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玉米种业的昨天、今天和明天

日期:2021-05-06 作者:王振华 刘文国 高世斌 李新海 来源:中国农科院作科所 【字号: 打印本页

  玉米是我国第一大作物,玉米种业健康发展对保障国家粮食安全和农产品有效供给具有重要意义。“十二五”以来,我国培育了一批玉米品种,新品种的稳产性和丰产性得到提高,机收籽粒品种取得新突破,优质专用、绿色生态品种大幅度增加。品种呈现多样化,鲜食玉米成为结构调整、提质增效的新亮点;高叶酸、高赖氨酸等营养强化品种已推向市场;优质青贮品种为调结构、粮改饲提供支撑,正由追求产量向更注重品质转变,全株优质青贮玉米品种成为奶牛养殖企业的重点需求。玉米自主选育品种面积占比明显提高,由2010年的85%提高到目前的90%以上。近五年,玉米种质资源保护、挖掘、利用持续增强,基础前沿研究取得重大进展,现代育种核心技术加速创新与应用,品种创新能力和种业安全保障能力显著增强,加快了产业化进程。“十四五”期间,要强化玉米种源基础研究、核心育种技术自主研发、优异种质创新与新品种培育,融合推进玉米种业高质量发展。

  一、玉米育种发展历史脉络

  玉米(Zea mays L.)即玉蜀黍,亦称苞米、包谷、棒子等,分类学上玉米属于禾本科玉蜀黍属植物。一般认为,玉米祖先是大刍草,原产地在南美洲。考古学家们曾在墨西哥南部的特万特佩克地峡遗迹中,发现有最古老的野生玉米果穗。人们熟知的秘鲁,在印第安语中就有“玉米之仓”的说法。秘鲁的海岸附近至今还保存有古城遗址,在出土的陶器和建筑物上,嵌有大量的玉米籽粒和果穗图案。分析这些遗迹,考古学家们推测,南美洲最早的原有居民印第安人远在公元4000—5000年前就开始广泛种植玉米。公元1492年哥伦布到达美洲大陆后,才开始正式有了关于玉米的文字记载,并由此向世界各地传播。随着16世纪世界性航线的开辟,玉米沿着三条线路从美洲传播到欧洲、非洲和亚洲。玉米传入我国主要有三个途径,其中最可能经陆路从印度或缅甸引入我国云南、贵州、四川等地种植再传播到全国各地。如今玉米已在除南极洲之外的世界各地广泛种植,主要集中在北美洲、亚洲、非洲、南美洲和欧洲。目前全球有165个国家和地区生产玉米,美国、中国、巴西、阿根廷和墨西哥是世界上最主要的玉米生产国,玉米已成为重要的粮食、饲料和工业加工原料来源。

 

  图1玉米的起源(驯化)中心及可能的传播路径(引自Vigouroux, et al. 2008)

 

  图2 玉米在中国的传播路线示意图

  (一)国外玉米育种历程

  玉米起源于南美洲,印第安人在长期种植过程中有意无意对玉米进行了选择。第一阶段主要是无意识选择,每年种植过程中自然选择穗大粒多的果穗留种,而且祭祀也需要美观、鲜艳、籽粒饱满。他们将玉米隔离种植,精心管理,认真选择,无意中使品种得到改良。第二阶段是有意识选择,主要为了不同用途而选择不同籽粒大小、颜色等,以及用于酿酒的特殊甜玉米等。印第安人是最早的玉米育种家,为人类生存和发展做出了巨大贡献。

 

  图3 古印第安人信奉的玉米诸神雕塑

 

  图4 墨西哥玉米地方品种(引自CIMMYT)

  国外正式的玉米育种经历了混合选择改良、杂交育种和转基因育种等阶段。

  1.混合选择改良阶段。1500年开始,北美洲就大量种植玉米,美国人对玉米品种进行了有意识的改良,主要方向是选择早熟、大穗和多穗,采用多个优良玉米自由授粉品种,经人工控制授粉或在隔离区内多代随机授粉并定向选择,选育出相对稳定的品种。到1900年前后,美国育种家开展了混合选择,逐渐选育出瑞德、克鲁格和兰卡斯特玉米综合种(选择多种优良的自交系或农家种,以杂交方法混合后,再通过改良用于生产的品种),这些种质资源成为美国和世界上玉米育种重要的种质基础。

