李黎紅 張宇
(中國水稻研究所,杭州310006)
雜交水稻是由我國發(fā)明的一項原創(chuàng)性的糧食增產(chǎn)技術(shù),為保障全球的糧食安全和農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展起了巨大的作用。上世紀(jì)70年代野生稻雄性不育株的發(fā)現(xiàn)和雜種優(yōu)勢的利用,雜交水稻技術(shù)開始大面積應(yīng)用于生產(chǎn)。從1970年野敗型雄性不育材料的發(fā)現(xiàn),水稻科學(xué)家6年內(nèi)就實(shí)現(xiàn)了三系配套,建立起較完善的人工密集型制種技術(shù)體系,并開始大面積推廣,創(chuàng)造了作物育種史上的奇跡。雜交水稻的發(fā)明和大面積推廣突破了自花授粉作物雜種優(yōu)勢利用的技術(shù)瓶頸,開辟了大幅度提高水稻產(chǎn)量的新途徑。這一原創(chuàng)性成果,不僅是育種上的重大技術(shù)突破,而且促進(jìn)了栽培技術(shù)的創(chuàng)新和水稻產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。目前,全球雜交水稻種植面積累計已超過5億hm2,增加糧食達(dá)6.25億kg,為世界糧食安全做出了重要貢獻(xiàn)。
黨的“十九大”報告明確要求“以‘一帶一路’建設(shè)為重點(diǎn),堅持引進(jìn)來和走出去并重”,可以利用我國雜交水稻世界領(lǐng)先的技術(shù)優(yōu)勢,進(jìn)一步推動“走出去”,提升和發(fā)展“一帶一路”沿線國家的雜交水稻生產(chǎn)。得益于技術(shù)驅(qū)動,國內(nèi)雜交稻種子企業(yè)發(fā)展良好,隆平高科等種種企業(yè)已經(jīng)具備成為跨國種子公司的潛力。由于直播稻種植面積擴(kuò)大、農(nóng)民生產(chǎn)成本增加和米質(zhì)問題,導(dǎo)致雜交稻種植面積在近年略有下滑,加上對未來稻谷產(chǎn)生“價補(bǔ)分離”預(yù)期,限制了國內(nèi)雜交水稻種子企業(yè)總體發(fā)展空間。所以,應(yīng)抓住“一帶一路”倡議機(jī)遇,適當(dāng)放寬種質(zhì)資源出口限制,發(fā)揮我國雜交水稻優(yōu)勢技術(shù),搭建國際化的發(fā)展平臺,提升國際競爭力,促進(jìn)我國雜交稻和種業(yè)國際化發(fā)展。
近40多年來,我國的雜交水稻發(fā)展一直領(lǐng)跑世界,這與雜交水稻育種技術(shù)不斷創(chuàng)新息息相關(guān)。我國科學(xué)家利用豐富的稻種資源,在雜交水稻親本資源創(chuàng)制、強(qiáng)優(yōu)勢品種的選育和制種技術(shù)改進(jìn)方面,取得了一系列突破性的成果,如2次不育系的雜交水稻育種革命和5次恢復(fù)系的更新?lián)Q代,雜交水稻品種選育實(shí)現(xiàn)了連續(xù)階段性飛躍。最近又出現(xiàn)了一些新的創(chuàng)新成果,如第三代雜交水稻[1]、基因聚合選育的理想株型超級雜交水稻、綠色超級稻以及“一系”雜交水稻,為雜交水稻的國際化發(fā)展奠定了強(qiáng)有力的育種技術(shù)基礎(chǔ)。
