农业生产“三品一标”专家系列解读之三：品种培优—促进蔬菜产业高质量发展的新目标.pdf

doi 10 19928 ki 1000 6346 2022 1040 农业生产 三品一标 专家系列解读之三 品种培优 促进蔬菜产业高质量 发展的新目标 我国是世界上最大的蔬菜生产国和消费国 蔬菜产业的发展离不开种业的科技创新和优良品种的支撑 围 绕 2022 年 9 月农业农村部发布的 农业品种培优实施方案 2022 2025 年 在梳理蔬菜种业发展现状 的基础上 从种质资源 育种创新 种子基地和市场环境四个方面阐述了蔬菜种业发展现状 分析存在的 问题和产业发展需求 提出了蔬菜品种培优的措施建议 为促进蔬菜产业高质量发展提供重要理论支撑和 参考依据 汪精磊 男 博士 助理研究员 主要从事蔬菜分子育种研究 E mail wangjinglei 通信作者 包崇来 男 硕士 研究员 主要从事蔬菜遗传育种研究 E mail baocl 收 稿 日期 2022 11 07 接受日期 2022 11 20 基 金项目 国家大宗蔬菜产业技术体系项目 CARS 23 A09 浙江省 基础公益研究计划项目 LQ21C150003 汪精磊 胡天华 魏庆镇 包崇来 浙江省农业科学院蔬菜研究所 浙江杭州 310000 蔬菜产业已成为我国种植业中第一大产业 蔬菜产业占用 10 的农业土地 贡献了种植业近 40 的产值 在脱贫攻坚 乡村振兴及满足人民 不断提高的生活水平需求中发挥了重要作用 我国 作为蔬菜生产和销售大国 蔬菜种子需求量巨大 种业对蔬菜产业科技进步的贡献率占比达到 40 于拴仓和苏同兵 2022 中央全面深化改革会 第二十次会议审议通过 种业振兴行动方案 农 业现代化 种子是基础 要把种源安全提升到关系 国家安全的战略高度 集中力量破难题 补短板 强优势 控风险 实现种业科技自立自强 种源自 主可控 2021 年中央一号文件提出了 推动品种培优 品质提升 品牌打造和标准化生产 新 三品一标 的概念 新 三品一标 中将 品种培优 放在了 首位 充分体现了种业是农业的核心所在 是重中 之重 2022 年 9 月 农业农村部发布了 农业品 种培优实施方案 2022 2025 年 以下简称 方 案 方案 从种质资源 育种创新 种子基地 和市场环境 4 个方面阐述了农业品种培优的目标和 任务 为蔬菜种业的发展指明了方向 本文将从这 4 个方面阐述蔬菜 品种培优 需要解决的问题和 未来发展方向 1 蔬菜种质资源保护与利用 种质资源是重要品种创新的基因库 是促进现 代种业发展和农业技术创新的重要物质基础 方 案 中明确提出 到 2025 年 要全面完成种质资 源普查 基本构建资源保护利用体系 创制挖掘一 批优异种质资源 1 1 种质资源收集 我国从 20 世纪 60 年代开始开展蔬菜种质资 源的收集 鉴定和挖掘工作 目前 国家种质资源 库中保存蔬菜资源逾 4 万份 对蔬菜新品种选育起 到了重要作用 近年来 第三次全国农作物种质资 12 中 国 蔬 菜 CHINA VEGETABLES 产业广角 2022 12 12 15 源普查与收集行动陆续在各省展开 加大了对地方 品种 培育品种和引进品种的普查力度 抢救性收 集了一批珍贵 稀有 濒危资源 并发现 鉴定和 评估了一批特色优质高效的新资源 我国蔬菜种质 资源收集工作取得了长足的发展 但与发达国家相 比 虽然我国拥有的蔬菜种质资源数量接近国外 种质资源丰富 但包含的国外资源不足 25 尤 其是起源于国外的番茄 菠菜等 其遗传基础极为 狭窄 阳文龙和李锡香 2019 张德纯和徐东辉 2022 以美国为代表的西方各国已将遗传资源全 球收集作为国家战略 并制定法规控制核心资源的 输出 加大了我国对全球资源收集的难度 为改变 这一状况 应收集 引进国外蔬菜优良种质 加强 种质资源库 场 区 圃 建设 在适宜区域建设 一批蔬菜良种繁育基地 1 2 种质资源鉴定 鉴定评价是挖掘 创制和利用种质资源的前 提 