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美国育种家如何育种?中国应该如何思考?
发布时间: 2015-7-12 23:20:08 来源:中国干果果业网   浏览次数:1062

作者:张世煌
我曾经在很多地方考察过美国种子产业及育种成果,参加各类会议,也多次在北京接待来访者,讨论玉米育种的方向和技术路线。最近两三年,访问和交流的主要对象是研发型种子公司的育种家兼老板S和另一家种子公司的W先生。S思维敏锐、富有创新精神,阅历和经验都很丰富,只要看过杂交种展示,就知道对方的育种思路和对主要技术的理解程度,更知道对方对玉米种质的认识深度。经过交流,我们在许多方面取得共识,但也存在一些差异。这些差异并非理论上相左,而是由于中国在历史、文化和社会实践中的价值取向和思维方式与美国很不相同。下面,我采取夹叙夹议的方式介绍最近这两年我们之间交流和讨论的一些内容。
  
  1 对密植的认识
  
  美国玉米育种家认为,密植毫无疑问是高产技术,是增产的大势所趋,但极端密植能否在大面积生产上实现,存有争议。 目前,中国个别地方仍需要稀植大穗品种,可继续搞。从道理上,我赞同这个意见,但中国玉米育种技术曾经历10年倒 退、10年徘徊,一直到现在,某些教授仍在混淆理论与技术概念。目前,中国玉米育种技术正处于调整方向的10年转型阶段,反对密植增产和密植育种技术的专家教授们仍然有影响力。为了在中国推广先进的育种理念和生产技术,我将侧重于密植技术的发展过程和它的实际效果 。
  
  仅仅提倡密植育种和密植生产这么一件小事,要达到美国今天的生产力水平(密度达到6000株/667m2和产量700kg/667m2),我们至少要努力30年,甚至会拖更长时间。至于某些公司和个人主张的超高密度能否大范围增产, 则不必太介意,因为那是更遥远的事情,而农民看重的是实际产量和机械化程度。由此我们明白一个道理,密度、产量和机械化三个要素越来越不可分割,特别是机械化代表先进生产力,容不得倒退。
  
  2 穗轴直径
  
  研究发现,玉米穗轴的粗细跟籽粒脱水速度没有关系。美国玉米育种家认为,为了高产,在穗形上要争取多穗行,这就使穗轴变粗、籽粒变小,但粒数增多,对增产有利。这反映了美国玉米育种的历史、现状和未来动向。中国玉米品种特点是穗轴粗、行数多,感官上让人喜欢,如果冒然使用美国种质,必然面临矛盾。这提醒我们要权衡和利用美国种质穗轴细和出籽率高的特点,既要利用优点,也要预知限制因素。目前,中国玉米育种仍然把出籽率和脱水速率放在优先位置。
  
  3 籽粒脱水
  
  美国育种家认为,玉米籽粒脱水,大部分不是靠太阳晒,而是在形成黑层之前,靠玉米植株对果穗形成很强的抽水作用。大部分水分是靠植株把籽粒里的水分抽走的。已有文献报道过这方面的研究结果,证实了“植株把养分送进籽粒,同时
  
  又把籽粒内的水分抽出来 ”这一说法。所以,植株要一直保持较好的健康状态。这一现象说明,美国育种家已经从有利于快速脱水的形态育种进入到针对生理学特征的基因型选择阶段,但目前在中国,苞叶少、薄、窄和蜡熟期苞叶松开仍然是有利于脱水的重要选择与识别特征。中国玉米育种工作需要在奠定良好形态育种基础后向更高层次迈进。这就好比你一顿饭吃两个馒头肚子才能饱,前面第一个馒头是不能不吃的。否则中国玉米育种状态就会变成在吃第一个馒头的同时抓起第二个馒头 。
  
  4 籽粒胚乳的硬度
  
  现在,中国育种者纷纷效仿先锋公司培育硬质胚乳杂交种,而美国可能会朝着软质型胚乳发展,这样的籽粒作为饲料消化率比较高,而硬粒型和硬质胚乳的籽粒喂养动物消化率就低些。中国的育种需求现在还处于发展中国家水平,由于收获后储藏条件差,农民和企业仍需要硬质胚乳的品种。中国玉米界是有宗派的,这使得某些专家教授特别忌讳“品质 ”二字。殊不知品质是市场经济必须重视的要素,随着市场化进程和生产力水平提高,市场对品质的需求将逐渐深入和扩展。
  
  5 抗病性
  
  美国育种家对抗病性的认识与中国科技人员大不一样。美国育种家重视产量,而中国科技人员过分强调抗病性,其代价是牺牲了产量潜力。先玉335现象代表了美国育种家的观点。该品种感病,但病程缓慢,虽然到了后期感病严重,但产量已经形成,叶部病害对产量影响不大。现在,国外作物育种界更强调耐病性,正如小麦科学家强调慢病性是一个道理。最近一些年,这个概念开始被国内小麦科技人员所认识。但我国实行品种审定制度,不管慢病性或耐病性如何,只要在某个阶段病害达到一定级别,就进行“一票否决 ”。这是典型的官僚主义管理办法,与科学管理相差比较远。
  
