孫果忠

（中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物科學(xué)研究所/作物分子育種國家工程實驗室 北京100081）

我國小麥播種面積和產(chǎn)量均占糧食作物的22%左右，在口糧消費中占40%以上，是世界最大的小麥生產(chǎn)國和消費國，分別占全球小麥生產(chǎn)和消費總量的17%和16%。建國以來，我國小麥播種面積從1949年的3.23億畝增加至2020年的3.51億畝，增加2800萬畝；小麥總產(chǎn)從1381.00萬t增加至13425.00萬t，增長9.72倍；小麥單產(chǎn)從43.00 kg/畝增加至382.80 kg/畝，增長8.90倍。小麥在我國糧食作物中單產(chǎn)增加最多、增幅最大。在播種面積、肥料、農(nóng)藥、水資源和農(nóng)機具投入等相對穩(wěn)定的背景下，我國小麥總產(chǎn)的增加主要源于品種創(chuàng)新帶來的單產(chǎn)的提高，品種對小麥增產(chǎn)的貢獻(xiàn)率在45%以上。因此，種業(yè)發(fā)展對促進小麥產(chǎn)業(yè)持續(xù)健康發(fā)展及保障國家糧食安全具有至關(guān)重要的作用。

1 “十三五”期間我國小麥種業(yè)發(fā)展概況

據(jù)國家統(tǒng)計局?jǐn)?shù)據(jù)，2016-2020年，我國小麥播種面積由36998.67萬畝降至35070.00萬畝，減少1900.00多萬畝；總產(chǎn)從13318.83萬t增加至13425.00萬t，增加106.17萬t；每畝產(chǎn)量從359.98 kg增加至382.80 kg，增加22.82 kg（圖1）。

圖1 2016-2020年我國小麥種植面積、總產(chǎn)和單產(chǎn)的變化趨勢

2004年以來，我國小麥供需由偏緊逐漸轉(zhuǎn)向?qū)捤?，總體供需平衡，供應(yīng)總量充足、庫存較大（表1）。隨著我國居民生活水平的提高，小麥的消費量呈現(xiàn)出直接消費量減少、間接消費量（飼料、釀酒等）增加的趨勢。我國小麥生產(chǎn)品種全部為國產(chǎn)自育，不同年代均涌現(xiàn)出一批大面積推廣的代表性品種，如南大2419、碧螞1號、小偃6號、揚麥158、鄭麥9023、濟麥22等，為保證國家的小麥生產(chǎn)安全做出了重要貢獻(xiàn)。近年來，小麥品種審定數(shù)量隨著我國農(nóng)業(yè)科技投入的不斷增長而逐漸增加，但并未出現(xiàn)玉米、水稻品種審定中的“井噴海嘯”現(xiàn)象（表2）?！笆濉逼陂g，知識產(chǎn)權(quán)保護日益受到育種單位重視，小麥新品種權(quán)申請和授權(quán)數(shù)量均顯著增加（表3）。

表1 1991－2018年我國小麥供需情況

表2 “十三五”期間我國審定的小麥品種數(shù)量

表3 “十三五”期間小麥新品種權(quán)申請和授權(quán)統(tǒng)計

目前，我國小麥良種覆蓋率超過97%，生產(chǎn)用種的質(zhì)量合格率穩(wěn)定在98%以上，良種對提高小麥綜合生產(chǎn)能力、促進農(nóng)民增收和保障國家糧食安全做出了重要貢獻(xiàn)。根據(jù)2016-2020年中國種業(yè)發(fā)展報告的數(shù)據(jù)，我國小麥良種供應(yīng)充足，商品化率約為76.58%，畝用種量約為12.7 kg/畝，單價約為4.60元/kg，種業(yè)市值超過160億元（表4）?？紤]到種子商品率提高、種子價格走高等因素，未來我國小麥商品種子價值還將繼續(xù)提升，市場蘊藏著巨大的需求和商機。我國冬小麥種子生產(chǎn)基地主要集中在河南、山東、河北、安徽等省，主產(chǎn)區(qū)小麥種業(yè)不斷發(fā)展。

