以下文章來(lái)源于農(nóng)科智庫(kù) ，作者北京市農(nóng)林科學(xué)院
作者：齊世杰、趙靜娟、賈倩、顧亮亮、寇遠(yuǎn)濤
單位：北京市農(nóng)林科學(xué)院數(shù)據(jù)科學(xué)與農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)研究所、中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)信息研究所
玉米是我國(guó)第一大作物，是確保國(guó)家糧食安全的重要支撐。截止2022年，我國(guó)玉米種植面積約4307萬(wàn)公頃左右，年推廣面積0.67萬(wàn)公頃以上的雜交種不足1000個(gè)，我國(guó)玉米育種面臨遺傳基礎(chǔ)狹窄、優(yōu)異種質(zhì)匱乏、資源利用效率低下、技術(shù)轉(zhuǎn)化不高等問(wèn)題。深入剖析玉米種業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀和問(wèn)題，對(duì)提升玉米種業(yè)的高質(zhì)量發(fā)展，掌握關(guān)鍵技術(shù)，提高市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力具有重要意義。
一
全球及主要國(guó)家玉米種業(yè)情況
（一）全球玉米生產(chǎn)增勢(shì)明顯，進(jìn)出口貿(mào)易格局相對(duì)穩(wěn)定
FAO 數(shù)據(jù)顯示，1980-2021 年，全球玉米種植面積從 12578 萬(wàn)公頃增加至 20587 萬(wàn)公頃，增幅達(dá) 63.67%；全球玉米年均總產(chǎn)量約 11.4 億噸，占全球糧食總產(chǎn)量的30%-35%，2011-2021 年，全球玉米總產(chǎn)量從 88777 萬(wàn)噸增加至 121023 萬(wàn)噸，增幅達(dá) 36.32%；自 2011 年以來(lái)，全球玉米單產(chǎn)水平持續(xù)增加，從 5.14 噸/公頃提高到2021 年的 5.87 噸/公頃，增長(zhǎng)率達(dá) 14.2%。從世界主要國(guó)家來(lái)看，美國(guó)、阿根廷、巴西和烏克蘭一直占據(jù)全球玉米出口量排名前四，近幾年玉米出口基本保持穩(wěn)定；日本、越南和韓國(guó)為進(jìn)口前三位國(guó)家，進(jìn)口比重相對(duì)比較穩(wěn)定。
（二）主要國(guó)家重視種質(zhì)資源保護(hù)和利用，加快推進(jìn)新品種創(chuàng)制
一直以來(lái)，美國(guó)、印度以及國(guó)際玉米小麥改良中心（CIMMYT）非常注重種質(zhì)資源的保護(hù)和利用。例如美國(guó)開展了拉丁美洲玉米項(xiàng)目（Latin American Maize Project，LAMP）、玉米種質(zhì)改良（Germplasm Enhancement of Maize，GEM）等多項(xiàng)種質(zhì)創(chuàng)新計(jì)劃，建立了完善的國(guó)家植物種質(zhì)資源系統(tǒng)NPGS，搭建了功能強(qiáng)大的種質(zhì)資源信息網(wǎng)絡(luò)（Germplasm Resources Information Network，GRIN），實(shí)現(xiàn)了 NPGS 成員單位相對(duì)獨(dú)立的網(wǎng)站互聯(lián)互通；利用簡(jiǎn)化基因組測(cè)序技術(shù)（Genotyping by Sequencing，GBS）對(duì)保存的 2815 份玉米自交系（包括來(lái)自全球育種項(xiàng)目的材料）進(jìn)行了全基因組水平的基因型鑒定。印度農(nóng)業(yè)研究委員會(huì)國(guó)家植物遺傳資源局(ICAR-NBPGR)強(qiáng)調(diào)多層次的多邊合作，檢疫已成為印度植物遺傳資源的重點(diǎn)發(fā)展方向。CIMMYT開展的“種子探索計(jì)劃”，利用多樣性序列芯片技術(shù)完成了 2.8 萬(wàn)份玉米種質(zhì)資源的高通量基因型鑒定，為重要性狀的新基因挖掘和新種質(zhì)創(chuàng)制提供了信息、材料和技術(shù)支撐。