  植保专家在田间做抗病性鉴定,经常同育种家有分歧,也同我在国外的工作经验不一致。抗病鉴定需要考虑动态过程,要能够识别耐病性和慢病性。这个思路很复杂,增加了田间调查和数据分析的工作量与难度。按照理论研究,需要对抗病性建立多元或高次回归的动态模型,但未必能够针对许多基因型解释每个品种的抗病性动态,并逐一给出清晰的结论。繁琐的抗病鉴定方法并不能解决真正的问题,或许简单的方法更有效。用抗病鉴定结合最终产量来解释品种的抗病能力,更接近生产实际。不复杂的统计方法能够解释复杂的动态现象。

  6 美国自交系
  
  我们多次讨论美国玉米的种质基础,S君认为中国引进的200多份解密自交系,涵盖了美国玉米商业育种的主要种质基础,遗传变异相当丰富,在此基础上自主创新完全可以同跨国公司竞争。来自不同机构的另外几个美国育种家也跟我说过类似的话。因为这些来自先锋、孟山都、先正达和其他一些公司的自交系就是当今美国和欧洲生产骨干自交系和杂交种的来源与种质基础,代表了欧美优良种质的基础。我们讨论后认为,美国系×美国系尽管在美国已经有很好的杂交种组合, 但在中国获得成功的可能性很低。今后,可能是中国系×美国系这个模式容易取得成功。这说的是直接利用美国自交系, 即美国的A×中国的B,或者中国的A×美国的B,绝不要因为美国自交系与中国自交系有较大差异就“走猫步”。
  
  我们更推荐中国育种者采取更具创新性的育种策略,用中美两国自交系选育二环系,很有可能同跨国公司一争高低!但要抓紧,要有紧迫感!再过几年,跨国公司都会走这条路,那时候中国育种者就失去了本土优势,那就什么都来不及了。我与S君还讨论过,某些中国企业可以转型为育种研发型种业公司,因为绝大多数企业走不了育繁推一体化的道路,而中国种业却有很迫切的品种需求。有需要就有市场,研发型的小型育种公司就有生存和发展的空间。要发展,人才是关键。没有优秀人才,怎么转型都过不了关。
  
  7 什么是育种
  
  育种家要育什么?这句话的另一层含义在于,育种家是育产量的吗?不是。真正的育种家是在外界环境条件下,把植物内的基因体系最优化, 也就是操作植物的基因体系与环境之间的互动。 这是育种家的本质。虽然提高了产量,但育种家没有办法直接操作产量。 真正的育种动力是看不见的,但你必须设法“看”到它。
  
  这实际上批判了中国官僚主义的品种审定制度,不懂得基因型与环境互动是育种的本质和品种选育的动态特征;进一步来说,品种的区域试验和统计分析都不能忽视相关理论和方法。他们引导了错误的育种方向和技术路线,这是一直挖掘不到好品种的本质原因。
  
  S和我都认为中国的育种思路和育种方向不对头。一味强调高产,而完全不知道这个高产只是复杂遗传网络的动态结果,而不是可以直接操作的固定对象。这也是S不赞成转基因和我对转基因评价不高的原因之所在,同时也是中国大多数农科和生物科的研究生陷入误区,毁掉自己一生事业前途的根本原因。
  
  S非常深刻地理解数量遗传学原理,同时对中国玉米育种和生产有比较深刻的认识。无论搞生物技术还是常规育种都离不开数量遗传学和统计学的理论与技术支撑。所以我经常告诫我的研究生,一定要学好数量遗传学,还要学习数理统计。如果学校不开这些课程,那就自学!否则你的职业生涯必受拖累,不可能成为优秀的科技工作者。特别是做生物技术的研究生,更要学好这些知识。
  
  这个讨论实际上“矮化”了转基因的育种地位,那不过是向育种流水线引入新基因的过程,属于专业技术,代替不了育种科学,更不属于育种艺术。
  
  8 杂种 优势分群
  
  S先生很不赞成中国育种者用美国杂交种套二环,他认为这样做破坏了育种材料内好不容易积累起来的完美的遗传基础,那就好比把明代青花瓷打成碎片,再原样拼接粘合,外形没变,但本质上已经完全不那么回事了。我把这解释为现代育种 是在两个育种群体之间把等位基因频率朝着1和0之间推移的过程,突然很粗暴地回复到0.5,然后一切重新来过,反反复复,所以总也形不成两个清晰的杂种优势群( 列 )。
  
  “走猫步”过程虽然有收获,引入了新基因,但从全局来看,得不偿失。过去30年,我国 玉米育种技术停滞不前,产量增益缓慢,惨痛地证明了“走猫步”极大地破坏和瓦解了整个产业的技术竞争力。我们完全可以通过更科学合理的办法引进和使用新基因 。
  
