玉米育种快速准确地保持了中国粮食安全的底线
粮食育种技术丛书①
编者按：到2020年，我国谷物总产量将比上年增加113亿斤，实现“连续17季收成”。 根据中国农业科学院发布的数据，尽管播种面积减少，但我国的粮食产量仍实现了年均增长。 这种减少和增加的背后是科学技术的力量，其中改良品种的培育是最关键的部分。 该报纸将介绍不同类别的各种农作物的育种情况，并带您了解其背后的生物育种故事。
玉米是我国最重要的粮食作物之一，玉米的自给率可以达到95％以上。 我国农业主管部门的主要负责人多次表示，玉米自给自足是中国粮食安全的底线。 “为什么谷物可以在谷仓里装满中国谷物，在耕地上种上中国种子，这取决于技术进步和创新。” 中国农业科学院作物科学研究所（以下简称农业科学研究所）玉米育种专家，研究员李良在接受《科技日报》记者采访时说。
传统育种技术具有优良的亲本近交系，周期长，选择率低。 很难在短时间内选择所需的品种。 近年来，单倍体育种，分子标记辅助育种，基因编辑育种等生物技术的应用，提高了玉米育种效率，开辟了玉米育种新途径。
我国种植的玉米中有90％是自育品种
“目前，我国所有生态地区的玉米品种推广面临国际竞争，大型跨国公司已在我国进行品种育种或市场推广。但是，玉米自育品种的种植面积在我国，这个比例还可以达到90％以上，这是不容易的。这是国内育种者共同努力的结果。” 李亮说。
许多年前，我国的玉米品种普遍存在诸如产量低，密度耐性差，抗病虫害性弱等缺点，严重制约了我国玉米的生产能力。 同时，我国玉米种质资源相对匮乏，极大地限制了高产，耐病，抗病的玉米品种的选育。
为了解决这一“硬骨头”，农业科学研究所的黄长岭研究团队广泛收集了国内外优秀的玉米种质资源，集中研究，并充分利用分子标记技术辅助玉米种质。资源创新。 23年后，它已被培育成具有良好的密度耐受性和产量。 玉米新品种“中单808”和“中单909”较高，适合广泛种植。
李亮介绍说，在西南地区推广“中单808”后，该地区的玉米种植密度提高了30％（每亩增加1000株），单产提高了39.3％，它是西南地区主要的玉米品种。 在我国黄淮海玉米区试种“中单909”期间，每亩平均单产比黄淮海主栽品种“正单958”高5.1％。 在国家高产潜力研究实验中，它创造了每亩1376公斤的高产量。 记录。
继“中单808”和“中单909”之后，农业科学研究所的玉米研究团队没有停止。 他们继续朝着新的育种目标（尤其是当前的高质量绿色目标）进行研发，整合了各种育种技术，进行了材料创造和选种，并取得了可喜的进展。
他们还建立了绿色技术体系，在高密种植的基础上提高玉米高产密植和全程机械化，以提高穗产量，高质量的群体建设，绿色病虫害防治，机械收割谷物和全程机械化行动，然后稻草返回田野。 到2020年，每亩产量将达到1663.25千克。 这一新纪录再次刷新了我国玉米高产的纪录。
此外，在“十三五”期间，农业科学研究所还培育了10个新品种，如“中单123”，“中单685”等高产，抗逆，机采的新品种。 ”，“中宇303”和“中单111”。 我国的玉米生产做出了贡献。
让饲养员告别“不煮饭”
俗话说：“一个聪明的女人，没有米饭就很难做饭。” 生物育种的第一步是拥有育种材料，并知道这些材料是否包含满足品种需求的良好基因。 “由于我国不是玉米的原产地，所以玉米种质资源与某些国家之间的丰富程度和水平存在一定差距。” 李亮说。
李亮介绍说，农业科学研究所已经在我国建立了玉米种质资源安全保护体系，安全保存了3万多个种质资源。 领导完成了主产区2000个玉米种质资源关键性状（抗旱，抗病，氮素利用效率，抗倒伏性，种子脱水率等）的评价，阐明了遗传多样性特征。国家的玉米种质资源它为有效利用种质资源奠定了基础。
