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美國育種家如何育種?中國應該如何思考?
發布時間: 2015/7/12 23:20:08 來源:中國干果果業網   瀏覽次數:1221

作者:張世煌
我曾經在很多地方考察過美國種子產業及育種成果,參加各類會議,也多次在北京接待來訪者,討論玉米育種的方向和技術路線。最近兩三年,訪問和交流的主要對象是研發型種子公司的育種家兼老板S和另一家種子公司的W先生。S思維敏銳、富有創新精神,閱歷和經驗都很豐富,只要看過雜交種展示,就知道對方的育種思路和對主要技術的理解程度,更知道對方對玉米種質的認識深度。經過交流,我們在許多方面取得共識,但也存在一些差異。這些差異并非理論上相左,而是由于中國在歷史、文化和社會實踐中的價值取向和思維方式與美國很不相同。下面,我采取夾敘夾議的方式介紹最近這兩年我們之間交流和討論的一些內容。
  
  1 對密植的認識
  
  美國玉米育種家認為,密植毫無疑問是高產技術,是增產的大勢所趨,但極端密植能否在大面積生產上實現,存有爭議。 目前,中國個別地方仍需要稀植大穗品種,可繼續搞。從道理上,我贊同這個意見,但中國玉米育種技術曾經歷10年倒 退、10年徘徊,一直到現在,某些教授仍在混淆理論與技術概念。目前,中國玉米育種技術正處于調整方向的10年轉型階段,反對密植增產和密植育種技術的專家教授們仍然有影響力。為了在中國推廣先進的育種理念和生產技術,我將側重于密植技術的發展過程和它的實際效果 。
  
  僅僅提倡密植育種和密植生產這么一件小事,要達到美國今天的生產力水平(密度達到6000株/667m2和產量700kg/667m2),我們至少要努力30年,甚至會拖更長時間。至于某些公司和個人主張的超高密度能否大范圍增產, 則不必太介意,因為那是更遙遠的事情,而農民看重的是實際產量和機械化程度。由此我們明白一個道理,密度、產量和機械化三個要素越來越不可分割,特別是機械化代表先進生產力,容不得倒退。
  
  2 穗軸直徑
  
  研究發現,玉米穗軸的粗細跟籽粒脫水速度沒有關系。美國玉米育種家認為,為了高產,在穗形上要爭取多穗行,這就使穗軸變粗、籽粒變小,但粒數增多,對增產有利。這反映了美國玉米育種的歷史、現狀和未來動向。中國玉米品種特點是穗軸粗、行數多,感官上讓人喜歡,如果冒然使用美國種質,必然面臨矛盾。這提醒我們要權衡和利用美國種質穗軸細和出籽率高的特點,既要利用優點,也要預知限制因素。目前,中國玉米育種仍然把出籽率和脫水速率放在優先位置。
  
  3 籽粒脫水
  
  美國育種家認為,玉米籽粒脫水,大部分不是靠太陽曬,而是在形成黑層之前,靠玉米植株對果穗形成很強的抽水作用。大部分水分是靠植株把籽粒里的水分抽走的。已有文獻報道過這方面的研究結果,證實了“植株把養分送進籽粒,同時
  
  又把籽粒內的水分抽出來 ”這一說法。所以,植株要一直保持較好的健康狀態。這一現象說明,美國育種家已經從有利于快速脫水的形態育種進入到針對生理學特征的基因型選擇階段,但目前在中國,苞葉少、薄、窄和蠟熟期苞葉松開仍然是有利于脫水的重要選擇與識別特征。中國玉米育種工作需要在奠定良好形態育種基礎后向更高層次邁進。這就好比你一頓飯吃兩個饅頭肚子才能飽,前面第一個饅頭是不能不吃的。否則中國玉米育種狀態就會變成在吃第一個饅頭的同時抓起第二個饅頭 。
  
  4 籽粒胚乳的硬度
  
  現在,中國育種者紛紛效仿先鋒公司培育硬質胚乳雜交種,而美國可能會朝著軟質型胚乳發展,這樣的籽粒作為飼料消化率比較高,而硬粒型和硬質胚乳的籽粒喂養動物消化率就低些。中國的育種需求現在還處于發展中國家水平,由于收獲后儲藏條件差,農民和企業仍需要硬質胚乳的品種。中國玉米界是有宗派的,這使得某些專家教授特別忌諱“品質 ”二字。殊不知品質是市場經濟必須重視的要素,隨著市場化進程和生產力水平提高,市場對品質的需求將逐漸深入和擴展。
  
  5 抗病性
  
  美國育種家對抗病性的認識與中國科技人員大不一樣。美國育種家重視產量,而中國科技人員過分強調抗病性,其代價是犧牲了產量潛力。先玉335現象代表了美國育種家的觀點。該品種感病,但病程緩慢,雖然到了后期感病嚴重,但產量已經形成,葉部病害對產量影響不大,F在,國外作物育種界更強調耐病性,正如小麥科學家強調慢病性是一個道理。最近一些年,這個概念開始被國內小麥科技人員所認識。但我國實行品種審定制度,不管慢病性或耐病性如何,只要在某個階段病害達到一定級別,就進行“一票否決 ”。這是典型的官僚主義管理辦法,與科學管理相差比較遠。
  