  2.杂交育种阶段。Shamel于1898—1902年在伊利诺斯进行了玉米四代自交系(从一个玉米单株经过连续多代自交和选择分离出的性状整齐一致,遗传上相对稳定的自交后代系统)的研究后指出,自花授粉使产量明显降低,并提出利用自交和杂交方法进行玉米育种的可能性。Shull从1905年开始进行玉米自交系的遗传研究,于1908年第一次提出了纯系育种方法和选配自交系间杂交组合的基本步骤,从遗传理论上和育种模式上为玉米自交系育种奠定了基础。East(1908、1909)和Collins (1910)都进行了玉米自交系杂交育种的研究,并对杂种优势提出了一些理论解释。但因当时自交系产量低,所以认为在理论上玉米自交系育种是可行的,但从商品种子生产角度考虑是不适合的。直到1918年Jones提出了利用双交种的建议,才使玉米自交系间杂交种产生了商品价值,从而促使在20世纪20年代中期以生产和销售玉米杂交种子为主的美国种子公司的兴起,种子公司成为一种新兴的蓬勃发展的科技服务行业。H.A.Wallace于1926年建立美国第一家种子公司——杂交玉米公司,后发展为先锋种子公司。E.D.Funk于1927年建立了冯克兄弟种子公司,以后相继建立了其他一些种子公司,这些种子公司和一些种子生产农场在各州立大学和试验站的帮助下生产和销售杂交玉米种子,促使玉米杂交种得以迅速推广。从20世纪30年代中期到1960年之间,生产上种植的主要是双交种(由两种单交种杂交而得的杂交组合。)和一小部分三交种(三个血缘不同的玉米自交系先后经过两次杂交而形成的杂交种,可用(A×B)×C来表示)。1963年,当迪卡种子公司生产第一个单交种XL45的商品种子后,由于其高产性和整齐度优于双交种,各个种子公司相继育成一批单交种并迅速推广,取代了大部分双交种,成为生产上利用的主要类型。到20世纪70年代美国单交种和改良单交种占88.4%,三交种占10.4%,双交种占1.2%,而后全部为单交种。

  欧洲在20世纪50年代之前主要为农家种,50年代至80年代是欧洲玉米的转型期,当地农家种和杂交种均有种植,种植的杂交种不仅有双交种,而且有顶交种(由一个自交系或一个单交种和另一个品种杂交形成)和三交种。西班牙1928年育成欧洲第一个双交种,德国1965年育成第一个双交种。20世纪80年代初,欧洲开始选育和推广单交种,1990年以后欧洲大多数国家的玉米基本都是单交种。

 

  图5 美国玉米种质演变

  3.转基因育种。1996年美国孟山都公司推出了世界上第一个转基因玉米品种。据国际农业生物技术应用服务组织(ISAAA)统计,截至2021年3月,全球共有240个转基因玉米转化事件(利用现代生物技术手段,将外源基因转入玉米基因组中,获得能够稳定遗传且原有性状得到改良或被赋予新优良性状的转化体称转化事件)在34个国家或地区累计获得2090项用于粮食、饲料或种植的监管审批,主要由孟山都、先正达、杜邦、陶氏益农、拜尔、Genective S.A.、Renessen LLC、Stine Seed Farm Inc 等公司研发。涉及性状包括单一性状的抗虫、耐除草剂、品质改良和授粉控制系统,以及同时兼具多个改良性状的复合性状,如抗虫耐除草剂等。2019年,全球种植转基因玉米6090万公顷,经济效益超过70亿美元。

 

  图6 美国玉米发展阶段(单产水平)示意图

  (二)中国玉米的育种历程

  玉米自16世纪引入我国,约有500年左右的历史。前400多年里我国玉米品种主要推广引进开放授粉品种,结合自然选择和人工选择获得适应我国环境的农家品种。20世纪20—30年代我国开始玉米育种工作。

