來自 | 徐云碧
作者 | 徐云碧
前言：
在第三屆三亞國際種業(yè)科學(xué)家大會暨 2024 國際種業(yè)科技博覽會落下帷幕之際，今次【舊文重播】，介紹 2021 年發(fā)表在《中國農(nóng)業(yè)科學(xué)》關(guān)于如何推動南繁種業(yè)轉(zhuǎn)型升級的文章：
張興平，錢前，張嘉楠，鄧興旺，萬建民，徐云碧. 2021.分子植物育種助推南繁種業(yè)轉(zhuǎn)型升級. 中國農(nóng)業(yè)科學(xué) 54(18):3789-3804
北京大學(xué)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)研究院公眾號介紹了這篇文章：
專家建言：分子植物育種助推南繁種業(yè)轉(zhuǎn)型升級
https://mp.weixin.qq.com/s/vEfmXrvhpUy15UH1umoM5w
過去幾年來，在中國種業(yè)發(fā)展歷史上發(fā)生了幾件大事，始自 2018 年的海南自貿(mào)區(qū)建設(shè)。這一年，中國國家主席習(xí)近平在海南省暨海南經(jīng)濟特區(qū) 30 周年大會上鄭重宣布，黨中央決定支持海南全島建設(shè)自由貿(mào)易試驗區(qū)。海南開啟自貿(mào)區(qū)建設(shè)，把南繁育種作為重要的科技創(chuàng)新內(nèi)容之一。
根據(jù)過去四十年本人參加南繁育種的實踐，深感海南在未來的育種中不應(yīng)該僅僅是為了加代，每年多繁育一個世代，而是應(yīng)該發(fā)揮真正的冬季育種基地的作用。在分子標(biāo)記輔助育種、DH 育種、快速育種、工廠化育種、轉(zhuǎn)基因育種、基因編輯育種等現(xiàn)代育種技術(shù)正在與常規(guī)育種技術(shù)完全整合的時代，海南完全可以發(fā)展成為“海南育種、全國測試”的重要育種基地。
于是，從 2019 年開始思考如何實現(xiàn)南繁育種轉(zhuǎn)型升級的問題，這個重大轉(zhuǎn)變應(yīng)該是未來南繁科技城建設(shè)的重要目標(biāo)，并在 2019 下半年在海南召開的兩次與南繁育種相關(guān)的會議上提出了分子植物育種助推南繁種業(yè)轉(zhuǎn)型升級的設(shè)想。
第一次是在?？谡匍_的 “海南自貿(mào)區(qū) (港) 南繁 · 深海 · 航天科技創(chuàng)新暨產(chǎn)業(yè)發(fā)展國際合作交流大會——南繁種業(yè)創(chuàng)新發(fā)展與國際合作交流會（11月18-21日）。
第二次是 12 月 9-12 日在三亞召開的“崖州論壇：南繁與現(xiàn)代育種國際論壇”。會上，分子育種踐行者作了題為“分子植物育種助推南繁種業(yè)轉(zhuǎn)型升級” 的主旨報告。報告討論了:
(1) 實現(xiàn)南繁種業(yè)轉(zhuǎn)型升級所需要的支撐條件；
(2) 分子標(biāo)記輔助育種在轉(zhuǎn)型升級中的關(guān)鍵作用；
(3) 我國在液相芯片檢測領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)換道超車，走在世界前列，一舉突破了成本、平臺和知識產(chǎn)權(quán)的三重制約，在大幅度降低了分子標(biāo)記檢測成本的同時，實現(xiàn)了檢測平臺儀器設(shè)備的通用化和分析試劑的國產(chǎn)化。
(4) 南繁種業(yè)轉(zhuǎn)型升級所需整合的現(xiàn)代育種技術(shù)體系。
在幾次全國性大會報告的基礎(chǔ)上，聯(lián)合多家單位的著名專家學(xué)者，以專家建言的形式，撰寫了“分子植物育種助推南繁種業(yè)轉(zhuǎn)型升級“的論文。該論文發(fā)表在 2021 年《中國農(nóng)業(yè)科學(xué)》上，論文作者包括了三名中美院士、兩名國家特聘專家、一位公司老總，被認(rèn)為是作者級別最高的中文論文之一，其目的是希望引起有關(guān)部門對南繁問題的關(guān)注，為國家南繁科技城的建設(shè)和南繁育種轉(zhuǎn)型升級提供參考和指導(dǎo)意見。