表4 2015-2019年全國小麥良種供應(yīng)與商品化率

2 我國小麥種業(yè)與發(fā)達(dá)國家的比較情況

據(jù)聯(lián)合國糧農(nóng)組織的數(shù)據(jù)，自2003年起我國小麥總產(chǎn)量一直位居第一，并于2015年起穩(wěn)定在年產(chǎn)1.3億t以上。播種面積一直僅次于印度居第2位，2015年后讓位于俄羅斯，退居第3位。2018年我國小麥平均單產(chǎn)比世界平均高58.2%，但低于英、法、德等歐洲國家。歐洲國家小麥生育期長，只能1年1熟,而我國小麥主產(chǎn)區(qū)在夏收后還要種植玉米、水稻、大豆、花生等秋收作物，二者沒有可比性。與同為1年2熟（小麥—水稻）的印度相比，2018年我國小麥單產(chǎn)較其高60.7%；較1年1熟的美國、加拿大的單產(chǎn)分別高75.5%和65.2%。近年來，我國小麥單產(chǎn)的增幅也遠(yuǎn)高于世界小麥主產(chǎn)國（圖2）。因此，我國小麥種業(yè)及生產(chǎn)已步入國際先進水平，為國家糧食安全做出了重要貢獻(xiàn)。

圖2 2003-2018年世界小麥主產(chǎn)國單產(chǎn)比較

從種業(yè)自身發(fā)展角度來看，與發(fā)達(dá)國家相比，我國小麥種業(yè)的優(yōu)勢更多體現(xiàn)在應(yīng)用技術(shù)層面和數(shù)量上，仍存在原始創(chuàng)新能力不足、研發(fā)力量分散、企業(yè)競爭力不強、產(chǎn)學(xué)研脫節(jié)、政策保障力度不夠等差距。

在基礎(chǔ)研究領(lǐng)域，我國在小麥基因組測序、基因定位、轉(zhuǎn)基因、基因編輯及分子設(shè)計育種技術(shù)等方面與歐美發(fā)達(dá)國家保持同步，部分領(lǐng)域處于領(lǐng)先水平。小麥抗赤霉病基因Fhb1、Fhb7，抗白粉病基因Pm24、Pm41，太谷核不育基因Ms2等先后被克隆。轉(zhuǎn)基因和基因編輯技術(shù)已經(jīng)用于小麥抗病、單倍體誘導(dǎo)、雄性不育、耐除草劑、粒重等性狀的改造。據(jù)中國科學(xué)院文獻(xiàn)情報中心以小麥為主題詞檢索，2019年的小麥SCI研究論文共10657篇，在發(fā)表數(shù)量上，中國（包括港澳臺地區(qū)）在所有國家中排名第一，共計3369篇，占比31.62%；美國排名第二，發(fā)表1700篇，占比15.95%。盡管我國發(fā)表SCI論文數(shù)量占全世界的近1/3，但缺乏“由0到1”的原始創(chuàng)新。農(nóng)業(yè)科研的高端儀器設(shè)備、試劑耗材、軟件程序、試驗機具等嚴(yán)重依賴進口，重要的遺傳理論、研究思路、方法技術(shù)等主要起源于歐美。

在育種研發(fā)領(lǐng)域，我國總體進入國際先進水平，生產(chǎn)用種全部具有自主知識產(chǎn)權(quán)。在組織形式上，國外是以跨國種子企業(yè)為主的商業(yè)化育種。我國的小麥育種主體仍是科研單位，存在育種團隊規(guī)模小、組織松散、低水平重復(fù)和投入不足等弊端。受科研評價導(dǎo)向和商業(yè)利益驅(qū)動，科研單位和種子企業(yè)均對種質(zhì)資源的原始創(chuàng)新投入不足。在公共研發(fā)層面，沒有設(shè)立育種專項資金，種業(yè)科技沒有得到穩(wěn)定持續(xù)的資金支持。在企業(yè)層面，常規(guī)品種繁種比較容易，農(nóng)民可以自留種，企業(yè)利潤率較低；由于在研發(fā)投入上與經(jīng)濟效益大的作物存在巨大差距，多數(shù)小麥種子企業(yè)沒有研發(fā)機構(gòu)和育種科研人員。