  1.启蒙与创建时期。新中国成立以前,为近代玉米育种启蒙时期。1937—1938年,在美国的蒋德麒和吴绍睽先后回国,带回了42个双交种和50多个自交系,由中央农业试验所主持分别在成都、贵阳、昆明、柳州等地进行比较试验,选出有利用价值的Wisc、696、Corne1 129-3等杂交种。从1939年起,原华北农事试验场开始从事地方品种改良,选出“华农1号”和“华农2号”两个品种,在华北部分地区推广种植。抗战期间,广西的范福仁、四川的张连桂、李先闻、杨允奎等都较为系统地开展了玉米自交系选育和杂交种组配试验,并育成了一些有利用价值的自交系和杂交种。1947—1949年,陈启文等在山东解放区进行玉米品比试验,从太行山区引进“金皇后”品种进行推广种植。总体上,因战争、经费不足和技术落后等因素导致育种工作进展缓慢,但为新中国玉米品种改良事业奠定了初步基础,其主要推广品种为综合种。

  2.品种间杂交种选育与应用时期。1949年12月,原农业部召开“全国农业工作会议”,玉米育种家吴绍骙作为特邀代表参加,在会上作了“利用杂交优势增进玉米产量”的发言,提出发展玉米生产和品种选育的当前和长远策略。原农业部采纳了此项建议,于1950年3月召开玉米工作座谈会,邀请科学家参会并制订《全国玉米改良计划(草案)》。这项计划确定采用简而易行的人工去雄选种增产措施和利用品种间杂交种来提高玉米产量。这个文件开创了我国在大面积玉米生产上改农家种为品种间杂交种的新时期。1955年4月,原农业部再次发出《关于加强玉米品种间杂交种试验研究和示范推广工作的通知》,要求农业科研机构和农场着手调查本地玉米优良品种,开展品种间杂交和选优推广。最早大面积应用于生产的品种间杂交种是陈启文在山东解放区主持育成的“坊杂2号”,1952 年在山东省推广面积达13.3 万公顷,比当地农家品种增产20—30%。之后,全国农业科研单位和农业院校相继育成玉米品种间杂交种400多个,在生产上广泛应用的有60多个,全国推广玉米品种间杂交种166.7万公顷。

  3.双交种的选育与应用时期。1957年2月,原农业部发布《关于进行玉米杂交育种工作的意见》,要求各地大力开展玉米自交系间杂交育种的研究。1958年12月,原农业部颁布《全国玉米杂交种繁殖推广工作试行方案》,统一规划全国的玉米育种、繁殖和推广工作。1960年2月,在山西省太原市召开的“全国玉米研究工作会议”上,原农业部提出《关于多快好省选育自交系间杂交种和四年普及自交系间杂交种的意见》。中国农业科学院玉米育种家刘泰、刘仲元等培育出的“春杂5号”“春杂12号”等8个玉米双交种先后在河北、山西、辽宁等省示范推广,增产显著。随后,北京农业大学李竞雄、郑长庚等人成功选育出10多个优良玉米双交种。其中“农大3号”“农大4号”和“农大7号”等双交种在河北、山西等地区示范,比当地品种增产30—50%。山东省农业科学研究所陈启文主持选育的双杂交种“双跃3号”“双跃4号”发展成为全国种植面积最大的玉米双杂交种之一。四川省农业科学研究所杨允奎主持选育的“双交1号”“双交4号”“双交7号”“矮双苞”“矮三交”等在四川省雅安、温江、乐山等地区种植,增产显著,迅速在生产上大面积推广。据中国农业科学院统计,20世纪50年代全国共育成玉米双杂交种50个,在生产上大面积推广应用的有17个,比品种间杂交种增产22—27%,比农家品种增产30—33%。特别是玉米双杂交种“双跃3号”,高产稳产,适应性广,遍植全国19个省(区),种植面积最多时达200万公顷。

  4.单交种的选育与应用时期。1965年河南新乡农业科学研究所育成了我国第一个单交种“新单1号”,产量得到大幅度提高,标志着我国玉米育种从以选育双交种为主, 向以选育单交种为主利用杂交优势的新阶段,单交种逐渐成为主导品种。20世纪70年代代表性品种为“新单1号”“中单2号”“郑单2号”和“白单4号”;80至90年代代表品种为“丹玉13”“吉单101”“东农248”“龙单13”“四单19”“农大60”“掖单13”“农大108”“鲁单50”等;21世纪初至今代表性品种为“郑单958”“浚单20”“中单909”“京科968”和“登海605”等,当前,我国单交种种植面积已占全部杂交种的98.6%。