2020 年《海南自由貿(mào)易港建設(shè)總體方案》印發(fā)，海南自貿(mào)港建設(shè)上升至國家戰(zhàn)略，賦予三亞及崖州灣發(fā)展國際化中心化的高標(biāo)準(zhǔn)要求。12 月 2 日，《海南自由貿(mào)易港三亞崖州灣科技城條例》發(fā)布。條例指出，科技城應(yīng)按照海南自由貿(mào)易港建設(shè)的有關(guān)要求，高水平推進深?？萍肌⒛戏笨萍?、動植物種質(zhì)資源引進中轉(zhuǎn)研發(fā)、科教研發(fā)、遙感等產(chǎn)業(yè)發(fā)展。隨后幾年，南繁科技城發(fā)展迅速。
2021 年 5 月 12 日，崖州灣種子實驗室揭牌并隨后進入正式運轉(zhuǎn)。南繁科技城現(xiàn)已匯集中國科學(xué)院、中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院、中國農(nóng)業(yè)大學(xué)、浙江大學(xué)等大學(xué)和科研院所，中國種子集團、隆平生物等幾百家種業(yè)企業(yè)，產(chǎn)生了顯著的南繁產(chǎn)業(yè)集聚效應(yīng)。
近日，為期 3 天的第三屆三亞國際種業(yè)科學(xué)家大會暨 2024 國際種業(yè)科技博覽會落下帷幕。三亞日報發(fā)表了綜合述評：
大咖齊聚三亞開啟“頭腦風(fēng)暴”，共話種業(yè)發(fā)展
https://mp.weixin.qq.com/s/a0L0Dp5U0qTlgXyJZ9OcMg
文中提到：在海南獨特的氣候條件下，在南繁基地已有品種、技術(shù)、人才聚集區(qū)的基礎(chǔ)上，為更好發(fā)揮南繁產(chǎn)業(yè)集群優(yōu)勢，打造南繁“種業(yè)高地”，實現(xiàn)農(nóng)業(yè)種業(yè)“走出去”，三亞市政府聯(lián)合南繁精英，以崖州灣科技城為先驅(qū)搭建南繁平臺，打通集“檢測前端、田間服務(wù)、實驗室管理、成果轉(zhuǎn)化、經(jīng)營創(chuàng)收”等為一體的南繁全產(chǎn)業(yè)鏈條，探索實現(xiàn)南繁由季節(jié)加代向全年研發(fā)、由育制種向產(chǎn)業(yè)鏈、由分散獨立向集群協(xié)同拓展，創(chuàng)建以種業(yè)為主導(dǎo)產(chǎn)業(yè)的國家現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)園，著力打造立足海南、服務(wù)全國、走向世界的“南繁硅谷”。……
希望南繁科技城能夠真正發(fā)揮社會主義大協(xié)作的精神，做到南繁育種設(shè)施、平臺等的協(xié)同、共享，避免重復(fù)建設(shè)和低水平內(nèi)卷，減少浪費，充分發(fā)揮海南的自然資源優(yōu)勢和政策優(yōu)勢，助推南繁種業(yè)轉(zhuǎn)型升級，提升中國種業(yè)的國際競爭力。在種業(yè)受到日益重視的今天，很多大學(xué)、科研院所和種業(yè)企業(yè)都在利用國家提供的優(yōu)惠條件和政策支持，在海南開展大規(guī)模的育種平臺和設(shè)施建設(shè)。為充分利用海南有限的土地資源，重點建設(shè)滿足異地育種、快速育種等現(xiàn)代育種所需的高效、低成本公共設(shè)施和共享平臺，依然是南繁科技城建設(shè)所面臨的一項重要挑戰(zhàn)。
實現(xiàn)南繁種業(yè)轉(zhuǎn)型升級，將改變歷史上單一的繁殖加代模式，實現(xiàn)向資源引進和評價、育種選擇、品種鑒定和品種權(quán)保護等在內(nèi)的全產(chǎn)業(yè)鏈模式的轉(zhuǎn)型升級，將南繁基地轉(zhuǎn)變?yōu)橛N基地，將海南的冬天轉(zhuǎn)變?yōu)橛N家的春天。與南繁種業(yè)轉(zhuǎn)型升級相對應(yīng)的是“動植物分子育種共性技術(shù)和平“的建設(shè)。正如第一屆前沿分子育種技術(shù)研討會（2019.5.15-17北京）所倡議的，期待建立 “動植物分子育種共性技術(shù)和平臺合作聯(lián)盟” ，開展共性理論的探討，共性技術(shù)的開發(fā)，共性平臺的構(gòu)建，共性應(yīng)用的實踐。
