中國育種研究和種子產(chǎn)業(yè)面臨著嚴(yán)峻的危機(jī)和挑戰(zhàn)。目前，國外品種已經(jīng)占領(lǐng)了中國相當(dāng)大的市場份額，并由園藝作物向大宗糧食作物拓展，有的品種已被壟斷。資料顯示，國外種子占據(jù)了中國90%的玉米、95%的甜菜、65%的向日葵和大部分高端蔬菜、花卉種子市場份額。根據(jù)《國家糧食安全中長期規(guī)劃綱要（2008年至2020年）》的要求，2020年糧食畝產(chǎn)要達(dá)350公斤。2009年中國糧食畝產(chǎn)325公斤，要實(shí)現(xiàn)規(guī)劃目標(biāo)，畝產(chǎn)年均需增長約2.27公斤。在耕地不斷減少、水資源約束日益加劇、自然災(zāi)害和生物災(zāi)害影響不斷加大的背景下，實(shí)現(xiàn)糧食增產(chǎn)目標(biāo)的關(guān)鍵在于種子改良，提高種業(yè)發(fā)展整體水平。
然而，現(xiàn)實(shí)的情況是，根據(jù)不同作物種類，中國植物分子遺傳育種研究水平與國際先進(jìn)水平相差10年到30年。分子育種在產(chǎn)業(yè)化方面也處在相對低的發(fā)展水平。因此，中國分子遺傳育種要走出目前的困境，需要做大量具體細(xì)致的工作。
分子生物技術(shù)育種優(yōu)勢顯著
過去，人們依靠傳統(tǒng)育種方法獲取作物新品種，其根據(jù)選擇的特性確定植物親本，然后通過雜交、回交或者直系篩選程序來完成。傳統(tǒng)育種方法存在著極大的盲目性、經(jīng)驗(yàn)性、不確定因素和長周期的問題。
目前，世界遺傳育種研究已從傳統(tǒng)的常規(guī)育種技術(shù)進(jìn)入依靠生物技術(shù)育種階段?？茖W(xué)家已從單個基因的測序轉(zhuǎn)為有計劃、大規(guī)模地檢測水稻等重要生物體的基因圖譜，全世界已有6000多項(xiàng)農(nóng)作物方面的生物技術(shù)研究成果進(jìn)入田間試驗(yàn)。所有這些都表明，未來世界種子產(chǎn)業(yè)競爭的焦點(diǎn)主要是生物技術(shù)，尤其是DNA（脫氧核糖核酸）標(biāo)記輔助育種和基因工程。生物技術(shù)向人類展示了種業(yè)的巨大發(fā)展?jié)摿?，?chuàng)造著農(nóng)業(yè)革命的未來。許多發(fā)達(dá)國家已明確提出了“向生物技術(shù)要產(chǎn)量”的口號。
植物的分子遺傳育種可謂系統(tǒng)的分子生物學(xué)工程，它是植物細(xì)胞學(xué)、植物生理學(xué)、傳統(tǒng)分子生物學(xué)、生物統(tǒng)計學(xué)以及傳統(tǒng)遺傳育種的綜合體，是高通量分子遺傳育種和傳統(tǒng)遺傳育種相結(jié)合的系統(tǒng)工程。分子育種簡單地說就是在作物育種領(lǐng)域應(yīng)用分子生物學(xué)技術(shù)，其可概括為數(shù)量性狀位點(diǎn)圖譜（QTL mapping）或基因測序發(fā)現(xiàn)特殊基因位點(diǎn)（gene discovery）、分子標(biāo)記輔助育種（marker-assisted selection）、基因組篩選（genomic selection）以及基因工程（genetic engineering）幾個部分。
