歷時15載，中國農業大學賴錦盛團隊創制玉米智能核不育制種技術，打破國外技術壟斷，實現領域從0到1的突破——
新質生產力賦能玉米制種“煥新”
農民日(ri)報·中國農網記者(zhe) 祖祎祎 文/圖
與會人(ren)員在田間觀摩考察雜(za)交玉米(mi)細胞核(he)雄性不育制(zhi)種(zhong)技(ji)術示范效果。
“團隊(dui)歷時15年，創(chuang)制(zhi)了(le)玉米智(zhi)能核(he)不育制(zhi)種(zhong)技(ji)術，目前已在張(zhang)掖、山(shan)西(xi)、新疆(jiang)等多個(ge)(ge)雜(za)交(jiao)玉米制(zhi)種(zhong)基(ji)地(di)進行(xing)了(le)多年試(shi)驗，現已具備全面產業(ye)化的條件。這(zhe)一(yi)技(ji)術的突破(po)對(dui)于推動我國(guo)生物育種(zhong)產業(ye)化、確保國(guo)家糧食安全具有深遠(yuan)的意義。”日前，全國(guo)農業(ye)技(ji)術推廣服務(wu)中心在山(shan)西(xi)黎(li)城舉辦的雜(za)交(jiao)玉米細胞核(he)雄(xiong)性不育制(zhi)種(zhong)技(ji)術觀摩培訓(xun)班上，中國(guo)農業(ye)大學教授(shou)賴錦盛向參會人(ren)員(yuan)分享了(le)這(zhe)個(ge)(ge)好消(xiao)息。
去雄是玉米雜交制種的關鍵環節，直接影響制種質量與產量。但一直以來，人工去雄成本高，機械去雄普及率低等問題，成為玉米種子生產中的最大痛點。該項技術的應用可徹底免除田間去雄環節，為解決產業難題提供了一項安全便捷的解決策略，在玉米制種領域開辟了先河。
徹底免除去雄環節
前沿技術落地引發產業變革
在山西省長治市黎城縣制種示(shi)范基地，田間(jian)父母本(ben)植(zhi)株整齊排列，頂端雄(xiong)穗形態差異明顯。與會人員頭頂烈日，深入田間(jian)考察制種效果。
“制種母本植株有雄穗但不產生花粉，可以看到雄性不育系材料表現非常穩定。”四川天能璟秀生物科技有限公司負責人王赫揚撥開不育系母本雄蕊向眾人展示介紹，公司依托中國農業大學科研優勢，研發智能核雄性不育技術，該項技術可徹底實現不育化，通過免除去雄環節，減少去雄和花期管理的人工成本，也可避免機械去雄造成的葉片損傷，提升制種產量和雜交種純度。同時，從技術上降低了不育系制種母本的丟失風險，更好地保護育種單位權益。
“各地人工去(qu)雄成(cheng)本(ben)(ben)略有(you)不(bu)同(tong)，張(zhang)掖在260~360元每畝，新疆在400元左右，以這塊示范田來看，預計制種(zhong)產(chan)量能(neng)夠達(da)到300公(gong)斤(jin)以上(shang)，節(jie)約(yue)的(de)(de)去(qu)雄成(cheng)本(ben)(ben)基礎上(shang)，扣除(chu)制作不(bu)育(yu)系制種(zhong)親本(ben)(ben)費(fei)用，所(suo)節(jie)約(yue)的(de)(de)制種(zhong)成(cheng)本(ben)(ben)還是(shi)很可觀(guan)的(de)(de)。”王赫揚說(shuo)。
近年來，公(gong)(gong)司利用研(yan)發出(chu)的SSMM-15雄(xiong)(xiong)性(xing)不育保(bao)持系(xi)(xi)轉化體(ti)(ti)，建(jian)立了雜交玉米隱性(xing)核不育制(zhi)種(zhong)技(ji)(ji)術體(ti)(ti)系(xi)(xi)，該體(ti)(ti)系(xi)(xi)整合了公(gong)(gong)司自(zi)主開發的親(qin)本育性(xing)形(xing)態標記方法、賴錦盛(sheng)研(yan)發的核雄(xiong)(xiong)性(xing)不育技(ji)(ji)術和(he)中國(guo)農(nong)業大學教授彭彥昆研(yan)發的種(zhong)子分級加工技(ji)(ji)術。目前，該項玉米細胞核雄(xiong)(xiong)性(xing)不育制(zhi)種(zhong)技(ji)(ji)術于(yu)2023年、2024年連(lian)續兩年入選農(nong)業農(nong)村部(bu)農(nong)業“火花技(ji)(ji)術”成(cheng)果庫(ku)。