1970年野敗型雄性不育材料的發(fā)現(xiàn)和雜種優(yōu)勢的利用,破解了自花授粉作物難以大面積雜種優(yōu)勢利用的技術(shù)難題。隨后水稻育種家利用我國豐富的稻種資源,不斷拓寬不育系的遺傳多樣性,發(fā)現(xiàn)了一系列新型的不育系,如紅蓮型、D型、岡型、K型、印水型等,并相應(yīng)選育了一大批優(yōu)良雜交秈稻組合。同時,還發(fā)現(xiàn)了滇型粳稻不育系和包臺雄性不育體系,并培育出雜交粳稻。特別是1973年光敏核不育水稻的發(fā)現(xiàn),開創(chuàng)了溫敏核不育系和兩系雜交稻的選育及其應(yīng)用。兩系雜交稻又被稱之為“第二次雜交水稻育種革命”。從此,我國雜交稻的育種和生產(chǎn)出現(xiàn)三系與兩系共榮景象。我國雜交水稻技術(shù)成果儲備豐富,新親本、新組合不斷涌現(xiàn),特別是兩系法雜交水稻技術(shù)的成熟,使育種效率大大提高,為今后一個時期的種子產(chǎn)業(yè)化提供了較充足的種源。南優(yōu)2號、汕優(yōu)63、汕優(yōu)多系1號、兩優(yōu)培九和天優(yōu)華占等5次代表性品種的更新?lián)Q代,顯示了雜交水稻品種選育的連續(xù)階段性飛躍。
雜交水稻的發(fā)展,已經(jīng)歷了雜交水稻育種的2次技術(shù)革命,在三系和兩系雜交水稻(第一代和第二代)2次技術(shù)突破性發(fā)展的基礎(chǔ)上,目前水稻科學(xué)家又研制出第三代雜交水稻:是以遺傳工程雄性不育系為技術(shù)工具選育的雜交水稻[1]。由國家雜交水稻工程技術(shù)研究中心從普通核不育水稻轉(zhuǎn)育而成。每個稻穗含有色和無色兩類種子,兩類幾乎各占一半。無色的為非轉(zhuǎn)基因的、雄性不育的,可用于制種,其后代就是非轉(zhuǎn)基因的雜交稻種子;有色的是轉(zhuǎn)基因的、可育的,可循環(huán)地繁殖新一代雙色種子。因此,制種和繁殖都非常簡便易行,且避免了兩系和三系不育系的缺點(diǎn)。
最近,中國水稻研究所的科學(xué)家根據(jù)植物干細(xì)胞能定向誘導(dǎo)成克隆植株的原理,已經(jīng)誘導(dǎo)水稻植株根、胚組織的體細(xì)胞,獲得愈傷分化的克隆水稻植株,即固定雜種優(yōu)勢的F1植株[2]。另外,還誘導(dǎo)了玉米單倍體基因-Martrilineal的水稻直系同源基因,基因編輯選育了雜種優(yōu)勢固定的子一代植株[2]。這將有望突破性的解決雜交水稻的優(yōu)勢固定和制種勞力密集的兩大難題,實(shí)現(xiàn)雜交水稻種子的常規(guī)化生產(chǎn)。實(shí)現(xiàn)雜交水稻的選育從“三系”“二系”到“一系”的目標(biāo),這是雜交水稻育種新的技術(shù)革命。目前,我國超級雜交稻研究水平始終走在世界前列,超級稻單產(chǎn)已達(dá)到15 t/hm2。
經(jīng)過40多年的發(fā)展,我國優(yōu)良雜交水稻親本及其組合的選育、推廣應(yīng)用,已形成一套完整體系。但是,我國的制種技術(shù)仍然主要是建立在勞力密集型基礎(chǔ)上的種子生產(chǎn)技術(shù)體系,機(jī)械化程度低,與當(dāng)前經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展、農(nóng)業(yè)勞動力日益緊缺的現(xiàn)代農(nóng)業(yè)不相適應(yīng),這也是導(dǎo)致雜交稻種植面積略有下滑的原因之一。新時期,農(nóng)業(yè)勞動力越來越少,更需要輕簡化生產(chǎn)栽培技術(shù),如直播。但直播會增加用種量,提高用種成本,因而影響雜交水稻的推廣[3]。我們需要創(chuàng)新的全程機(jī)械化制種技術(shù),降低生產(chǎn)成本和種子成本。近年,隆平高科等種業(yè)龍頭企業(yè),積極研發(fā)全程機(jī)械化制種技術(shù)。大規(guī)模的全程機(jī)械化制種,可增收節(jié)支約12 900元/hm2。這樣,種業(yè)公司也可以適當(dāng)降低種子價格,讓農(nóng)民得到實(shí)惠、樂于用雜交種子作直播種植。同時,向輕簡化、集約化和信息化農(nóng)業(yè)生產(chǎn)發(fā)展,也有利于助推雜交水稻的國際化發(fā)展。