3 小麥育種技術(shù)的應(yīng)用及存在的問題

小麥育種是一個集遺傳、生理、發(fā)育、病理、栽培等諸多理論知識和技術(shù)手段于一體的學(xué)科，僅靠單一技術(shù)很難實現(xiàn)產(chǎn)量、品質(zhì)、抗性等綜合指標(biāo)的大幅度提高。小麥育種成效的大小取決于育種材料的創(chuàng)新和育種方法的掌握。目前，小麥常規(guī)育種與遠(yuǎn)緣雜交、分子標(biāo)記輔助選擇、細(xì)胞工程、誘變育種、快速育種、轉(zhuǎn)基因、基因編輯等技術(shù)協(xié)同發(fā)展，呈現(xiàn)日益智能化、信息化、機械化的趨勢。

在育種材料創(chuàng)新上，遠(yuǎn)緣雜交、轉(zhuǎn)基因、基因編輯等技術(shù)均較為成熟。在遠(yuǎn)緣雜交上，已經(jīng)成功實現(xiàn)長穗偃麥草、簇毛麥、冰草、黑麥等與小麥的遠(yuǎn)緣雜交，并轉(zhuǎn)移野生種有益基因到小麥中，對我國小麥育種貢獻(xiàn)巨大。在轉(zhuǎn)基因上，我國已獲得轉(zhuǎn)化抗干旱、耐鹽堿、抗病、抗蟲、改善籽粒品質(zhì)、抗除草劑等性狀的轉(zhuǎn)基因小麥品系，基因編輯技術(shù)也成功應(yīng)用于控制小麥育性、品質(zhì)、抗病、發(fā)育等性狀的基因改良。目前，轉(zhuǎn)基因和基因編輯創(chuàng)造的材料走向商業(yè)應(yīng)用還受社會和政策因素的限制。

在育種方法上，現(xiàn)階段我國小麥品種以系譜選育為主，約占育成品種數(shù)量的90%；利用輪回選擇、理化誘變和細(xì)胞工程等方法也培育了一些品種，約占育成品種數(shù)量的10%。系譜選育受育種家青睞的原因可能與該方法組配方式簡單、后代材料既集中親本的優(yōu)良性狀又容易出現(xiàn)超親變異有關(guān)。從系譜可以看出，每個生態(tài)區(qū)都有若干個骨干品種成為育種家進行品種改良的主要對象。由此導(dǎo)致新培育品種間的遺傳相似性不斷提高，遺傳基礎(chǔ)愈加狹窄。以黃淮冬麥區(qū)南片國家小麥新品種試驗參試品系為例，2008-2017年含周麥系列品種血緣的參試品系占比由40%逐漸上升到50%。

近年來，世界范圍內(nèi)以“生物技術(shù)+信息化”為特征的第4次種業(yè)科技革命正在推動種業(yè)研發(fā)、生產(chǎn)、經(jīng)營和管理發(fā)生著深刻變革。跨國種子企業(yè)普遍采用智能化、規(guī)?；?、高通量的工程化育種技術(shù)體系，分子標(biāo)記和全基因組輔助選擇技術(shù)被廣泛應(yīng)用，將對我國仍然依賴的經(jīng)驗育種形成巨大沖擊。在轉(zhuǎn)基因、基因編輯、人工智能、合成生物學(xué)等前沿交叉技術(shù)上，我國與發(fā)達(dá)國家還存在一定差距。目前，國內(nèi)外的小麥轉(zhuǎn)基因和基因編輯技術(shù)比較成熟，但主要是應(yīng)用日本煙草公司植物創(chuàng)新中心的轉(zhuǎn)化技術(shù)。此外，開展生物育種的關(guān)鍵是克隆到有育種價值的基因。隨著基因組測序技術(shù)的進步，快速克隆有價值的小麥基因成為國際上競爭的焦點。2020年，歐美等發(fā)達(dá)國家已合作完成了“10+”小麥基因組測序計劃，后續(xù)將有更多品種被測序。在人工智能領(lǐng)域，我國在核心技術(shù)上缺少自主知識產(chǎn)權(quán)，在關(guān)鍵設(shè)備及零部件方面主要依賴國外進口，只有少部分開展自主研發(fā)。合成生物學(xué)是生命科學(xué)、計算機科學(xué)、工程學(xué)等學(xué)科融合發(fā)展形成的嶄新領(lǐng)域，目前在DNA合成、基因編輯、核基因組遺傳轉(zhuǎn)化、質(zhì)體遺傳轉(zhuǎn)化、植物染色體工程等方面均已在植物改良上有所應(yīng)用，國內(nèi)處于跟蹤和并跑水平。