要實(shí)現(xiàn)作物分子遺傳育種的目標(biāo)，首要任務(wù)是了解選擇群體細(xì)胞的生理生化特性以及與之相對應(yīng)的表型現(xiàn)象，也就是要確定植物群體實(shí)際基因或基因片段的表達(dá)與表型現(xiàn)象的內(nèi)在關(guān)聯(lián)程度。而這種關(guān)系的確立過程即是獲得基因表達(dá)的數(shù)量性狀位點(diǎn)圖譜或相關(guān)圖譜的過程。為獲得數(shù)量性狀位點(diǎn)圖譜，需要經(jīng)過選擇那些遺傳上有著明顯分離的作物親本品系、獲取能夠區(qū)別不同品系的基因標(biāo)記、借助先進(jìn)的第二代測序技術(shù)進(jìn)行DNA測序和利用統(tǒng)計技術(shù)確定可用來預(yù)測作物特性表現(xiàn)型的DNA標(biāo)記。
確定預(yù)測作物特性表現(xiàn)型的DNA標(biāo)記后，人們便可用此DNA標(biāo)記進(jìn)行相關(guān)特性的育種選擇，即作物育種的標(biāo)記輔助選育。這種選育過程相對于傳統(tǒng)的表現(xiàn)型篩選要簡單，它可以為我們節(jié)約大量的時間、精力和資源。這種選育過程的優(yōu)勢表現(xiàn)在人們能在苗期進(jìn)行選擇以及可以進(jìn)行單株選擇。
分子水平植物遺傳育種的實(shí)施可幫助人們在最短的時間里實(shí)現(xiàn)下列目標(biāo)：1.大大縮短半野生群體轉(zhuǎn)化為商業(yè)用新作物品種的時間和空間；2.讓現(xiàn)存的作物品種盡快適應(yīng)新的環(huán)境壓力，如抗病蟲害，以及滿足人們對其營養(yǎng)成分和形態(tài)學(xué)的需求；3.迅速地讓那些來自相同種類的野生家系的、有價值的特性載入到現(xiàn)存作物中去；4.容許植物育種家直接操作那些高度復(fù)雜的植物特性，如雜種優(yōu)勢和花卉類特性;5.能夠?qū)δ切┏３１缓雎缘墓律魑?，如小米、山藥、根類和塊莖類作物等進(jìn)行有效的遺傳選育。
建立高通量分子遺傳育種技術(shù)平臺
中國迫切需要建立多個大規(guī)模、高效率的分子遺傳育種技術(shù)服務(wù)平臺。這個服務(wù)平臺應(yīng)該由國家統(tǒng)籌建立，實(shí)行企業(yè)化管理。引進(jìn)和吸收國際先進(jìn)的技術(shù)和設(shè)備（包括第二代和第三代測序技術(shù)設(shè)備，可進(jìn)行全自動化用于單株篩選培育的溫室設(shè)備等），并建有能進(jìn)行常規(guī)育種的繁育基地。這個平臺的建立應(yīng)該能夠?yàn)橹参镞z傳育種科研機(jī)構(gòu)和種子企業(yè)等，根據(jù)不同作物、品種、品系以及相對應(yīng)的特性，提供全方位高通量分子遺傳育種服務(wù)。這些服務(wù)包括：基因標(biāo)記物的篩選、標(biāo)記親本篩選、高通量測序以及與之對應(yīng)的作物分子遺傳育種項(xiàng)目、高統(tǒng)量分子標(biāo)記輔助育種、遺傳數(shù)據(jù)分析、種質(zhì)基因庫的建立、品種親本篩選、種子品質(zhì)鑒定和常規(guī)的品種比較試驗(yàn)等。除此之外，企業(yè)本身還能夠承擔(dān)國家重大科研項(xiàng)目。
這種高科技服務(wù)平臺的建立，能夠有效地利用現(xiàn)有的與農(nóng)業(yè)生物技術(shù)研究相關(guān)的以及已經(jīng)建立起來的與傳統(tǒng)植物遺傳育種有關(guān)的人才和技術(shù)設(shè)施，同時有能力滿足中國制種業(yè)在高科技生物制種方面的需求，從某種程度上解決目前中國種業(yè)至今不具備高科技研發(fā)能力的問題。采取企業(yè)化的管理機(jī)制，如果操作得當(dāng)，有國家政策層面上的支持，3年至5年內(nèi)完全有可能達(dá)到上市企業(yè)的水平。
