和种质创新途径，还没有找到更适合的生产管理（栽培）措施应对各种灾害。玉米产量的第二个来源，现在国外只是刚开始做外围研究，处于知识积累的起步阶段；我们刚开始研究籽粒灌浆，但这不是最终目标，只是刚开始建立试验技术和积累数据，道路还很漫长，需要青年科技人员用毕生精力去研究它。