（三）科學(xué)研究不斷深入，多種生物技術(shù)成功應(yīng)用于玉米育種
全球玉米基因組數(shù)據(jù)持續(xù)增長(zhǎng)。近年來(lái)，我國(guó)已構(gòu)建了最大規(guī)模的玉米 EMS 突變體庫(kù)并對(duì)玉米 Mu 突變體庫(kù)進(jìn)行了擴(kuò)充，首次將 CRISPR/Cas9 系統(tǒng)用于玉米靶向突變體庫(kù)創(chuàng)制。此外，涉及產(chǎn)量、抗病以及抗旱、耐鹽漬、氮磷鉀利用等重要性狀的遺傳解析不斷深入。
美國(guó)商業(yè)化育種圍繞雜種優(yōu)勢(shì)利用，通過(guò)種質(zhì)擴(kuò)增，改良了玉米耐密植性狀、提高了玉米雜交種的籽粒灌漿和脫水速度，克服了根系、莖稈、密植和灌漿、脫水等一系列機(jī)收障礙，滿足了玉米機(jī)械化收獲的需要。轉(zhuǎn)基因技術(shù)在玉米育種中的應(yīng)用不斷深入。截至2023 年 12 月，國(guó)際農(nóng)業(yè)生物技術(shù)應(yīng)用服務(wù)組織（ISAAA）官網(wǎng)登記了 265 個(gè)玉米轉(zhuǎn)化體。目前，基因編輯技術(shù)已應(yīng)用于產(chǎn)量、品質(zhì)、抗性、育性等遺傳改良，并成功創(chuàng)制出高產(chǎn)糯玉米等新品種并實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化。分子標(biāo)記技術(shù)應(yīng)用廣泛，特別是以 SNP 為代表的第三代分子標(biāo)記技術(shù)已應(yīng)用于全基因組選擇領(lǐng)域。在玉米單倍體育種技術(shù)方面，先后克隆驗(yàn)證了單倍體誘導(dǎo)基因，提高了單倍體誘導(dǎo)效率，建立了單倍體技術(shù)和全基因組選擇技術(shù)相結(jié)合的高效育種體系。近年來(lái)，美國(guó)先鋒公司創(chuàng)制了不育系雜交制種技術(shù)（Seed Production Technology，SPT），成功解決了細(xì)胞核雄性不育系的保持問(wèn)題，并攻克了雄性不育種子的自動(dòng)化分撿，突破了傳統(tǒng)細(xì)胞質(zhì)雄性不育制種的局限，目前，SPT 制種已經(jīng)在美國(guó)實(shí)現(xiàn)了商業(yè)化應(yīng)用。
（四）全球玉米種業(yè)科技格局初現(xiàn)，市場(chǎng)壟斷加劇，跨國(guó)企業(yè)引領(lǐng)發(fā)展
在科學(xué)研究方面，形成以康奈爾大學(xué)、加州大學(xué)戴維斯分校、冷泉港實(shí)驗(yàn)室、愛(ài)荷華州立大學(xué)、密蘇里大學(xué)哥倫比亞分校、斯坦福大學(xué)、明尼蘇達(dá)大學(xué)、威斯康星大學(xué)麥迪遜分校、喬治亞大學(xué)等為代表的科研團(tuán)隊(duì)；在育種技術(shù)研發(fā)方面，隨著跨國(guó)種企新一輪整合，形成以拜耳—孟山都（德國(guó)）、陶氏—杜邦（美國(guó)）、中化+先正達(dá)（中國(guó)）、巴斯夫（德國(guó)）為首的四強(qiáng)鼎立時(shí)代，全球種業(yè)市場(chǎng)集中化程度更高。
以基因編輯為代表的新興生物技術(shù)，使育種定向改良更加精準(zhǔn)便捷；以人工智能、區(qū)塊鏈、物聯(lián)網(wǎng)等為代表的新技術(shù)革命，為種業(yè)數(shù)字化創(chuàng)新升級(jí)奠定了基礎(chǔ)。在大數(shù)據(jù)方面，精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)種植成為趨勢(shì)?？鐕?guó)種企通過(guò)資源技術(shù)育種一體化，在玉米育種科技研發(fā)和種業(yè)市場(chǎng)份額上優(yōu)勢(shì)顯著。
二
我國(guó)玉米產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀
（一）我國(guó)玉米生產(chǎn)增勢(shì)明顯，市場(chǎng)總體產(chǎn)需兩旺