農(nóng)業(yè)的作物分子遺傳育種是一個系統(tǒng)工程，其重要性和社會影響力絕不亞于航空航天工程?？紤]到中國的實(shí)際情況，有必要成立一個國家級別的作物遺傳育種專家委員會，其由中國科技部、農(nóng)業(yè)部和農(nóng)科院牽頭，組織國內(nèi)外從事作物分子遺傳學(xué)研究的專家組成專家委員會，針對中國現(xiàn)有的主要農(nóng)作物（大約300種），逐個就目前該種作物相關(guān)的分子遺傳育種水平進(jìn)行調(diào)研，針對不同作物種類，提出未來5年至10年分子遺傳育種的詳細(xì)規(guī)劃，并擬定出詳細(xì)的系統(tǒng)研究方向、策略和研究方案；同時根據(jù)不同作物種類及其重要的篩選特性，推選出適合中國國情的分子遺傳育種專項(xiàng)課題，通過類似于國家863計劃的形式，在全國范圍內(nèi)實(shí)行競爭申請項(xiàng)目課題，由專家委員會在整個課題實(shí)行過程中監(jiān)督指導(dǎo)具體課題的執(zhí)行和落實(shí)情況。
分子生物育種高通量技術(shù)是關(guān)鍵
確定正確的發(fā)展方向需基于中國國情和世界種業(yè)發(fā)展趨勢。當(dāng)今中國種業(yè)最重要的和首要的發(fā)展方向是對傳統(tǒng)育種技術(shù)進(jìn)行改造，利用生物技術(shù)向傳統(tǒng)育種技術(shù)進(jìn)行滲透，提高農(nóng)作物的育種效率，向以生物技術(shù)為代表的高新育種技術(shù)轉(zhuǎn)變。傳統(tǒng)的品種間雜交選育新品種周期較長、效率較低，以生物技術(shù)為代表的高新技術(shù)與傳統(tǒng)的育種技術(shù)相結(jié)合，則可以快捷高效地培育農(nóng)作物新品種，因此，實(shí)施常規(guī)育種和生物技術(shù)育種相結(jié)合的科技創(chuàng)新戰(zhàn)略，可逐步提高中國種業(yè)的科技含量。建立不同作物種類的分子水平的種植資源庫，把高科技分子育種技術(shù)以及分子水平的親本選育和種質(zhì)鑒定貫穿到我們種業(yè)發(fā)展的各個環(huán)節(jié)中去，將是種業(yè)今天和未來發(fā)展最重要的方向和目的。
分子育種儀器設(shè)備的自動化操作是實(shí)施農(nóng)業(yè)高通量作物分子育種的基本保證。然而，實(shí)現(xiàn)高通量作物分子育種必須有能力在高通量的前提下對不同作物種類提取和分離高純度DNA/RNA，以實(shí)現(xiàn)在苗期短的生長期限內(nèi)對單株進(jìn)行選育的可能。這也是中國目前實(shí)施農(nóng)業(yè)高通量分子育種的技術(shù)瓶頸。與此同時，中國科研機(jī)構(gòu)技術(shù)不全面，與農(nóng)業(yè)有關(guān)的科研機(jī)構(gòu)分散和多為小型試驗(yàn)室，這些造成了中國目前分子水平育種技術(shù)落后，基礎(chǔ)研究水平低的情況。即使有些已經(jīng)鑒定的基因標(biāo)記和數(shù)量性狀位點(diǎn)圖譜也因?yàn)椴焕硐耄鵁o法直接應(yīng)用于分子標(biāo)記輔助育種實(shí)現(xiàn)。
培訓(xùn)、培養(yǎng)和引進(jìn)分子遺傳育種人才