  总之,近百年来我国玉米育种模式的发展大体经历了3个时期,即主要依赖表型观察,通过自交加代选育优秀自交系的传统经验育种;以杂种优势群体划分模式为基础,筛选高配合力亲本组合为核心的杂种优势育种;综合了单倍体育种、分子标记育种、转基因育种的现代生物工程育种。2018年初,美国康奈尔大学玉米遗传育种学家、美国科学院院士Edwards Buckler教授提出“育种4.0”的理念,未来育种将在基因编辑与合成生物学、基因组与生物信息学、大数据与人工智能等跨学科、多技术支撑下,实现作物新品种的智能、高效、定向培育,最终推动育种学从“艺术”到“科学”到“智能”的革命性转变。

 

  图7作物育种1.0-4.0(引自Edwards Buckler 2018)

  二、国内外现代玉米育种发展情况

  (一)国外发展情况

  1. 育种组织模式

  自上世纪70年代开始,随着国外植物品种保护等系列知识产权体系的建立和完善,激励了私营资本对种业科研的投入,逐步进入到以私营企业为主体从事新品种选育的育种组织模式。私营企业间通过兼并重组及生物技术的竞争应用,加速了育繁推一体化的种业集团崛起。1996—2018年,全球种业发生大约400起并购与重组,发展成以技术集约型、资本密集型、市场垄断型、竞争全球化的少数几家超大型跨国种业企业。2018年,拜耳收购孟山都,陶氏杜邦合并后拆分重组科迪华农业科技,中国化工收购先正达,巴斯夫全盘接手拜耳原有种子业务,形成了国际上4大种业巨头,行业市场集中度进一步提高。这些跨国种业巨头无一不把玉米育种作为公司的核心业务,通过构建具有流水线、模块式、网络化的商业化育种流程,持续提升育种效率与竞争实力(图8)。与此同时,原美国农业部所属试验站体系公共机构逐步转向玉米基础和公益研究领域,主要从事玉米种质资源收集保护、种质扩增及鉴定等基础性工作;以依阿华州立大学、康奈尔大学、冷泉港实验室等大学或科研机构重点从事玉米遗传育种方法、基因及基因组学等玉米育种相关基础理论的研究。

 

  图8 国外玉米商业化育种管理模式 (引自曹靖生、智种网等,2017) 

  2.关键核心技术 

  一是杂种优势群利用与种质改良。在玉米育种技术方面,以杂种优势利用为核心的种质改良始终是玉米商业化育种的基石。美国等发达国家玉米商业化育种起步早,在种质改良过程中,为了简化种质资源分类和形成自己的种质特色,长期按照母本群(SS群)和父本群(NSS群)进行分类改良,坚持群内循环选系,群间组配杂交种,不断累积种质优良等位基因频率,持续获得稳定的遗传增益,奠定了美国玉米育种长期领先世界的基石和种质基础(图9)。目前,美国玉米种质在耐密、抗倒、抗逆和宜机收方面表现突出,新品种试验密度可高达15000株/亩,综合反映出美国玉米种质在抗逆、耐密、高产上的优良性状和长期持续改良的累积效益(图10) 

 

  图9杂种优势群利用与种质改良模式

  (引自Cooper Mark,et al, 2014; 董占山 等,2015)

 

  图10美国玉米品种的高密度试验鉴定

  二是生物高新技术应用。以优良种质为基础,广泛应用以现代生物技术手段为主体的高新生物技术,是提高选育效率、增加特殊性状和缩短育种周期的关键措施。1996年以后,以转基因技术应用为标志,其中抗虫+耐除草剂复合性状玉米品种推出并得到快速发展,占转基因性状的80%以上,到2019年美国种植转基因玉米3714万公顷,种植比例高达92%。分子标记、双单倍体、智能化雄性不育技术等现代高新生物技术的应用,进一步促进了传统玉米育种朝精准化和工程化方向发展。