蔬菜种质资源的鉴定评价包括形态特征 农艺 性状 熟性 抗病性 抗逆性 品质等表型性状 十三五 期间尽管开展了主要蔬菜种质资源表型 鉴定 但多以传统的人工测量方法为主 通量低 准确度差 因此 应开发智能表型鉴定技术 提高 鉴定通量和精准度 此外 蔬菜作物的品质性状包 括外观 质地 气味和滋味特性等 传统的鉴定方 法多以感官鉴定为主 鉴定结果难以量化 可靠性 较差 应加快理化鉴定方法 技术的研发 确定控 制蔬菜关键性状的因子 开发基于仪器的高通量精 准品质鉴定技术 随着分子技术及测序技术的发展 蔬菜种质资 源的鉴定评价从早期的表型性状鉴定发展到分子水 平的基因型鉴定 多个研究对蔬菜核心种质资源表 型和基因型进行了深入的鉴定分析 挖掘了黄瓜 番茄 白菜 菜豆 辣椒等多种作物多个性状控制 基因或等位位点 测序技术在鉴定优异性状成因的 同时 为实现蔬菜作物优异资源的挖掘和保护向基 因资源的转变奠定了基础 1 3 优异基因挖掘 现代育成品种需要从种质资源中挖掘优异资 源 基因用于品种改良 早期的蔬菜优异资源挖掘 主要是通过表型选择 随着分子生物学的发展 分 子标记 测序技术已广泛应用于基因挖掘工作中 近年来 不同单位利用表型遗传分析 分子标记和 定位 变异组和转录组分析等 挖掘了一批控制生 长发育 抗病抗逆 品质等重要性状的关键基因 曾 美娟 等 2021 如挖掘了在番茄中控制风味的基 因 Zhu et al 2018 十字花科蔬菜白菜 甘蓝 萝卜中控制抽薹的基因 汪精磊 等 2015 黄瓜 中控制皮色 瓜长的基因 Zhang et al 2012 等 这些基因将大大推动蔬菜由传统育种向高效 定向 的分子设计育种转变 但多组学新技术在蔬菜上应 用尚有限 深入挖掘较少 具有自主知识产权的优 异基因仍旧缺乏 应从生产的迫切需求和具有重要 潜在利用价值的种质入手 加强多组学技术在基因 挖掘中的应用 充分利用生物信息学工具挖掘优异 基因 以进一步释放蔬菜种质资源的利用价值 2 蔬菜新品种自主创新 2 1 突破关键育种技术 提升原始创新能力 种业竞争本质上是原始创新能力的竞争 方 案 中明确提出 选育一批具有 自主知识产权 的品种 其关键在于育种技术的突破和创新 随着 生物技术的快速发展 蔬菜生物育种技术取得了长 足进步 蔬菜育种已从早期的基于经验和传统遗传 学的育种时代发展到分子育种阶段 并积极探索基 于基因工程 人工智能等技术融合发展为标志的新 一轮育种技术 我国在分子标记辅助选择育种技术研究方面进 展迅速 特别是随着我国完成了黄瓜 番茄 西瓜 大白菜 甘蓝等蔬菜作物的全基因组测序 获得了 海量的数据 在基因组学研究基础上 定位克隆了 马铃薯熟性 抗晚疫病 番茄抗白粉病 黄瓜苦味 抗霜霉病等重要抗性和品质相关的基因 QTL 200 余个 开发了实用分子标记 100 余个 并建立了分 子标记辅助育种体系 李广存 等 2022 以 CRISPR Cas 为代表的基因编辑技术为蔬菜 作物实现精准 高效 省时 省力和安全的种质创 新提供了新的机遇 我国已经在番茄 甘蓝 白 菜 黄瓜 西瓜 南瓜等多种蔬菜作物上实现基因 编辑 唐笑 等 2022 此外 转基因技术在多种 作物上较成熟 目前转基因植株进入田间试验阶 段的蔬菜作物有番茄 黄瓜 甜瓜 南瓜 甜玉米 等 虽然基因工程技术在部分蔬菜作物上取得了较 13 中 国 蔬 菜 CHINA VEGETABLES 产业广角 快发展 但在一些蔬菜中还存在缺乏适用于多种基 因型的高效遗传转化体系 以及缺少可用于编辑的 功能基因等亟需解决的问题 因此 建立各种蔬菜 遗传转化体系 探索不依赖于组织培养的转基因 途径 是蔬菜作物基因编辑技术广泛应用的研究 方向 智能育种是基于作物表型 遗传和分子的数据 基础 通过人工智能技术设计最佳育种方案 进而 定向 高效培育新品种 目前仅在番茄等少数蔬菜 作物中有所探索 2 2 构建高效育种体系 培育符合市场需求的新 品种 我国主要蔬菜种类的品种良种覆盖率达 90 