當(dāng)今世界作物育種業(yè)甚至世界農(nóng)業(yè)競爭的焦點(diǎn)就是科學(xué)技術(shù)和掌握科學(xué)技術(shù)的人才。誰抓住了技術(shù)和人才，誰就在競爭中占據(jù)了主動。近年來，中央和地方政府出臺了一系列引進(jìn)高科技項(xiàng)目和人才的計劃，并從過去的“招商引資”轉(zhuǎn)變?yōu)榻裉斓?ldquo;招才引智”。但是，在不少各地高科技項(xiàng)目和人才招聘活動中，很難找到與農(nóng)業(yè)生物技術(shù)有關(guān)的人才和項(xiàng)目。這種現(xiàn)象也許意味著在農(nóng)業(yè)生物技術(shù)領(lǐng)域，中國缺乏能讓生物技術(shù)人才施展才華的技術(shù)平臺。
中國農(nóng)業(yè)分子生物學(xué)家黎裕等專家分析了中國分子遺傳育種存在的問題，認(rèn)為中國作物分子育種新技術(shù)新方法創(chuàng)新能力弱、分子育種高效化和規(guī)模化沒有得到根本解決，以及分子手段與傳統(tǒng)育種技術(shù)尚需有機(jī)結(jié)合。然而，或許存在另外一個問題，那就是中國缺乏農(nóng)業(yè)分子遺傳育種方面的系統(tǒng)設(shè)計師。正如一家想成功開發(fā)出具有市場潛力計算機(jī)軟件的公司，重要的不是公司有多少計算機(jī)軟件工程師，而是需要有一個具有市場觀念、能進(jìn)行全方位思維的系統(tǒng)軟件設(shè)計師。
中國有大約1萬種農(nóng)作物，它們橫跨農(nóng)業(yè)、畜牧業(yè)、園藝和林業(yè)，其中主要農(nóng)作物不下300種。在未來5年到10年里，為滿足不同種類不同特性分子生物學(xué)研究和產(chǎn)業(yè)開發(fā)對專業(yè)人員的需求，估計不同層次的從事農(nóng)業(yè)分子遺傳育種和產(chǎn)業(yè)開發(fā)的技術(shù)人才需求量不低于50萬。如果把它看作是一個新興的產(chǎn)業(yè)鏈的重要環(huán)節(jié)，那么建立技術(shù)平臺，引進(jìn)和吸引人才參與高通量分子作物遺傳育種，改造傳統(tǒng)育種人才和培訓(xùn)未來人才將成為我們?nèi)瞬艖?zhàn)略不可或缺的重要步驟。
雖然中國的種業(yè)發(fā)展面臨著諸多問題，但是無論是產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、科研和產(chǎn)業(yè)脫節(jié)的問題，還是市場管理等方面的問題，都可以通過政策、管理模式和市場模式加以調(diào)整，以適合和達(dá)到符合中國國情并具有國際競爭的能力。然而，唯有在作物育種高科技方面，如果沒有前期的基礎(chǔ)研究，根本就談不上后來的分子水平DNA標(biāo)記輔助育種，以及生產(chǎn)出具有國際競爭力的作物品種和品種品質(zhì)。截止到2010年的統(tǒng)計，中國科研工作者共定位與不同作物以及與不同性狀相關(guān)的基因總共不到1000個; 而美國僅小麥遺傳連鎖圖定位的標(biāo)記和基因就超過3000個、玉米4500個。因此，加強(qiáng)和落實(shí)中國在作物分子遺傳育種方面的基礎(chǔ)性研究是未來提高中國種業(yè)發(fā)展中最為重要步驟和方向。無疑，現(xiàn)代高通量的第二代測序技術(shù)和正在發(fā)展的第三代測序技術(shù)以及它們在農(nóng)作物方面的應(yīng)用將是快捷和經(jīng)濟(jì)有效的育種技術(shù)手段。我們相信，只要政策到位、方法得當(dāng)，中國有能力在基礎(chǔ)研究方面達(dá)到國際水平，為中國在種業(yè)高科技品種選育提供堅實(shí)的基礎(chǔ)。
?。ū緢篑v美國記者毛黎供稿）