今天舊文重播，希望能夠引起相關(guān)部門的關(guān)注，在助推南繁種業(yè)轉(zhuǎn)型升級的同時，如何協(xié)調(diào)、整合和統(tǒng)籌南繁育種相關(guān)的資源、設(shè)施和平臺，推進中小種業(yè)企業(yè)的分子植物育種和種業(yè)的發(fā)展。
附原文：
分子植物育種助推南繁種業(yè)轉(zhuǎn)型升級
Transforming and upgrading off-season breeding in Hainan through molecular plant breeding
為了加快育種進程，育種家采用了各種異地繁殖的方式，就是在目標(biāo)環(huán)境不適合繁殖的條件下，到氣溫適合作物生長的地方，主要是海南，進行繁殖和加代，簡稱南繁。但由于異地環(huán)境條件與目標(biāo)環(huán)境存在很大差異，一般無法在異地進行育種所需的各種表型評價選擇。同時，由于育種材料通常處于分離時代，一般需要在目標(biāo)環(huán)境和異地進行交替的穿梭育種，而不宜在異地進行連續(xù)兩個或多個世代的繁殖。因此傳統(tǒng)的育種方法極大地限制了南繁育種和選擇。分子育種技術(shù)的發(fā)展為充分利用熱帶的光溫資源、開展一年多代的南繁育種并進行有效的異地評價和選擇創(chuàng)造了條件。分子標(biāo)記輔助育種與其他現(xiàn)代育種技術(shù)相融合，將助推南繁種業(yè)從單一的繁殖加代向資源引進和評價、育種選擇、純度檢測、種質(zhì)交流和產(chǎn)權(quán)保護等在內(nèi)的全產(chǎn)業(yè)鏈模式轉(zhuǎn)變，實現(xiàn)從海南冬繁到周年育種的轉(zhuǎn)變，將海南的南繁地理和生態(tài)優(yōu)勢轉(zhuǎn)化為南繁與育種相整合的全產(chǎn)業(yè)鏈優(yōu)勢，加快育種進展、提高育種效率，促進種業(yè)發(fā)展。
近日，《中國農(nóng)業(yè)科學(xué)》發(fā)表了由北京大學(xué)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)研究院、中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物科學(xué)研究所和石家莊博瑞迪生物技術(shù)有限公司幾位專家組成的團隊撰寫的長篇評述。該文全面討論了如何利用分子育種技術(shù)實現(xiàn)南繁種業(yè)的轉(zhuǎn)型升級，內(nèi)容包括海南地理生態(tài)優(yōu)勢與南繁種業(yè)現(xiàn)狀，南繁種業(yè)轉(zhuǎn)型升級的必要性和可能性，以及所面臨的挑戰(zhàn)和機遇。這一討論關(guān)系到南繁科研育種基地建設(shè)，國家種業(yè)發(fā)展和糧食安全，值得相關(guān)專家、管理人員和政府決策機構(gòu)參考。論文信息如下：
張興平,錢前,張嘉楠,鄧興旺,萬建民,徐云碧. 2021. 分子植物育種助推南繁種業(yè)轉(zhuǎn)型升級. 中國農(nóng)業(yè)科學(xué)54 (18): 3789-3804. doi: 10.3864/j.issn.0578-1752.2021.18.001
論文全文可以通過以下鏈接下載（如下圖）：
https://www.chinaagrisci.com/CN/10.3864/j.issn.0578-1752.2021.18.001
文章在分析了海南地理生態(tài)優(yōu)勢與南繁種業(yè)現(xiàn)狀之后，討論了南繁種業(yè)的轉(zhuǎn)型升級及其所需條件。實現(xiàn)南繁種業(yè)的轉(zhuǎn)型升級有賴于異地選擇觀念的轉(zhuǎn)變、國家相關(guān)政策的支持、分子育種平臺的支撐、生物安全防控和品種保護制度的建立和完善、資源共享和交流機制的形成（表1）。