以上 良种对蔬菜产业的贡献率为 40 与发达国 家良种的贡献率普遍在 70 以上仍有较大差距 解 沛 等 2022 以北京新 3 号系列大白菜 中甘系 列甘蓝 中椒 京甜系列辣椒 津优 中农系列黄瓜 京葫系列西葫芦 京欣 华欣系列西瓜等为代表的 优良品种 占据了国内蔬菜市场主导地位 王立浩 等 2016 但部分高端蔬菜品种 如青花菜 胡 萝卜 菠菜 洋葱等的良种对国外依存度高达 85 以上 佟屏亚 2021 目前我国蔬菜种子进口量 仍远超出口 进出口贸易逆差也在逐年增加 石鑫 岩 2022 因此 迫切需要突破 卡脖子 难题 综合运用现代育种技术 培育高产优质 抗病抗逆 的品种 满足市场和产业发展需求 方案 中提出 选育一批具有 优质高产 抗病抗逆 适宜机械化作业等 的品种 为蔬菜新 品种选育指明了新的方向 高产 一直以来是蔬 菜育种的重要目标性状 从 20 世纪 70 年代开始 杂种优势利用成为培育高产蔬菜作物的重要育种途 径 抗病育种在 六五 七五 中列入国家重点 攻关项目 从 八五 开始 优质 已列为蔬菜 育种的目标之一 这一时期培育的蔬菜新品种 除 高产 抗病抗逆外 多项品质指标也都有很大提升 方智远 2017 近年来 随着劳动力成本的急 剧上升 生产上急需适合机械化生产的蔬菜品种 现有的品种和生产技术不适合机械化生产 因此需 要重点围绕蔬菜生产用工量大的环节 大力培育推 广适宜机械化生产的优良品种 并开展农机与农艺 融合创新 3 建设高标准的良种繁育基地 蔬菜良种繁育是种业产业链的重要部分 也 是连接种业创新和市场销售的重要桥梁 方案 提出 种业良种繁育体系更加健全 现代化水平明 显提高 全面提升国家农业供种保障水平 目前 经农业农村部认定的国家级育制种基地中 蔬菜 类 含西甜瓜 区域性良种繁育基地共 24 个 认 定结果表明 我国蔬菜良种繁育基地形成了三大优 势区域 西北 甘肃 新疆 宁夏 制种优势区 河南济源十字花科蔬菜制种优势区和山东蔬菜种苗 生产优势区 张凤兰 2022 但我国生产的蔬菜 种子在质量上还是与国外存在差距 国外企业高产 优质杂交种种子的遗传质量 商品质量 健康质量 高 且价格普遍高出国产品种 5 10 倍 应加强已 认定的区域性制种基地或制种大县的种子生产能力 建设 发展建设适合不同蔬菜制种的生产基地 按 照规模化 标准化 集约化 机械化 信息化的要 求建设高质量繁种基地 并严格控制种子的生产 检测 精选 加工和包装等环节 4 标准化建设及知识产权保护 我国蔬菜种子生产企业约有 4 000 家 其中 育繁推一体化 经营有效区域为全国的蔬菜种子企 业有 40 家 蔬菜种业总产值在 400 亿元以上 丁 海凤 等 2020 王志丹 等 2021 我国蔬菜种业 相关企业数量多 但龙头企业少 大部分企业研发 能力弱 加之种业行业知识产权保护环境差 产权 保护取证难 查处难 抑制了企业研发投入的积极 性 因此 加快我国蔬菜种业标准化建设和知识产 权保护体系建设迫在眉睫 目前 我国现行有效的蔬菜种业相关国家标准 20 项 国家标准计划 10 项 2 项为新制定 8 项 为修订 行业标准 15 项 地方标准 152 项 安洁 等 2022 虽然现有的标准在蔬菜种业发展中起 到引领作用 但仍然存在较多问题 一是标准数目 少 对产业链和作物种类覆盖不全 如西葫芦 南 瓜 秋葵等作物种子质量缺乏标准 二是标准标龄 长 不能满足市场发展需求 2014 年后未发布过 重要的蔬菜种子标准 三是部分标准交叉矛盾 如 西葫芦和丝瓜等作物 在不同地方标准中指标要求 14 中 国 蔬 菜 CHINA VEGETABLES 产业广角 不同 因此 应加快蔬菜种业标准的制定和更新 补充或增加现行标准中缺少的作物 并对不同标准 交叉重复的内容进行修订 安洁 等 2022 知识产权是促进种业竞争力的加速器 方 案 将知识产权保护作为种业治理体制机制完善的 重点 目前我国蔬菜新品种保护存在问题较多 一 是侵权现象严重 