  植保專家在田間做抗病性鑒定,經常同育種家有分歧,也同我在國外的工作經驗不一致?共¤b定需要考慮動態過程,要能夠識別耐病性和慢病性。這個思路很復雜,增加了田間調查和數據分析的工作量與難度。按照理論研究,需要對抗病性建立多元或高次回歸的動態模型,但未必能夠針對許多基因型解釋每個品種的抗病性動態,并逐一給出清晰的結論。繁瑣的抗病鑒定方法并不能解決真正的問題,或許簡單的方法更有效。用抗病鑒定結合最終產量來解釋品種的抗病能力,更接近生產實際。不復雜的統計方法能夠解釋復雜的動態現象。

  6 美國自交系
  
  我們多次討論美國玉米的種質基礎,S君認為中國引進的200多份解密自交系,涵蓋了美國玉米商業育種的主要種質基礎,遺傳變異相當豐富,在此基礎上自主創新完全可以同跨國公司競爭。來自不同機構的另外幾個美國育種家也跟我說過類似的話。因為這些來自先鋒、孟山都、先正達和其他一些公司的自交系就是當今美國和歐洲生產骨干自交系和雜交種的來源與種質基礎,代表了歐美優良種質的基礎。我們討論后認為,美國系×美國系盡管在美國已經有很好的雜交種組合, 但在中國獲得成功的可能性很低。今后,可能是中國系×美國系這個模式容易取得成功。這說的是直接利用美國自交系, 即美國的A×中國的B,或者中國的A×美國的B,絕不要因為美國自交系與中國自交系有較大差異就“走貓步”。
  
  我們更推薦中國育種者采取更具創新性的育種策略,用中美兩國自交系選育二環系,很有可能同跨國公司一爭高低!但要抓緊,要有緊迫感!再過幾年,跨國公司都會走這條路,那時候中國育種者就失去了本土優勢,那就什么都來不及了。我與S君還討論過,某些中國企業可以轉型為育種研發型種業公司,因為絕大多數企業走不了育繁推一體化的道路,而中國種業卻有很迫切的品種需求。有需要就有市場,研發型的小型育種公司就有生存和發展的空間。要發展,人才是關鍵。沒有優秀人才,怎么轉型都過不了關。
  
  7 什么是育種
  
  育種家要育什么?這句話的另一層含義在于,育種家是育產量的嗎?不是。真正的育種家是在外界環境條件下,把植物內的基因體系最優化, 也就是操作植物的基因體系與環境之間的互動。 這是育種家的本質。雖然提高了產量,但育種家沒有辦法直接操作產量。 真正的育種動力是看不見的,但你必須設法“看”到它。
  
  這實際上批判了中國官僚主義的品種審定制度,不懂得基因型與環境互動是育種的本質和品種選育的動態特征;進一步來說,品種的區域試驗和統計分析都不能忽視相關理論和方法。他們引導了錯誤的育種方向和技術路線,這是一直挖掘不到好品種的本質原因。
  
  S和我都認為中國的育種思路和育種方向不對頭。一味強調高產,而完全不知道這個高產只是復雜遺傳網絡的動態結果,而不是可以直接操作的固定對象。這也是S不贊成轉基因和我對轉基因評價不高的原因之所在,同時也是中國大多數農科和生物科的研究生陷入誤區,毀掉自己一生事業前途的根本原因。
  
  S非常深刻地理解數量遺傳學原理,同時對中國玉米育種和生產有比較深刻的認識。無論搞生物技術還是常規育種都離不開數量遺傳學和統計學的理論與技術支撐。所以我經常告誡我的研究生,一定要學好數量遺傳學,還要學習數理統計。如果學校不開這些課程,那就自學!否則你的職業生涯必受拖累,不可能成為優秀的科技工作者。特別是做生物技術的研究生,更要學好這些知識。
  
  這個討論實際上“矮化”了轉基因的育種地位,那不過是向育種流水線引入新基因的過程,屬于專業技術,代替不了育種科學,更不屬于育種藝術。
  
  8 雜種 優勢分群
  
  S先生很不贊成中國育種者用美國雜交種套二環,他認為這樣做破壞了育種材料內好不容易積累起來的完美的遺傳基礎,那就好比把明代青花瓷打成碎片,再原樣拼接粘合,外形沒變,但本質上已經完全不那么回事了。我把這解釋為現代育種 是在兩個育種群體之間把等位基因頻率朝著1和0之間推移的過程,突然很粗暴地回復到0.5,然后一切重新來過,反反復復,所以總也形不成兩個清晰的雜種優勢群( 列 )。
  
  “走貓步”過程雖然有收獲,引入了新基因,但從全局來看,得不償失。過去30年,我國 玉米育種技術停滯不前,產量增益緩慢,慘痛地證明了“走貓步”極大地破壞和瓦解了整個產業的技術競爭力。我們完全可以通過更科學合理的辦法引進和使用新基因 。
  