4 未來的發(fā)展趨勢與建議

為促進小麥種業(yè)可持續(xù)發(fā)展，應(yīng)圍繞國家重大需求和小麥種業(yè)的重大科技問題，按照小麥良種創(chuàng)新與轉(zhuǎn)化的全產(chǎn)業(yè)鏈進行總體規(guī)劃，以高新技術(shù)驅(qū)動小麥種業(yè)跨越式發(fā)展，充分發(fā)揮政府管理部門在資源配置中的引導(dǎo)作用和市場在資源配置中的決定作用，構(gòu)建中國特色的政產(chǎn)學(xué)研緊密合作、科企深度融合的小麥種業(yè)創(chuàng)新發(fā)展模式。

4.1 強化現(xiàn)代生物技術(shù)、信息智能化技術(shù)的研發(fā)

隨著數(shù)字化和自動化技術(shù)的發(fā)展，高通量的表型和基因型精準(zhǔn)鑒定技術(shù)逐漸成為解決農(nóng)作物重要性狀遺傳改良瓶頸的重要技術(shù)手段。信息技術(shù)、遙感技術(shù)、大數(shù)據(jù)等前沿技術(shù)，也正在改變品種研發(fā)、生產(chǎn)經(jīng)營、行業(yè)管理及市場監(jiān)管等方面的傳統(tǒng)運行方式。在育種創(chuàng)新方面，應(yīng)用生物組學(xué)、基因編輯、智能信息等新技術(shù)，將大幅度提高育種效率和精準(zhǔn)性，加速優(yōu)異基因聚合，由傳統(tǒng)的“經(jīng)驗育種”向高效的“精準(zhǔn)育種”轉(zhuǎn)變。因此，應(yīng)加強上述技術(shù)在育種上的集成創(chuàng)新，組織不同學(xué)科、不同領(lǐng)域團隊進行技術(shù)攻關(guān)，打通科技研發(fā)到市場應(yīng)用的路徑。

4.2 應(yīng)對社會需求多樣化、環(huán)境資源緊縮的新品種培育

在保證持續(xù)提高產(chǎn)量的基礎(chǔ)上，為滿足不同消費者的需求，需要培育適合加工各類饅頭、面條、面包、糕點等多樣化食品類型的優(yōu)質(zhì)專用型品種；為積極應(yīng)對極端氣候條件變化導(dǎo)致的自然災(zāi)害，需要培育抗病、抗蟲、抗倒、抗凍、耐熱等抗逆廣適型品種；為降低生產(chǎn)成本，保護環(huán)境資源，需要培育抗旱節(jié)水、氮磷養(yǎng)分高效、耐密植、高光效、宜機收的資源高效型品種?？紤]到育種性狀的復(fù)雜性，建議“十四五”要強化國家小麥良種攻關(guān)的引領(lǐng)作用，充分發(fā)揮社會主義集中力量辦大事的制度優(yōu)勢，依托優(yōu)勢科教單位建立若干重要性狀的表型鑒定、基因型鑒定和快速育種平臺。