雜交種子是百分之百的市場化或商品化率,因而極大地推動了雜交水稻種業(yè)的發(fā)展。中國不僅有全球領(lǐng)先的雜交水稻育種技術(shù)和配套的制種技術(shù),而且擁有多樣性的品種資源和不斷更新?lián)Q代的品種優(yōu)勢。從1976年開始大規(guī)模種植雜交水稻,截至2017年累計種植面積已超過5億hm2,增產(chǎn)稻谷6.25億t,為保障世界糧食生產(chǎn)安全做出了歷史性貢獻(xiàn)。同時,雜交水稻種子市場化或商品化率高,因而極大地推動了種業(yè)的發(fā)展。當(dāng)前,我國雜交水稻的年種植面積為0.17億hm2左右,每年約需商品雜交稻種子2.7~3.6億kg,種子生產(chǎn)面積在15萬hm2左右。雜交種子市值已從2001年的15億元發(fā)展到2017年的150億元,增長迅速。目前我國有4 000多家種業(yè)公司,應(yīng)該通過各種方法發(fā)展壯大龍頭企業(yè),同時拓展國外種業(yè)市場。國外的水稻種植面積是我國的3倍,具有很大的種業(yè)發(fā)展?jié)摿4]。雖然,目前東南亞國家每年雜交水稻種植面積已達(dá)636萬hm2,但也只占水稻面積的6%左右,如果能提高到20%,則每年至少增加雜交水稻用種1億kg,雜交水稻種子國際市場空間巨大。為了使雜交水稻更好的走出去,中國水稻研究所在印度尼西亞和孟加拉等國建立了聯(lián)合研究中心,進(jìn)行雜交水稻試種和推廣[5]。隆平高科和中國種子集團(tuán)等種子企業(yè)也與東南亞一些國家建立了研發(fā)機(jī)構(gòu)和制種基地,開展多種形式的合作。東南亞一些與中國稻區(qū)氣候條件接近的國家,直接引用中國的雜交水稻種子,為中國的雜交水稻種子產(chǎn)業(yè)發(fā)展帶來了巨大外貿(mào)商機(jī)。
近年來隨著農(nóng)業(yè)規(guī)?;C(jī)械化和信息化的迅速發(fā)展,我國雜交水稻生產(chǎn)受到巨大沖擊,種植面積略有下滑,常規(guī)稻種植開始復(fù)蘇。其主要原因是:雜交水稻原有的產(chǎn)量優(yōu)勢、種子價格優(yōu)勢和育秧技術(shù)優(yōu)勢正在消失,有的雜交水稻不適宜于直播和機(jī)械化技術(shù)操作,以及國內(nèi)外農(nóng)民對雜交水稻的米質(zhì)和抗倒性都提出了更高要求[3]。只有選育能適應(yīng)輕簡化和機(jī)械化栽培的高產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)和高效的雜交水稻品種,才能滿足農(nóng)戶的新需求,也是今后的育種發(fā)展方向。
中國正進(jìn)入現(xiàn)代農(nóng)業(yè)時期,具有規(guī)模化、機(jī)械化、集約化、信息化和產(chǎn)業(yè)化特征的現(xiàn)代農(nóng)業(yè)正在改變著傳統(tǒng)農(nóng)業(yè),這種轉(zhuǎn)變對雜交稻產(chǎn)業(yè)產(chǎn)生了巨大沖擊,特別是雜交早稻面積大幅度減少。湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)陳立云等總結(jié)歸納了阻礙雜交稻發(fā)展的三大因素:第一,雜交稻比常規(guī)稻產(chǎn)量高、用種量少和成本低的三大優(yōu)勢正在逐漸減弱;第二,生產(chǎn)上缺乏適應(yīng)規(guī)模化和機(jī)械化生產(chǎn)的品種;第三,農(nóng)戶需要優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)、高效及輕簡化栽培的雜交稻品種[6]。我國在東南亞國家雜交水稻種子市場面臨同樣的問題。所以,研發(fā)人員需要面向生產(chǎn)第一線,創(chuàng)新性的選育農(nóng)民需要的新型雜交水稻新品種。
作物育種將進(jìn)入生物技術(shù)和信息化的時代。傳統(tǒng)育種方法選育雜交新品種,因不能在早世代選擇,所以,比分子育種技術(shù)選育周期長、效率低,一直影響農(nóng)作物育種發(fā)展,也是造成我國農(nóng)作物品種更新較慢、突破性品種少的原因之一。目前,國外企業(yè)研發(fā)投入相當(dāng)大,都在大力運(yùn)用分子育種技術(shù),以便快速獲得創(chuàng)新品種投入市場。有的種業(yè)企業(yè)用同一粒種子就完成了分子鑒定和加代繁殖,大大縮短了育種周期,提高了育種效率,同時還減少了加代繁殖用地。杜邦先鋒年投入研發(fā)經(jīng)費(fèi)超過120億元,我國所有種業(yè)公司的研發(fā)經(jīng)費(fèi)只有40億元,還不到其三分之一。目前國內(nèi)種子企業(yè)沒有足夠財力單獨(dú)進(jìn)行分子育種的研發(fā),再加上各企業(yè)的研發(fā)能力參差不齊,真正擁有現(xiàn)代種業(yè)規(guī)?;N的研發(fā)團(tuán)隊很少,而且產(chǎn)品同質(zhì)化嚴(yán)重,單靠企業(yè)用常規(guī)育種手段培育大品種難度很大。除了生物技術(shù),在生物信息和“大數(shù)據(jù)”時代,我們的水稻育種也將進(jìn)入“生物技術(shù)+信息化”為特征的第四次種業(yè)技術(shù)革命,有望獲得突破性的多基因聚合水稻新品種。我國科研院所有一些較好的基礎(chǔ)性研究,可以與企業(yè)聯(lián)合進(jìn)行技術(shù)開發(fā)和應(yīng)用,建立第三方的技術(shù)研發(fā)平臺,為種業(yè)提供分子技術(shù)服務(wù)并轉(zhuǎn)化科研成果。
我國現(xiàn)行的雜交水稻制種技術(shù)是建立在勞力密集型基礎(chǔ)之上的,機(jī)械化程度很低,與當(dāng)前經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展、農(nóng)業(yè)勞動力日益緊缺的現(xiàn)狀不相適應(yīng)。美國是最早開始利用全程機(jī)械化“廂式”制種,但管理過于粗放,制種產(chǎn)量低,不適合在中國直接應(yīng)用[6]。近幾年,湖南成功推廣了全程機(jī)械化制種技術(shù),制種產(chǎn)量達(dá)3 000 kg/hm2以上的高產(chǎn)水平,節(jié)省人工50%以上,節(jié)省成本5 550元/hm2。我國許多制種基地田塊面積小、田塊之間地勢不平,不適合大規(guī)模的全程機(jī)械化制種,需要農(nóng)業(yè)專家不斷探索更高效的制種方法,降低雜交水稻制種成本
[7] 。