  S先生總是用爆裂玉米育種說明雜種優勢模式的重要性。爆裂玉米破壞了雜種優勢模式,增加了育種難度,很難提高產量。我們都同意,美國玉米種質概括成SS和NSS兩個雜種優勢群,要充分利用這兩個群之間的雜種優勢。但S先生又強調每一個群內可以包括若干個小群,育種要利用小群之間的雜種優勢。這與我說的亞群是同樣道理。如果有分歧,主要是所處的國家和育種形勢不同。我思考問題是針對中國因長期形而上思維方式而主導和流行的多群論,我們的文化觀念中不缺少對多群的理解和育種利用 , 缺的是如何把許多群歸納為兩個雜種優勢群的思維方式,然后才能指導設計育種。所以, 我們必須把許多種質群歸納成兩個大的雜種優勢群。沒有這個理念,中國就搞不好商業育種,更搞不成設計育種。
  
  這是針對我的觀點提出的不同意見。2013年8月我在美國與S討論雜種優勢分群,S公司規模小,所以主張多群,而我主張兩大群,每一群內有一些亞群。所以,我們之間沒有本質區別,但針對中國育種現狀,現在必須重點提倡兩群論。我這 樣做的主要意義是改變育種者的世界觀,中國企業才能進入現代育種階段。
  
  S的助手們后來意識到了,小公司沒有很長的育種流水線,育種家的個人經驗能發揮較大作用,而且只有小公司才能支配多群論,大公司 就沒有辦法應對多群論。而我在中國指導一個龐大國家的玉米育種研發體系,需要撥亂反正,引領大家從混亂走向條理化和程序化,就必須站在高處進行歸納和運用抽象法。這件事很有趣。我在中國強調學習西方人思維方式中的歸納和抽象法,而作為西方人的S君則很難理解東方人的形象( 發 散 )思維方式,在西方流水線( 科學 )育種的基礎上融入了經驗( 藝術 )的成分。假如先鋒公司有這么一個育種家,在中國作育種研發的領頭人,能夠精妙地協調中 美兩國科技人員之間的文化沖突,我們將很難抵擋住先鋒公司洶涌澎湃的創新浪潮。
  
  9 育種人才要有悟性
  
  交往多了,互相有了更深了解,這個話題也成為我們討論的一個內容。應該說,個別美國育種家對中國種業和科研單位的狀況了解得相當深入和準確,可是跨國公司對中國的理解似乎比較欠缺,甚至混亂。這或許是看問題的角度不同,也是他們僵化的規章制度造成的。中國玉米產區和美國有著明顯的不同之處。
  
  首先,中國玉米基本連作,而美國很少有像中國這樣的連作。這對兩國玉米育種肯定有不一樣的影響。
  
  第二,中國有1/3是夏播玉米,這也不同于美國,在一段時間內阻擋了跨國公司進入中國市場的步伐。但中國育種者要有緊迫感,抓住機遇和特點,利用美國種質結合本國的適應種質,加緊研發自己的產品。
  
  第三,中國玉米生產條件比美國復雜得多,病蟲害和非生物逆境都很復雜,特別是黃淮海地區高溫、高濕和弱光照這些特點是美國所沒有的。這就決定了中國的玉米育種必須找準自己的特點,才能應對競爭。而美國種質目前還對付不了這些特殊的逆境壓力。
  
  中國需要有悟性的育種人才。這是我在各地考察和講課以后,不免生出很悲涼的感觸,也是最擔心之處。我講過的話未必能被大多數人聽懂,特別是我的講話中既隱含著批評,也指出了方向,但多數人可能理解不了。育種家的悟性,首先表現在理論思維能力,要能夠正確地判斷方向和技術路線,也表現在田間看雜交種,能夠看透背后的親本自交系有什么不同。 做到這一點不但要積累經驗,更需要理論支撐。
  
  10 思考問題的方向
  
  中美兩國育種家思考問題的方向經常不一致,有時候完全相反。美國人想問題的方向是順勢而發,例如不過分看重玉米的株型,也不過分看重抗病性,不過分地追求高光效、高水肥利用率……但長期機械化作業和產量育種的結果是保持改良的性狀持續朝著更合理的方向演進。
  
  中國長期信奉完全不同的價值觀體系,以一種顛覆秩序的心態看待世界,把自己完全對立于世界的意識形態。經過幾十年的努力,思維方式亂了套,包括科學家也如此,最終事與愿違,落入自己并不喜歡的唯心主義思維方式 。
  
  扭轉中國玉米育種界對雜種優勢群和雜種優勢模式的繁瑣思維方式實在是太難了,就這么一件小事幾乎耗費了我20年心血。至今仍有許多研究生理解不了兩個雜種優勢群這個簡單道理。而從事育種教學工作多年的老師也有可能不明白。


經過20多年努力,總算解決了育種的理論、方向、技術路線和種質創新等一系列基礎問題。如果年輕一代科技人員不改變近代所形成的生硬的思維方式,中國玉米育種還會出問題,例如在生物技術方面,目前就正在走偏自己的方向,如一味固執已見,不順勢而為,終將毀掉中國的生物技術產業,順帶毀掉種子產業。

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