隨后討論了南繁種業(yè)轉(zhuǎn)型升級之育種理論：數(shù)量和群體遺傳、基因型和環(huán)境互作、分子設(shè)計和大數(shù)據(jù)構(gòu)。分子設(shè)計包括微觀水平的基因設(shè)計、代謝設(shè)計和網(wǎng)絡(luò)設(shè)計，宏觀水平的個體設(shè)計、群體設(shè)計和物種設(shè)計。論文首次正式提出了有關(guān)宏觀和微觀層次分子設(shè)計育種的戰(zhàn)略設(shè)想（表2）。
高通量精準(zhǔn)表現(xiàn)型鑒定、環(huán)境型鑒定、信息處理和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、決策支撐系統(tǒng)等是南繁種業(yè)轉(zhuǎn)型升級所需的育種平臺。現(xiàn)代育種技術(shù)平臺將在南繁種業(yè)轉(zhuǎn)型升級中發(fā)揮關(guān)鍵作用。平臺將推動異地選擇（完成主要目標(biāo)性狀的異地評價、鑒定和選擇）、分子檢測（轉(zhuǎn)基因性狀的轉(zhuǎn)移、基因編輯檢測）、增規(guī)減耗（通過早期和播前選擇增加規(guī)模、提高土地利用率、降低成本）、品種權(quán)利保護（品種真實性、實質(zhì)性派生品種、品系和雜交種純度檢測）、DH 育種（單倍體篩選、早期淘汰和選擇）、快速育種（通過控制環(huán)境條件加速植物生長發(fā)育、分子標(biāo)記輔助的快速篩選和鑒定）、全基因組選擇和預(yù)測以及開源育種（種質(zhì)資源和信息資源的共享、交流和利用）。
分子檢測技術(shù)以及標(biāo)記輔助的選擇使評價和選擇不再依賴于特定的環(huán)境條件。過去四十年來，分子標(biāo)記檢測技術(shù)發(fā)生了革命性的變化，經(jīng)歷了從凝膠電泳到熒光檢測、固相芯片和液相芯片的 4G 發(fā)展過程。作為分子育種的核心支撐，現(xiàn)已發(fā)展了基于靶向測序-液相芯片的基因型檢測（genotyping by target sequencing and liquid chip，GBTS-LC）技術(shù)，通過 GenoPlexs 可以實現(xiàn)高達 5000 對標(biāo)記引物高度均一的多重 PCR 靶向擴增，而基于液態(tài)探針捕獲的 GenoBaits，可以獲取高達 40K 個目標(biāo)位點（每個位點包含多個 SNP）。該技術(shù)具有平臺廣適性、標(biāo)記靈活性、檢測高效性、信息可加性、支撐便捷性、應(yīng)用廣普性，已成為分子育種中取代固相芯片的重要分子檢測技術(shù)。關(guān)于靶向測序-液相芯片技術(shù)的詳細(xì)介紹，請參考：徐云碧等 2020（中國農(nóng)業(yè)科學(xué) 53: 2983-3004）和郭子鋒等 2021（Plant Communications 2: 100230）。
南繁種業(yè)轉(zhuǎn)型升級需要建立完整的綜合育種技術(shù)體系，也就是將各種現(xiàn)代育種技術(shù)整合在一起形成一條完整的鏈條。綜合育種技術(shù)體系涉及多種育種方法的綜合應(yīng)用，包括常規(guī)育種程序以及在此基礎(chǔ)上整合各種現(xiàn)代育種技術(shù)和方法及其優(yōu)化和組合形式。要實現(xiàn)“海南育種，全國測試”，需要構(gòu)建包括高效育種設(shè)施、快速育種、轉(zhuǎn)基因和基因編輯技術(shù)、雙單倍體育種技術(shù)、全基因組選擇等在內(nèi)的綜合育種體系。隨著各種技術(shù)的綜合應(yīng)用，育種周期縮短、遺傳增益提升、育種效率提高、投入產(chǎn)出比增加。整合多種方法和技術(shù)的育種體系將變每年南繁一代為每年南育多代，同時大大降低品種的培育成本。為此，要倡導(dǎo)資源共享的開源育種模式，建設(shè)橫跨動植物的共性方法、技術(shù)和平臺，開展資源引進、監(jiān)測和評價，構(gòu)建種質(zhì)資源指紋圖譜，強化品種權(quán)保護、種子質(zhì)量控制和純度檢測。希望借此推進有關(guān)南繁種業(yè)轉(zhuǎn)型升級的公眾討論和政府決策，從而推進整個種業(yè)的科技進步和現(xiàn)代化。
實現(xiàn)南繁育種轉(zhuǎn)型升級的綜合育種策略及其效率