在國家政策強(qiáng)力扶持下,種業(yè)巨頭已初步建立了商業(yè)化育種體系,但這是一項需要持續(xù)發(fā)展的系統(tǒng)工程,不可能一蹴而就。2016年我國種業(yè)企業(yè)研發(fā)總投入為39.57億元,其中前10位企業(yè)研發(fā)投入為8.03億元,占其銷售收入的7.57%??蒲型度氲脑黾?,促進(jìn)了商業(yè)育種體系發(fā)展,但與國際種業(yè)巨頭相比,仍相距甚遠(yuǎn)。另外,從我國農(nóng)業(yè)面臨的大環(huán)境看,市場面對的是成千上萬分散經(jīng)營的農(nóng)民,農(nóng)業(yè)缺乏規(guī)?;?,則種業(yè)更難規(guī)模化,涌現(xiàn)了大量規(guī)模很小的種業(yè)公司,阻礙了現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展。盡管目前我國種子企業(yè)已進(jìn)行了兼并重組,但企業(yè)中近一半都是在做銷售,真正“育、繁、推”一體化的企業(yè)仍很少,系統(tǒng)建立好種業(yè)企業(yè)的商業(yè)化育種體系還任重道遠(yuǎn)。
雜交水稻發(fā)展的另一大成功是“走出去”,通過建立制種基地、設(shè)立研發(fā)機(jī)構(gòu),開展多種形式的投資合作,幫助東南亞國家發(fā)展雜交水稻,而且國外的水稻種植面積3倍于中國,具有更大的吸引力和發(fā)展?jié)摿?。但在國外推廣雜交水稻,同樣面臨大部分國家僅推廣本土化的雜交種子、機(jī)械化制種技術(shù)程度低導(dǎo)致種子價格偏高和米質(zhì)抗性不適宜等問題,以及種業(yè)缺乏全球化經(jīng)營的經(jīng)驗等,這些問題都需要做好頂層設(shè)計,提升雜交水稻在國際市場的競爭力,確保雜交水稻的可持續(xù)發(fā)展。
一是實(shí)施“走出去”戰(zhàn)略。在全球經(jīng)濟(jì)一體化形勢下,中國種子企業(yè)應(yīng)該放眼全球,結(jié)合我國的雜交水稻育種技術(shù)優(yōu)勢和優(yōu)勢品種或親本材料,積極主動地參與國際分工和國際合作,培植和發(fā)揮優(yōu)勢市場,實(shí)施“走出去”戰(zhàn)略。我國的種業(yè)規(guī)模還較小,國外的水稻種業(yè)市場比國內(nèi)大3倍,除了做好傳統(tǒng)的種子貿(mào)易外,還要積極探索投資并購與技術(shù)引進(jìn),在海外建立獨(dú)資(或合資)子公司。隆平高科和大北農(nóng)集團(tuán)已在印尼、菲律賓、阿根廷建立了海外公司、生物育種研發(fā)中心,已在國外參加區(qū)域試驗、品種審定和示范推廣,種業(yè)龍頭已啟動全球布局之路。二是開展本土化研發(fā)。有些國家如印度不允許進(jìn)口國外的雜交種子,這樣,就必須到當(dāng)?shù)亟⒂N基地,參與國外品種審定,選育適宜該地區(qū)種植的新品種。三是積極“引進(jìn)來”。加快種業(yè)的國際化,在“走出去”的同時,還要積極地“引進(jìn)來”,為“一帶一路”國家培訓(xùn)農(nóng)業(yè)技術(shù)人員和種業(yè)人員,擴(kuò)大我國雜交水稻領(lǐng)先技術(shù)的宣傳力度,提高雜交水稻產(chǎn)業(yè)科技含量和在國外的發(fā)展。
針對生產(chǎn)中面臨的新問題,種業(yè)企業(yè)應(yīng)該增加科技研發(fā)的投入,集中力量解決生產(chǎn)中出現(xiàn)的問題。引入多樣性的水稻不育系和恢復(fù)系,增加雜交水稻品種的多樣性,減少同質(zhì)化現(xiàn)象,增強(qiáng)東南亞熱帶地區(qū)雜交水稻的產(chǎn)量優(yōu)勢;利用我國基礎(chǔ)研究優(yōu)勢和克隆的水稻功能基因,如IPA1、DEP1、GL7和GW8等,選育多基因聚合的綠色超級雜交水稻,不斷提升我國水稻的品種優(yōu)勢和國際競爭力;加強(qiáng)全程機(jī)械化制種技術(shù)的研發(fā)、示范和推廣,降低制種成本和雜交種子成本,爭取未來幾年種子價格能降低30%~50%。