  在分子标记选择方面,大型跨国企业如科迪华、拜耳等在育种流程中已经成熟应用分子标记和全基因组选择方法提高基因型选择效率,并配套研发了高通量、全自动、无损伤的单粒种子基因型鉴定技术设备。玉米单倍体育种技术,与传统的二环选系方法需要7-8世代自交纯化相比,可以将育种材料仅经过1-2世代即可实现遗传纯合,形成可以在育种和生产上利用的纯系,大大加快了育种进程。美国原杜邦-先锋公司创制的新型雄性不育制种技术,成功解决了细胞核雄性不育系的保持问题,并同时解决了雄性不育种子的自动化分捡,突破了传统细胞质雄性不育利用制种的局限。在基因编辑技术研发应用上,2016年美国杜邦先锋公司培育了全球首款定向编辑的商业化的杂交糯玉米品种,标志着玉米生物技术育种进入了新的发展阶段。

  3.玉米育种前沿基础理论

  育种基础理论创新是驱动玉米育种技术进步的源泉。随着以基因组为核心的多重生物组学不断深入,高通量基因型鉴定技术与分析方法的发展,以及合成生物等前沿学科的兴起,在玉米重要性状形成的关键功能基因及分子机理研究上不断取得突破。2009年以美国依阿华州立大学和冷泉港实验室等主导发布了以自交系B73为背景的首个玉米参考基因组(图11),到现在已经更新到第五版。随着高通量测序技术的快速发展,目前超过25个材料的全基因组数据被陆续报道并释放。基于B73参考基因组信息,以康奈尔大学为首的实验室已经对数千个玉米自交系进行了重测序,丰富了玉米序列和结构变异信息。这些基因组信息将会极大地促进玉米遗传多样性、遗传变异和表型变异的关联和玉米改良的研究,奠定了玉米功能基因组研究的平台,加速了对涉及玉米产量、农艺、抗病和耐非生物胁迫等功能基因克隆及其分子机理的研究,推动玉米全基因组选择、单核苷酸多态性(SNP)育种芯片等分子育种方法与技术进步。

 

  图11 2009年发布第一版玉米B73参考基因组

  (二)国内发展情况

  1.品种创新能力显著增强,有力保障了我国粮食安全。改革开放以来,我国玉米育种工作蓬勃发展,在新品种选育、资源创新、基础理论及关键技术方面均取得了长足发展。“十二五”以来,全国审定玉米品种7915个,占5种主要农作物(稻、小麦、玉米、棉花、大豆)审定品种总数(16769个)的47.2%,满足了我国玉米生产不同阶段的需要。近年来,以“郑单958”“京科968”“登海605”等一批自主培育的主导品种大面积推广应用,使我国玉米单产从20世纪80年代初期的205公斤/亩,增加到2019年的421公斤/亩,给玉米产业持续发展夯实了根基。2019年,我国玉米种植面积6.2亿亩,产量2.6亿吨,自主选育品种种植面积达到90%以上,为国家粮食安全做出了重要贡献。目前,玉米品种选育正从稀植、高秆、大穗型向多抗、高产、耐密、广适、宜机收方向发展,以“京农科728”为代表的宜机收新品种正在加速推广。

  2.精准鉴定和创制一批优良育种资源,奠定新一轮品种选育的物质基础。依托国家玉米良种联合攻关、有关重大项目和平台,组织开展了抗病抗逆、适宜机收等绿色性状的规模化精准鉴定,鉴定一批优异种质并共享发放了5000余份次,为解决种质资源短缺、拓宽我国玉米育种的种质基础提供了有力支撑。国家玉米产业技术体系长期致力于以循环选系为主线,性状与配合力测试为手段的玉米前育种技术系统,多年来持续开展种质改良与创新,并创制一批高配合力优良新材料,通过在体系内外的共享与利用,有效支撑了我国玉米育种发展的需要。