據(jù) FAO 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，2011-2021 年，我國(guó)玉米種植面積從 336 萬(wàn)公頃增加到 433 萬(wàn)公頃，增幅達(dá) 23%；我國(guó)玉米總產(chǎn)量從 1929 萬(wàn)噸增加到 2727 萬(wàn)噸，增幅達(dá) 35.2%，至 2021 年，中國(guó)玉米收獲面積全球排名第一。自 2011 年以來(lái)，我國(guó)玉米單產(chǎn)水平持續(xù)增加，從 5.7 噸/公頃提高到 2021 年的 6.3 噸/公頃，增長(zhǎng)率達(dá) 9.9%，年均增長(zhǎng)率1.07%。中國(guó)近兩年的玉米進(jìn)口量有明顯增加 ，2022 年的玉米進(jìn)口量達(dá)到 2061.85 萬(wàn)噸。
（二）種質(zhì)資源保護(hù)與利用協(xié)調(diào)發(fā)展不平衡
目前我國(guó)農(nóng)作物種質(zhì)資源庫(kù)保有量達(dá)到 51 萬(wàn)份，然而真正能在商業(yè)化育種中得到應(yīng)用的種質(zhì)資源不到 10％，有的作物甚至低至 3％。種質(zhì)資源與育種親本之間的矛盾越來(lái)越突出。近 20 年來(lái)，通過(guò)國(guó)家或省級(jí)審定的玉米品種主要為先玉 335、鄭單 958 的衍生品種，玉米品種的遺傳相似度非常高。雜種優(yōu)勢(shì)模式主要為瑞德/黃改和 SS/NSS，育種親本主要集中在鄭 58、昌 7-2、PH6WC、PH4CV 等玉米自交系，大量地方品種和熱帶種質(zhì)束之高閣，導(dǎo)致已經(jīng)審定的玉米新品種遺傳基礎(chǔ)日趨狹窄、同質(zhì)化日益嚴(yán)重，在生產(chǎn)上抗風(fēng)險(xiǎn)能力不足。
（三）科技創(chuàng)新實(shí)力增強(qiáng)，成效顯著，產(chǎn)業(yè)化協(xié)同發(fā)展仍存在短板
我國(guó)玉米育種主體仍以科研單位和高等院校為主，近年來(lái)持續(xù)開展群體改良工作，并取得顯著成效，在外來(lái)種質(zhì)資源利用方面取得新進(jìn)展，采用轉(zhuǎn)基因和基因編輯技術(shù)創(chuàng)制高抗性玉米品種方面成果突出，同時(shí)還利用新技術(shù)提升育種效率，研發(fā)能力得到極大提升，但育種實(shí)力與美國(guó)相比還存在一定差距。種子企業(yè)作為玉米育種的新生力量，科技創(chuàng)新的積極性顯著提高，但受限于科研經(jīng)費(fèi)投入不足，科研團(tuán)隊(duì)人才不足等問(wèn)題，與跨國(guó)種企仍存在較大差距。因此，我國(guó)雖然在育種科技和產(chǎn)業(yè)化布局方面有突出成效，但產(chǎn)業(yè)化協(xié)同發(fā)展仍不足主流的農(nóng)作物育種技術(shù)仍然停留在傳統(tǒng)育種技術(shù)階段，基因編輯、全基因組選擇技術(shù)等先進(jìn)育種技術(shù)尚未形成工程化、商業(yè)化育種模式，急需加大科技成果的轉(zhuǎn)化力度。
（四）育種體系分工不明確，種企競(jìng)爭(zhēng)能力不強(qiáng)
《關(guān)于加快推進(jìn)現(xiàn)代農(nóng)作物種業(yè)發(fā)展的意見(jiàn)》（國(guó)發(fā)〔2011〕8號(hào)）明確提出對(duì)科研院所和高等院校加大基礎(chǔ)性、公益性研究項(xiàng)目的投入力度，充分利用公益性研究成果，逐步建立以企業(yè)為主體的商業(yè)化育種新機(jī)制。目前大多數(shù)科研院所和高等院校是以農(nóng)作物遺傳育種為主，基礎(chǔ)性、公益性的研究項(xiàng)目得不到重視；種子企業(yè)商業(yè)化育種體系建設(shè)仍處于起步階段，種子企業(yè)的研發(fā)投入不足，可持續(xù)性不強(qiáng)，造成種子企業(yè)核心競(jìng)爭(zhēng)力弱，科企合作緊密度不夠，社會(huì)分工不明確。
三
我國(guó)玉米種業(yè)發(fā)展建議