4.3 加強生產(chǎn)上“卡脖子”問題的種源鑒定和創(chuàng)新

目前我國小麥主產(chǎn)區(qū)育成品種的遺傳相似性較高。這些品種的特征是優(yōu)點突出，一些缺點又難以克服，一旦發(fā)生某種自然災(zāi)害，勢必給生產(chǎn)帶來重大隱患。如2016年黃淮麥區(qū)收獲期間遭遇降水導(dǎo)致小麥不完善粒超標(biāo)，比例達(dá)到1/3，品質(zhì)下降嚴(yán)重。沒有好的育種材料難有好的品種，但是育種材料的創(chuàng)制耗時費力，企業(yè)不會做，科研單位又沒有人愿意做。因此，對小麥生產(chǎn)上頻發(fā)又缺少良好育種親本的“卡脖子”性狀，如赤霉病、莖基腐病、倒春寒、穗發(fā)芽、干熱風(fēng)等，應(yīng)給予長期穩(wěn)定的經(jīng)費支持和合理的科研評價機制；鼓勵科研單位加強種源鑒定和創(chuàng)新，挖掘一批育種上“卡脖子”的材料和基因。

4.4 科學(xué)規(guī)劃和布局優(yōu)勢種子生產(chǎn)區(qū)域

大規(guī)模高質(zhì)量的種子繁育基地，是小麥種子企業(yè)做大做強的基本條件，但在現(xiàn)有用地制度下，小麥種子企業(yè)自有基地規(guī)模普遍偏小，高品質(zhì)的種子生產(chǎn)量嚴(yán)重不足。要保證良種的有效供應(yīng)，必須突出優(yōu)勢產(chǎn)區(qū)和重點地區(qū)，優(yōu)化品種和品質(zhì)結(jié)構(gòu)，進一步推進小麥種子區(qū)域化布局、標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)和產(chǎn)業(yè)化經(jīng)營；對威脅區(qū)域小麥生產(chǎn)的重大災(zāi)害，要分區(qū)設(shè)立品種抗性最低進入標(biāo)準(zhǔn)；加快構(gòu)建布局合理、特點鮮明、效益顯著的優(yōu)質(zhì)小麥種子產(chǎn)區(qū)，建設(shè)一批由政府主導(dǎo)、企業(yè)掌控的優(yōu)勢種子生產(chǎn)基地，打造現(xiàn)代種業(yè)核心產(chǎn)業(yè)帶；強化小麥種子基地基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，建成交通方便、能排能灌、耕地質(zhì)量好、配套設(shè)施齊全的種子基地，著力提升小麥供種保障能力。

4.5 擴大我國小麥種業(yè)的對外開放范圍

目前，國內(nèi)外仍采用區(qū)域性要求嚴(yán)格的常規(guī)品種，形成了以公益性為特色的小麥種業(yè)體系。國際化市場完全放開，我國小麥種業(yè)經(jīng)受得住國際市場的沖擊。小麥常規(guī)種子繁殖系數(shù)低，小麥種子為30～40倍，遠(yuǎn)低于雜交玉米和雜交水稻（200～300倍）。常規(guī)小麥種子經(jīng)營毛利潤低，每千克只有0.5～0.6元，限制了物流半徑。小麥良種繁育和加工涉及播種、去雜、收獲、運輸、清選、包衣、庫存等諸多環(huán)節(jié)，是勞動密集型和重資產(chǎn)行業(yè)。在獲得農(nóng)業(yè)農(nóng)村部頒證的104家育繁推一體化種業(yè)中，小麥種子業(yè)務(wù)占比超過70%的只有安徽皖墾、江蘇大華和江蘇金土地3家，遠(yuǎn)少于兩雜作物。隨著土地流轉(zhuǎn)和規(guī)?；?jīng)營，種田大戶自留種的比例逐年增加，新品種的知識產(chǎn)權(quán)保護越來越難。當(dāng)前，中國的小麥育種水平已經(jīng)處于世界先進水平，小麥種業(yè)實行對外開放將有利于我國小麥種業(yè)“走出去”，既能引進和借鑒發(fā)達(dá)國家的種質(zhì)資源、育種技術(shù)和管理經(jīng)驗，又能輸出具有自主知識產(chǎn)權(quán)的小麥品種，增強我國小麥種業(yè)的國際影響力。