從玉(yu)米制(zhi)(zhi)種產(chan)業(ye)發(fa)展(zhan)角(jiao)度來看(kan)，技(ji)(ji)術的(de)應(ying)用(yong)可(ke)以推(tui)動(dong)玉(yu)米制(zhi)(zhi)種產(chan)業(ye)向高(gao)技(ji)(ji)術模(mo)式盡快轉型，并(bing)通過聚集各地(di)區優(you)秀(xiu)的(de)代(dai)繁企業(ye)，提(ti)高(gao)土地(di)資源的(de)利(li)用(yong)率(lv)，實現玉(yu)米制(zhi)(zhi)種產(chan)業(ye)集約化(hua)(hua)、標準化(hua)(hua)、機(ji)械化(hua)(hua)、規模(mo)化(hua)(hua)發(fa)展(zhan)。該項技(ji)(ji)術的(de)產(chan)業(ye)化(hua)(hua)應(ying)用(yong)，可(ke)以保障種子企業(ye)和農(nong)民的(de)基本(ben)權益，降低(di)制(zhi)(zhi)種企業(ye)的(de)去雄成本(ben)及管理(li)成本(ben)，緩(huan)解制(zhi)(zhi)種基地(di)投入(ru)產(chan)出矛盾，提(ti)高(gao)玉(yu)米種子質量，充分保證(zheng)玉(yu)米生產(chan)的(de)穩(wen)定(ding)性和安(an)全性，保障國家糧食安(an)全。
技術創新與產業需求深度融合
科技成果轉化跑出“加速度”
制(zhi)種產業(ye)關(guan)乎農業(ye)用種安全，也是保障(zhang)國(guo)家糧食安全的重要支(zhi)撐。
在我國玉米制種(zhong)(zhong)產(chan)業的發展中，99%以上使用雜(za)交種(zhong)(zhong)，而玉米雜(za)交制種(zhong)(zhong)去雄是玉米種(zhong)(zhong)子產(chan)業最關鍵和最難(nan)控(kong)制的環節。
據統計(ji)，我國玉(yu)米制(zhi)種(zhong)田(tian)每年400萬畝左右，約90%以(yi)上(shang)制(zhi)種(zhong)田(tian)使用人工(gong)去雄(xiong)，面對日(ri)益匱(kui)乏的勞動力(li)資源現(xian)狀，人工(gong)去雄(xiong)已成為嚴重制(zhi)約玉(yu)米制(zhi)種(zhong)產(chan)業可持續(xu)發展的瓶頸(jing)。
而(er)機(ji)械(xie)(xie)去(qu)(qu)(qu)雄(xiong)(xiong)對田塊平整度(du)、機(ji)械(xie)(xie)精準度(du)要求較高，目(mu)前現(xian)有機(ji)械(xie)(xie)設備去(qu)(qu)(qu)雄(xiong)(xiong)率(lv)(lv)90%左(zuo)右，仍需(xu)人工(gong)二(er)次去(qu)(qu)(qu)雄(xiong)(xiong)，且機(ji)械(xie)(xie)對植株損傷(shang)嚴(yan)重，對產量影(ying)響較大。據(ju)全國農業(ye)技術推廣服務中心統計，除去(qu)(qu)(qu)雄(xiong)(xiong)外，玉米制種其他環節基(ji)本上實(shi)現(xian)了機(ji)械(xie)(xie)化，而(er)目(mu)前我國玉米制種機(ji)械(xie)(xie)去(qu)(qu)(qu)雄(xiong)(xiong)率(lv)(lv)還不到20%。