  3.玉米前沿基础和核心技术取得重大进展,显著提升原始创新能力。我国科学家牵头组织对玉米自交系Mo17、SK、mexicana和黄早四进行基因组测序与组装,分析其基因组变异特征,其中Mo17和SK组装质量较高,成为国际上玉米基因组研究的代表。挖掘出一批控制产量、株型、抗病、抗旱等重要性状的关键基因(表1),解析了其基因功能及相关性状形成的分子机制,促进了玉米品种改良方法和理论进步。

  在现代育种核心技术创新与应用方面,近年来突破了单倍体、基因编辑、转基因、全基因组选择等关键育种技术瓶颈,极大地提升了我国玉米育种创新能力。其中单倍体技术先后突破高效诱导、精准鉴别和高效加倍三大关键技术环节,促进了单倍体玉米工程化育种发展,成为当前应用的主要技术手段。开发出以SNP差异为基础的第三代分子标记SNP育种芯片等,大幅提升基因型分型效率;构建了混合线性模型、机器学习模型等,加速全基因组选择技术及关键性状的分子标记选择及改良技术在玉米育种中的应用。搭建了涵盖基因克隆、遗传转化、品种培育、安全评价等全链条的转基因技术体系。以CRISPR/Cas9为代表的基因组编辑技术已成为我国玉米育种技术的创新热点,其中构建的含有玉米减数分裂特异基因启动子的新基因编辑载体系统,能定点突变创制高效孤雌生殖单倍体诱导系,并创制出以甜糯复合型鲜食玉米为代表的系列新种质。

  表1 近年来我国克隆的部分玉米重要性状基因

 

  三、问题与差距

  从整体上看,我国玉米种业与美国等发达国家相比差距仍然很大。

  (一)科技创新组织模式尚需完善。长期以来,我国玉米育种科技创新主要由科研院校承担,大多数企业以种子经营示范推广为主,创新基础和力量较为薄弱。近年来大型种企加大了研发投入,育种实力有所增强,但总体看与科研单位和大学相比仍存在较大差距。另一方面,由于受原有科研机构设置影响,内部育种单元过小、力量分散,难以形成合力;玉米种质资源少有交流共享,低水平重复多,整体上降低了育种效率。在种业企业的研发模式多数也仍以育种家经验为主全程选育,与跨国公司规模化、程序化的组织方式相比效率低,核心竞争力不足。

  (二)种质资源基础研究不足,原创突破性种质缺乏。玉米种质资源绝大多数处于保种状态,重要农艺性状精准鉴定尚处起步阶段,资源多样性与演化规律解析需进一步深入,重大应用价值的自主基因挖掘和利用不够,导致种质资源对育种研究支撑作用弱,创新乏力。原创突破性种质缺乏,生产用种遗传多样性下降。

  (三)关键育种技术研发与集成应用亟待加强。一是核心技术原创性不足。2013—2018年期间,美国申请玉米育种技术专利5841件,占本领域专利申请总量的50%以上,我国以1499件排名第二,尚有较大差距。二是现代育种技术集成应用少,玉米育种仍以常规技术为主。以全基因组选择、人工智能设计育种为代表的现代玉米育种生物技术在我国尚处于实验研发阶段,美国等发达国家已进入产业化应用或产业化前期准备阶段。育种大数据分析、信息化以及相关系统开发与应用不够,育种芯片设计与制备系统等缺乏,难以为玉米新品种选育所利用。

  (四)突破性品种缺乏,难以满足玉米高质量发展需求。全球玉米品种研发多呈现以产量为基础,应用现代育种技术快速培育绿色高效、适宜机械化品种。我国玉米突破性品种缺乏,平均单产低、生产成本高,竞争力不强。近20年间(2003—2019年),我国玉米平均单产稳步提高,达到421公斤/亩,比世界平均单产高7.8%。但美国玉米单产较我国高约40%,欧盟较我国高约20%。当前我国育成的玉米品种多,但突破性品种少,不能满足高质量发展和市场多元化消费需求,特别是长期以来单纯注重以产量为育种目标导致了适宜机收、资源高效利用和优质功能营养型品种和专特用品种缺乏。