（一）強(qiáng)化關(guān)鍵育種技術(shù)開發(fā)，激發(fā)科技創(chuàng)新活力
加快創(chuàng)新種質(zhì)資源，通過(guò)采用國(guó)內(nèi)外先進(jìn)的技術(shù)手段改良種質(zhì)；創(chuàng)新育種方法，采用生物技術(shù)育種與傳統(tǒng)育種相結(jié)合的方法，提高育種的效率和技術(shù)水平。通過(guò)多學(xué)科的相互結(jié)合促進(jìn)種子產(chǎn)業(yè)科技創(chuàng)新并且積極推進(jìn)種子產(chǎn)業(yè)發(fā)展水平的提升。通過(guò)配套產(chǎn)業(yè)基地平臺(tái)的構(gòu)建與應(yīng)用使玉米生物育種科技得到迅速轉(zhuǎn)化。充分發(fā)揮玉米產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系的作用使種源關(guān)鍵技術(shù)得到不斷發(fā)展與創(chuàng)新，最終為種育種技術(shù)的提升起到關(guān)鍵作用。
（二）加強(qiáng)與國(guó)際種質(zhì)資源交流，保障遺傳資源多樣性
目前國(guó)內(nèi)外的種質(zhì)資源引進(jìn)愈發(fā)困難，共享交換將成為今后主要的渠道，因此要著重加強(qiáng)我國(guó)非原生農(nóng)作物種質(zhì)資源的國(guó)際交換，進(jìn)一步規(guī)范農(nóng)作物種質(zhì)資源的國(guó)外引種。構(gòu)建種質(zhì)資源惠益共享和激勵(lì)約束機(jī)制，通過(guò)契約關(guān)系明晰種質(zhì)資源所有權(quán)，放活種質(zhì)資源保藏單位運(yùn)營(yíng)權(quán)，賦予相關(guān)各方收益權(quán)，探索開展玉米資源保護(hù)與利用權(quán)益改革試點(diǎn)，研究制定資源賦權(quán)政策，推動(dòng)建立資源共享利用和交易平臺(tái)。
（三）加快信息技術(shù)應(yīng)用，推進(jìn)種質(zhì)管理數(shù)智化
加強(qiáng)育種信息化技術(shù)的研發(fā)和運(yùn)用，將現(xiàn)代信息技術(shù)運(yùn)用于植物育種的全過(guò)程，將人工智能、區(qū)塊鏈、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)技術(shù)等與種業(yè)數(shù)字化創(chuàng)新升級(jí)相結(jié)合，開發(fā)智能化管理工具，推動(dòng)高通量表型及基因分型數(shù)據(jù)信息的獲取與處理。通過(guò)設(shè)立國(guó)家專項(xiàng)基金，穩(wěn)定支持種子資源庫(kù)建設(shè)和資源精準(zhǔn)鑒定工作，針對(duì)抗蟲、抗旱、抗病、抗倒伏等重要性狀發(fā)掘出一批優(yōu)異種質(zhì)和基因；構(gòu)建基于大數(shù)據(jù)技術(shù)的育種數(shù)據(jù)信息化平臺(tái)，為解析生物學(xué)數(shù)據(jù)與目標(biāo)農(nóng)藝性狀的關(guān)系提供信息，為加快育種進(jìn)程提供數(shù)據(jù)支撐。
（四）科研院所與企業(yè)協(xié)同創(chuàng)新，提升技術(shù)鏈和產(chǎn)業(yè)鏈合力
構(gòu)建以種子企業(yè)牽頭，科研院所、高等院校共同參與的玉米育種科研創(chuàng)新體系，形成合理的產(chǎn)學(xué)與研發(fā)聯(lián)合攻關(guān)的模式，重點(diǎn)扶持“育、繁、推”一體化企業(yè)，加強(qiáng)科企合作；結(jié)合中國(guó)玉米育種的需求和問(wèn)題，制定具有階段性、目標(biāo)性、實(shí)用性的種質(zhì)改良計(jì)劃，注重不同育種主體的分工配合，避免重復(fù)、重疊資助，確保所資助范圍涵蓋種業(yè)產(chǎn)業(yè)鏈的各項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)，避免產(chǎn)業(yè)鏈不完備造成的“卡脖子”風(fēng)險(xiǎn)。
參考文獻(xiàn)：略