通過玉米(mi)雄性不育制種技術利(li)用，徹底免除去雄環(huan)節，可大幅降低勞動強度和生產成(cheng)本，提(ti)高制種效(xiao)益，對于(yu)提(ti)升玉米(mi)品種綜合競爭力意義重大。
在制種(zhong)田間展示現場(chang)，專家一致認(ren)為，智(zhi)能(neng)雄性不(bu)育(yu)制種(zhong)技(ji)術(shu)不(bu)僅(jin)實現了我國(guo)玉米雜(za)交制種(zhong)關鍵核心技(ji)術(shu)從(cong)0到(dao)1的突破，更打破了國(guo)外技(ji)術(shu)壟(long)斷，彰顯(xian)了我國(guo)生(sheng)物育(yu)種(zhong)實力(li)。
全國農業技(ji)術推廣服(fu)務中心黨委書記張曄指出，該項(xiang)技(ji)術的研(yan)發應用，是科技(ji)創(chuang)新(xin)與(yu)產業發展深度融(rong)合的典(dian)型(xing)案例，展現了產學研(yan)協同和成果(guo)轉(zhuan)化(hua)(hua)的“加速度”。掃除去(qu)雄這一項(xiang)制約(yue)玉米制種全程機械化(hua)(hua)的關(guan)鍵難題，是種業領(ling)域新(xin)質生產力的典(dian)型(xing)代表，將推動制種生產方式革(ge)命性(xing)轉(zhuan)化(hua)(hua)，實現產業現代化(hua)(hua)、集約(yue)化(hua)(hua)升(sheng)級。
“目前玉米制種多數仍采用人工去雄的方式，既費事又費時，而且效率較低。希望這項技術迅速推向全國，走向世界，加速引領種業領域突破性變革。”中國工程院院士陳溫福率先建立北方粳型超級稻育種理論和技術體系，首次系統提出了水稻超高產育種理論的框架，填補了稻作研究領域的空白，會上，他對該項技術給予了高度評價，并表示十分期待。
“生物雜種(zhong)優(you)(you)勢的(de)利(li)用，是提高作(zuo)物產(chan)量的(de)關鍵(jian)(jian)。1975年(nian)(nian)雜交水(shui)(shui)稻研究成(cheng)功(gong)，要利(li)用雜種(zhong)優(you)(you)勢，就需(xu)要制(zhi)種(zhong)，而去雄是其中(zhong)最(zui)為(wei)關鍵(jian)(jian)的(de)環節。”從事雜交水(shui)(shui)稻育(yu)(yu)種(zhong)研究多(duo)年(nian)(nian)的(de)中(zhong)國(guo)科學院院士謝華安(an)頗有感觸(chu)。其培育(yu)(yu)的(de)“明恢(hui)63”，解決了當時(shi)中(zhong)國(guo)雜交水(shui)(shui)稻育(yu)(yu)種(zhong)恢(hui)復系依(yi)賴進口的(de)瓶頸問題，推(tui)動(dong)了我國(guo)雜交水(shui)(shui)稻品種(zhong)的(de)更新(xin)換代。他表示，雄性不育(yu)(yu)技(ji)(ji)術(shu)(shu)作(zuo)為(wei)雜交育(yu)(yu)種(zhong)核心引(yin)擎(qing)，其在水(shui)(shui)稻領(ling)域的(de)成(cheng)功(gong)應用，推(tui)動(dong)了我國(guo)水(shui)(shui)稻產(chan)量提升60%以(yi)上。“這項技(ji)(ji)術(shu)(shu)具(ju)有很強的(de)實用性和創(chuang)新(xin)性，希望我國(guo)玉米產(chan)業在技(ji)(ji)術(shu)(shu)創(chuang)新(xin)驅動(dong)下，取得長足進步。”
賡續弘揚科學家精神
雄性不育技術突破領跑國際前沿
技術破壁并非一蹴而(er)就，而(er)是源(yuan)于對追求卓越(yue)、堅(jian)持(chi)不(bu)懈(xie)的科學家精神(shen)的發揚與傳(chuan)承。
我國玉(yu)米雄(xiong)性不育(yu)技術的發展過程可追(zhui)溯(su)至上世紀(ji)60年代。