另外,還要結(jié)合互聯(lián)網(wǎng)和大數(shù)據(jù),做到“種子-生產(chǎn)-銷售-產(chǎn)后”全程化服務(wù)。積極申請自主創(chuàng)新成果的知識產(chǎn)權(quán),提高知識產(chǎn)權(quán)數(shù)量和質(zhì)量,并在市場中運(yùn)用和保護(hù)好這些新品種和新制種技術(shù),爭取在國際種業(yè)競爭中占據(jù)戰(zhàn)略制高點(diǎn),以創(chuàng)新的技術(shù)作后盾形成持久的競爭優(yōu)勢,從而在國際上贏得發(fā)展主動權(quán)。
未來世界種業(yè)的市場競爭是立體化、全方位的競爭,企業(yè)的大型化、全能化和國際化是發(fā)展大趨勢。為適應(yīng)市場需要,各公司應(yīng)建立國際化種子產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟集團(tuán),以農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)鏈和市場為紐帶,以企業(yè)為鏈接,把種子研究與生產(chǎn)、推廣、服務(wù)的力量聯(lián)合起來,組建一支精干的種子科技創(chuàng)新與產(chǎn)業(yè)經(jīng)營隊伍,建設(shè)高水平的科研創(chuàng)新體系、成果轉(zhuǎn)化體系和推廣服務(wù)體系有機(jī)結(jié)合的現(xiàn)代種子科技創(chuàng)新體系,實(shí)行跨國經(jīng)營、國際化運(yùn)作。如隆平高科不斷加快推進(jìn)開拓海外市場和國際化運(yùn)營,兼并重組巴西陶氏益農(nóng)等公司,形成了覆蓋水稻種業(yè)全產(chǎn)業(yè)鏈,已在巴基斯坦審定19個品種,在印度有70多個品種表現(xiàn)突出;同時,持續(xù)推進(jìn)援外農(nóng)業(yè)培訓(xùn)、援外項目合作等公益性國際援助,建立了全方位的產(chǎn)業(yè)鏈和服務(wù)體系,不但擴(kuò)大了國際影響力,而且樹立了隆平高科的國際品牌意識和國際地位。
中國的雜交水稻全球領(lǐng)先,因為我國不僅擁有技術(shù)優(yōu)勢、人才優(yōu)勢,而且還擁有大市場優(yōu)勢、資本優(yōu)勢和政策優(yōu)勢。當(dāng)年雜交水稻的推廣成功,也證明了這是我國體制優(yōu)勢的一大典型范例。雜交水稻和雜交水稻種業(yè)是我國拳頭產(chǎn)品,擁有自主知識產(chǎn)權(quán)和核心競爭力。為了確保我國的優(yōu)勢地位,國家應(yīng)該放寬雜交水稻親本出口限制政策,以便我國企業(yè)在國外基地選育具有強(qiáng)競爭力的新品種,搶占國際市場。德國拜耳和美國先鋒等跨國公司已在東南亞建立了兩系雜交稻制種基地,具有種子生產(chǎn)機(jī)械化程度高、種子價格低、經(jīng)營經(jīng)驗豐富等方面優(yōu)勢,對我國的種業(yè)企業(yè)造成了強(qiáng)有力競爭。近年,我國推出了“一帶一路”的國家戰(zhàn)略,出臺了一系列培植種業(yè)發(fā)展、參與國際競爭的獎勵政策,是雜交水稻種業(yè)發(fā)展的“黃金時代”,國內(nèi)種業(yè)企業(yè)應(yīng)該借力“一帶一路”的東風(fēng),站上世界雜交水稻種業(yè)科技制高點(diǎn),不斷向東南亞和其他地區(qū)推進(jìn),為世界糧食安全做出更大貢獻(xiàn)。