  四、“十四五”发展方向

  “十四五”期间,应强化玉米种源基础研究、核心育种技术自主研发、优异种质创新与新品种培育,融合推进玉米种业高质量发展。

  (一)构建有中国特色的玉米种业创新体系。一是强化科研院校创新优势,重点开展玉米育种理论、共性技术、种质资源保护与挖掘、种质创新等基础性研究,以及前沿高技术研发,着力提升种业基础性公益性服务能力和水平。二是依托优势种业集团化、商业化育种模式,在多学科融合的驱动下,打造一体化、服务体系专业化资源,促进种业科技创新和产业发展形成良性循环,提升产业链协同发展能力。三是大幅稳定增加研发投入,全面提高玉米种业发展水平。支持玉米种业基地平台建设;支持玉米生物育种科技重大项目实施;加大国家玉米良种联合攻关的实施力度;充分发挥国家玉米产业技术体系作用,加强种源关键技术创新、优异种质创制和良种研发。

  (二)强化种质资源挖掘与创新。加强种质资源的收集、保护和鉴定工作,建立现代化的种质资源保护设施和场圃,建设高通量、规模化表型及基因型鉴定平台,丰富玉米种质资源遗传多样性。“十四五”期间,构建玉米种质资源基因型和表型精准鉴定体系,规模化发掘优异基因和携带优异基因的种质,研究优异新种质多基因叠加聚合技术,以适宜机械化、优质化、绿色化为选育目标,创制综合性状优良、育种利用价值高的突破性新种质。

  (三)突破玉米关键核心育种技术。强化核心育种技术的自主研发能力,加强现代生物育种技术与传统育种技术紧密结合。“十四五”期间,突破基因编辑、全基因组选择、基因组智能设计等前沿育种技术研发瓶颈,优化完善单倍体育种、高效遗传转化等关键技术,集成构建玉米精准设计育种技术体系,持续推动传统育种技术的改造升级,实现育种精准化、高效化和规模化。针对新时期玉米产业发展战略需求,强化遗传育种从“0到1”的原创基础研究,攻克玉米种质资源形成与演化规律、重要性状形成的分子基础等重大科学问题,揭示杂种优势形成、复杂性状形成与环境适应性等机理,为科技创新提供源头动力。

  (四)加快培育新一代重大应用前景的新品种。培育高产、高效、绿色、宜机、优质专用玉米新品种,提升我国玉米种业和生产竞争能力。基于单倍体、分子标记辅助育种等技术快速创制玉米新种质和自交系,优化杂优模式、研发强优势杂交种,进一步挖掘玉米增产潜力。继续强化玉米良种联合攻关等实施,根据不同产区技术和市场需求,以适应机械化(籽粒低含水量、低倒伏率和低破损率)、绿色化(节肥节水节药、抗旱、抗病虫、养分高效)、优质化(高饲料利用率、高加工利用率和高功能性营养品质)为主攻目标,培育高产优质、多抗广适和适应全程机械化作业的新一代高产抗逆宜机收新品种,实现新一轮品种更新换代,提升我国玉米综合竞争力。

  (五)大力培育世界一流玉米种子企业。重点加强种业政策创新,围绕企业做大做强、做专做精,在财政、金融、税收、投资等方面,研究出台含金量更高的政策措施;深化科企合作,推动建立更加紧密的具有强约束力的利益联结新机制,大力发展科企融合的创新联合体和新型研发机构;鼓励企业联合成立公益性产业创新研究院,推进科技资源整合和产学研深度合作;充分发挥政府和市场多方力量,营造优良企业文化,完善现代企业制度,弘扬企业家精神,打造现代玉米种业企业。坚持育繁推一体化发展方向,加快打造国家玉米种业航母。同时立足资源禀赋和自身优势,打造具有科技内涵、技术专长、独特模式等核心竞争力的区域性、特色专业型种业企业。

  (六)切实强化知识产权保护和市场监管。继续加大对玉米品种权、专利权、商标权、著作权等种业相关知识产权的普及、宣传、培训力度,切实增强产权自我保护意识,引导和鼓励知识产权所有人通过司法途径进行维权。推进《植物新品种保护条例》修订,建立玉米实质性派生品种制度,破解维权举证难题,提升品种权保护水平。加强品种标准样品管理,杜绝“一品多样”“一品多名”,为市场监管提供支撑。