中國(guo)工程院院士(shi)戴景瑞1963年開(kai)始從事玉(yu)米育種(zhong)研究(jiu)，研發出的(de)核質互作細(xi)胞不(bu)育技術(shu)(shu)(shu)，曾在我國(guo)大面積推廣應(ying)用(yong)，并(bing)在玉(yu)米生(sheng)產中發揮了(le)重要作用(yong)。在世界(jie)上(shang)首次用(yong)細(xi)胞工程技術(shu)(shu)(shu)闡明了(le)C型(xing)不(bu)育性與專化感(gan)病性的(de)關系，解(jie)決了(le)相(xiang)關技術(shu)(shu)(shu)難題，為我國(guo)玉(yu)米種(zhong)業發展作出歷史性貢獻。
“但技術上還存(cun)在諸多難題(ti)需要攻克。”從事(shi)玉米科(ke)研(yan)60余載，如今年逾90的戴景瑞(rui)，仍心(xin)系種(zhong)業前(qian)沿(yan)。
從現今我國農業(ye)的發展趨(qu)勢來(lai)看，人(ren)工去雄方式阻礙了玉米制種(zhong)產業(ye)的可持續發展。為此(ci)，賴(lai)錦(jin)盛一(yi)直(zhi)從制種(zhong)技術上尋找(zhao)解決辦法。
繼承戴景(jing)瑞的(de)“衣缽”，歷時(shi)15年，賴錦(jin)盛(sheng)(sheng)帶領(ling)團隊攻(gong)堅克難，創(chuang)(chuang)制(zhi)出玉(yu)米智(zhi)能(neng)核不(bu)(bu)育(yu)(yu)制(zhi)種技(ji)(ji)(ji)(ji)術。賴錦(jin)盛(sheng)(sheng)介紹，該項(xiang)技(ji)(ji)(ji)(ji)術體(ti)系的(de)建立，經歷了(le)數次迭代創(chuang)(chuang)新(xin)，集成了(le)多項(xiang)具(ju)有原創(chuang)(chuang)性(xing)自主知(zhi)識產權的(de)新(xin)技(ji)(ji)(ji)(ji)術、新(xin)方法，與細胞質(zhi)雄性(xing)不(bu)(bu)育(yu)(yu)技(ji)(ji)(ji)(ji)術相比，這項(xiang)技(ji)(ji)(ji)(ji)術還克服了(le)核質(zhi)互作(zuo)雄性(xing)不(bu)(bu)育(yu)(yu)（CMS）種子(zi)摻(chan)混風險高(gao)、易受專化(hua)小(xiao)種侵染(ran)、育(yu)(yu)性(xing)不(bu)(bu)穩定等缺(que)陷困(kun)擾。
“該(gai)項技(ji)術在領域內(nei)趕(gan)超國際(ji)先進水(shui)平，主(zhu)要突破在于兩點：一是(shi)我們(men)的標記更加簡單有效，二是(shi)開發第二道篩(shai)選環(huan)節，能夠確(que)保不育化率達到百分之百，保障制(zhi)種安全。”賴錦盛介紹，目前該(gai)技(ji)術體系的核心(xin)轉化體處(chu)于國內(nei)唯一、國際(ji)領先水(shui)平。
2022年至今，智能核不(bu)(bu)育制(zhi)種技術已(yi)在甘肅、新疆、山西、吉林和海南等地(di)多次開展規(gui)模化示范(fan)種植(zhi)，達到(dao)母(mu)本100%雄性(xing)不(bu)(bu)育效果，可以(yi)實現(xian)(xian)雜交玉米(mi)制(zhi)種生產全程機械化，有(you)望成為(wei)推動我國玉米(mi)種業實現(xian)(xian)創新突破的(de)新質生產力。
“這是(shi)我國，也是(shi)世(shi)界(jie)上(shang)自主研發(fa)的一(yi)項重要(yao)技(ji)術成就，相信將對(dui)玉米種業的發(fa)展作出(chu)更加矚目的貢(gong)獻。”戴景瑞對(dui)技(ji)術應用的前(qian)景十分期待。