生物育种离不开基础领域的研究和突破，尤其是基因组学的发展以及关键基因的挖掘与鉴定。 这些基础研究可以从根本上提高育种效率。
“在不清楚哪个基因控制或调节目标性状之前，育种专家只能依靠田间表现来选择或消除品种，而不能直接选择基因型。参考基因组的构建极大地加速了基因挖掘的过程。速度。” 李亮说。
为此，中国农业大学完成了玉米自交系Mo17的高质量参考基因组。 北京农业科学院还建立了中国玉米骨干自交系“黄枣寺”的高质量基因组图谱。 中国农业科学院宣布了基于1218年两个玉米自交系的第三代多态性数据的高质量基因组图谱。
“在此基础上，科学家们克隆了许多重要的农艺性状基因，例如与玉米生长期，植物类型建立，密度耐性和抗病性有关的基因，并阐明了遗传机制，揭示了现代玉米育种过程基因组选择和遗传改良法。这些研究成果极大地促进了分子标记辅助育种的发展。” 李亮说。
构建玉米育种的“高铁技术”
“在传统的玉米育种中，如果要将优良的基因融合到自交系中，则需要将带有该基因的材料与该自交系杂交，然后通过连续的自交或回交获得新的自交系。在不清楚哪个基因控制某个目标性状之前，只能根据各代的田间表现对其进行选择；如果不清楚哪个基因控制某个目标性状，则可以使用分子标记辅助选择。” 尽管如此，这种传统模型仍然很耗时且费力，而且周期很长。
单倍体体育育种技术的出现彻底改变了这种传统的育种模式。 近年来，与基因编辑技术和分子标记辅助育种技术相比，基于生物诱导的玉米单倍体育种技术已成为现代玉米育种的三项核心技术之一。 单倍体植物仅包含一个染色体组，而具有多个染色体组的植物是多倍体，包括玉米在内的许多物种都是多倍体。 单倍体物种利用组织培养技术在多倍体植物的花粉阶段获得单倍体，然后将单倍体的染色体加倍以形成纯合的近交品种。
李亮说，工程育种技术为提高育种效率提供了保证。 其中，单倍体育种技术最快可以在一年甚至7-8个月内获得纯系，这大大提高了育种效率，被称为玉米育种。 “高铁技术”。
记者了解到，中国农业大学陈少江教授团队专注于单倍体运动物种技术已有二十多年的历史，在单倍体高频感应，高效识别，三大核心技术环节上取得了技术突破，和高通量加倍。 该技术已在我国推广应用在玉米育种中。 在单倍体诱导机理方面，研究小组克隆了两个控制单倍体诱导的基因，实现了单倍体技术向小麦，拟南芥等物种的发展，使我国在这一领域的研究处于国际领先水平。
玉米基因编辑技术研究与国际同步
基因编辑等生物技术为改变某些目标性状提供了新的途径和策略。
基因编辑技术是过去10年来新兴的破坏性生物技术。 具有变异清晰，遗传稳定，研发效率高，适用范围广的特点。 该技术的出现打破了传统玉米育种中遇到的瓶颈问题，极大地促进了现代玉米育种的发展。
“经过多年的不懈改进，基于细菌适应性免疫机制的原理，中国科学家开发了新一代的基因编辑技术系统，该系统以RNA为指导识别单位，以核酸修饰酶为定点激活工具诱变。该技术系统可以靶向目标。精确地突变或修饰基因，使育种专家能够获得所需的生物学育种性状。” 李亮说。
农业科学研究所的谢传孝研究员团队在这一研究领域做了很多创新工作，使我国在玉米基因编辑和育种方面的技术储备与国际水平保持同步。
该团队使用基因编辑技术删除了玉米育性基因的功能域，从而创建了核不育系，并巧妙地使用了基因编辑技术使其与维持技术兼容，从而创建了可操纵的核非育性系。 育种保持子品种。
“使用该技术培育新品种后，在种子生产过程中不再需要手动或机械去雄，并且可以实现“一步一步”的种子生产，从而降低了生产成本。” 李亮说。
他说，未来多种育种技术的有机融合将大大提高玉米育种效率，形成新的工程育种模式。