  S先生总是用爆裂玉米育种说明杂种优势模式的重要性。爆裂玉米破坏了杂种优势模式,增加了育种难度,很难提高产量。我们都同意,美国玉米种质概括成SS和NSS两个杂种优势群,要充分利用这两个群之间的杂种优势。但S先生又强调每一个群内可以包括若干个小群,育种要利用小群之间的杂种优势。这与我说的亚群是同样道理。如果有分歧,主要是所处的国家和育种形势不同。我思考问题是针对中国因长期形而上思维方式而主导和流行的多群论,我们的文化观念中不缺少对多群的理解和育种利用 , 缺的是如何把许多群归纳为两个杂种优势群的思维方式,然后才能指导设计育种。所以, 我们必须把许多种质群归纳成两个大的杂种优势群。没有这个理念,中国就搞不好商业育种,更搞不成设计育种。
  
  这是针对我的观点提出的不同意见。2013年8月我在美国与S讨论杂种优势分群,S公司规模小,所以主张多群,而我主张两大群,每一群内有一些亚群。所以,我们之间没有本质区别,但针对中国育种现状,现在必须重点提倡两群论。我这 样做的主要意义是改变育种者的世界观,中国企业才能进入现代育种阶段。
  
  S的助手们后来意识到了,小公司没有很长的育种流水线,育种家的个人经验能发挥较大作用,而且只有小公司才能支配多群论,大公司 就没有办法应对多群论。而我在中国指导一个庞大国家的玉米育种研发体系,需要拨乱反正,引领大家从混乱走向条理化和程序化,就必须站在高处进行归纳和运用抽象法。这件事很有趣。我在中国强调学习西方人思维方式中的归纳和抽象法,而作为西方人的S君则很难理解东方人的形象( 发 散 )思维方式,在西方流水线( 科学 )育种的基础上融入了经验( 艺术 )的成分。假如先锋公司有这么一个育种家,在中国作育种研发的领头人,能够精妙地协调中 美两国科技人员之间的文化冲突,我们将很难抵挡住先锋公司汹涌澎湃的创新浪潮。
  
  9 育种人才要有悟性
  
  交往多了,互相有了更深了解,这个话题也成为我们讨论的一个内容。应该说,个别美国育种家对中国种业和科研单位的状况了解得相当深入和准确,可是跨国公司对中国的理解似乎比较欠缺,甚至混乱。这或许是看问题的角度不同,也是他们僵化的规章制度造成的。中国玉米产区和美国有着明显的不同之处。
  
  首先,中国玉米基本连作,而美国很少有像中国这样的连作。这对两国玉米育种肯定有不一样的影响。
  
  第二,中国有1/3是夏播玉米,这也不同于美国,在一段时间内阻挡了跨国公司进入中国市场的步伐。但中国育种者要有紧迫感,抓住机遇和特点,利用美国种质结合本国的适应种质,加紧研发自己的产品。
  
  第三,中国玉米生产条件比美国复杂得多,病虫害和非生物逆境都很复杂,特别是黄淮海地区高温、高湿和弱光照这些特点是美国所没有的。这就决定了中国的玉米育种必须找准自己的特点,才能应对竞争。而美国种质目前还对付不了这些特殊的逆境压力。
  
  中国需要有悟性的育种人才。这是我在各地考察和讲课以后,不免生出很悲凉的感触,也是最担心之处。我讲过的话未必能被大多数人听懂,特别是我的讲话中既隐含着批评,也指出了方向,但多数人可能理解不了。育种家的悟性,首先表现在理论思维能力,要能够正确地判断方向和技术路线,也表现在田间看杂交种,能够看透背后的亲本自交系有什么不同。 做到这一点不但要积累经验,更需要理论支撑。
  
  10 思考问题的方向
  
  中美两国育种家思考问题的方向经常不一致,有时候完全相反。美国人想问题的方向是顺势而发,例如不过分看重玉米的株型,也不过分看重抗病性,不过分地追求高光效、高水肥利用率……但长期机械化作业和产量育种的结果是保持改良的性状持续朝着更合理的方向演进。
  
  中国长期信奉完全不同的价值观体系,以一种颠覆秩序的心态看待世界,把自己完全对立于世界的意识形态。经过几十年的努力,思维方式乱了套,包括科学家也如此,最终事与愿违,落入自己并不喜欢的唯心主义思维方式 。
  
  扭转中国玉米育种界对杂种优势群和杂种优势模式的繁琐思维方式实在是太难了,就这么一件小事几乎耗费了我20年心血。至今仍有许多研究生理解不了两个杂种优势群这个简单道理。而从事育种教学工作多年的老师也有可能不明白。


经过20多年努力,总算解决了育种的理论、方向、技术路线和种质创新等一系列基础问题。如果年轻一代科技人员不改变近代所形成的生硬的思维方式,中国玉米育种还会出问题,例如在生物技术方面,目前就正在走偏自己的方向,如一味固执已见,不顺势而为,终将毁掉中国的生物技术产业,顺带毁掉种子产业。

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