由于蔬菜亲本繁殖材料容易获 取 维权难度大 加上利润空间大 导致套牌 同 物异名 甚至盗取亲本 从繁种农户手上高价套购 等现象严重 二是派生性 相似性 同质化程度较 高 致使企业创新积极性下降 竞争力差 三是维 权成本高 新品种保护体系建设有待健全 因此应 缩短植物新品种权申请周期 并对审查期间的品种 提供暂时性保护 加大侵权处罚力度 明确行政主 体责任 提高行政执法效率 营造依法维权的良好 氛围 毕文停和孙日飞 2020 阿布都克尤木 阿 不都热孜克 等 2022 从而切实提高知识产权保 护效果 实现从种质资源 亲本到品种的全产业链 保护 参考文献 阿布都克尤木 阿不都热孜克 古丽米拉 艾克拜尔 徐麟 颜国荣 刘宁 赵连佳 邓超宏 帕丽旦 艾海提 王威 2022 我国 农业植物新品种保护发展回顾 现状分析及发展建议 中国 农业科技导报 24 9 1 11 安洁 徐佳莹 杨沣江 2022 我国蔬菜种业标准化现状研究与分 析 中国标准化 18 89 92 毕文停 孙日飞 2020 我国蔬菜新品种保护分析及建议 中国蔬 菜 12 7 10 丁海凤 范建光 贾长才 秦成萌 杨业圣 张海龙 张凤兰 温常龙 于拴仓 许勇 2020 我国蔬菜种业发展现状与趋 势 中国蔬菜 9 1 8 方智远 2017 中国蔬菜育种学 北京 中国农业出版社 李广存 庄飞云 王立浩 薄凯亮 李国亮 刘星 张圣平 王晓 武 2022 蔬菜生物育种发展概述 中国基础科学 24 4 29 36 石鑫岩 2022 我国蔬菜种子国际贸易格局与竞争力评价研究 中 国瓜菜 35 4 112 116 唐笑 王桂香 刘凡 韩硕 宗梅 郭宁 段蒙蒙 2022 基因编 辑技术在蔬菜中的研究进展 中国蔬菜 8 17 30 佟屏亚 2021 怎样解决中国种业遇到的 卡脖子 问题 种子科 技 39 19 1 2 汪精磊 李锡香 邱杨 张晓辉 沈镝 王海平 孙玉燕 段蒙 蒙 2015 十字花科蔬菜抽薹开花性状的调控机理和分子育 种研究进展 植物遗传资源学报 16 6 1283 1289 王立浩 方智远 杜永臣 徐东辉 张扬勇 杨丽梅 龚一帆 刘富中 庄飞云 2016 我国蔬菜种业发展战略研究 中国工程科学 18 1 123 136 王志丹 石鑫岩 张慧 2021 我国蔬菜种业发展现状 问题及政 策建议 中国瓜菜 34 9 120 123 解沛 宋子涵 熊明民 2022 中国种业发展现状与对策建议 农 业科技管理 41 1 9 12 阳文龙 李锡香 2019 我国蔬菜种质资源工作 70 年回顾与展 望 蔬菜 12 1 9 于拴仓 苏同兵 2022 我国蔬菜育种技术发展与展望 蔬菜 4 15 20 曾美娟 刘建汀 卓玲玲 陈敏氡 叶新如 王彬 朱海生 温庆 放 2021 全基因组关联分析在蔬菜育种研究中的应用 中 国蔬菜 4 41 47 张德纯 徐东辉 2022 解读新 三品一标 促进蔬菜产业发展 中国蔬菜 4 1 3 张凤兰 2022 我国蔬菜种业发展成效和趋势 蔬菜 5 1 5 Zhang L Si L T Li K 2012 Genetic analysis of fruit length in cucumber Acta Agriculturae Boreali Occidentalis Sinica 21 3 114 117 Zhu G T Wang S C Huang Z J Zhang S B Liao Q G Zhang C Z Lin T Qin M Peng M Yang C K Cao X Han X Wang X X Knaap E Zhang Z H Cui X Klee H Fernie A R Luo J Huang S W 2018 Rewiring of the fruit metabolome in tomato breeding Cell 172 1 2 249 261 15 中 国 蔬 菜 CHINA VEGETABLES 产业广角