种业科技创新与粮食生产关系探讨

孙振

（山西省农业科学院，山西 太原 030001）

种业科技创新与粮食生产关系探讨

孙振

（山西省农业科学院，山西 太原 030001）

概括了国内外粮食生产的特点，统计分析了山西省粮食生产不同历史阶段的科技贡献率，查证了山西省不同历史阶段种业标志性成果的产生原因，证明国内外粮食总产提高的主要因素是单位面积产量的提高，而单产提高与各历史阶段突破性种业科技成果关系密切，种业创新有赖于特异种质资源的创制利用和选育技术创新，现阶段品种对山西省粮食单产提高的贡献率为39.75%。

种业科技；粮食生产；关系

粮食是人类赖以生存的最基本生活资料，是特殊商品和重要的战略物资，是经济发展、社会稳定和国家安全的基础。生物种业服务于粮食生产，是国家战略性、基础性产业，是促进农业长期稳定、保障国家粮食安全的根本。因此，农业育种创新、新品种选育是支撑种业可持续发展的核心。

我国是农业大国和用种大国，大力强化我国的种业科技创新，提升自主产权种子的国际竞争力，对于保障国家粮食持续丰收和农产品有效供给、促进农民增收及社会稳定发展具有重要意义。

1 国内外粮食生产特点

1.1 世界谷物生产情况

据联合国粮农组织统计，1961年世界谷物的播种面积是6.48万亿hm2，2010年世界谷物的播种面积是6.15万亿hm2，面积减少了5%，而谷物总产量却从1961年的8.77亿t提高到2010年的22.39亿t，纯增加了13.62亿t，增量是1961年的1.55倍。剔除谷物播种面积阶段性波动对粮食总产量的影响，与谷物总产量增加最密切的关系因子是单位面积产量的增加，二者相应变化表现出高度的一致性。

分析世界粮食单产提高的因素，19世纪德国杰出化学家李比西的植物养分归还论与最小养分率及李勃夏的最适因子学说等理论的建立，对植物营养与农作物科学施肥起到了重大指导作用，并带动了农业化学工业的革命；1842年化学磷肥的发现，1955年化学钾肥的发现及1903年化学合成氮肥的试验成功，都对农业化学肥料的发展应用及单位面积粮食的增产起到了重要推动作用。但由于受工业化的限制及成本的加大，当时品种不适应，如增加氮肥，晚熟、倒伏品质下降等，导致谷物生长外部复杂环境条件个别因素的改变。

进入20世纪60年代，墨西哥小麦和IR8水稻，导致了第一次“绿色革命”在小麦、水稻高产国的兴起和发展。1962年，布劳格培育的第一批墨西哥半矮秆、抗锈病小麦新材料、育出的新品种首先在墨西哥推广，每667 m2产量由之前的100 kg提高到400 kg，增长了3倍多，很快扭转了长期缺粮的局面，使墨西哥从一个粮食进口国变为出口国。

国际水稻研究所用高秆水稻与台湾矮秆稻杂交，获得了具有矮秆、秆硬、分蘖力强、抗逆性强等特点的新品种IR8，在各地试种都取得创纪录的高产。1918年创造玉米双杂交种方法，1921年培育出第一代杂交玉米，19世纪30年代开始大面积推广，玉米杂交种的推广种植使玉米产量提高了5倍。19世纪50年代，美国获得了高粱雄性不育系，并完成了“三系”配套，杂交高粱的推广使单产大幅度提高，由起初的80 kg提高到253 kg。世界谷物生产特征告诉我们：农作物新种质创新选育、新品种选育应用推广是促进粮食产量增长最有效的途径。

1.2 中国粮食生产情况

1949—2011年我国粮食生产的特征是，粮食产量和消费基本保持同步增长，粮食安全总体状况得到了极大的改善，粮食总产的提高同世界谷物生产特点一致，同样是来源于单产的提高。

我国的粮食播种面积在1949—2011年有小幅度减少的情况下，粮食总产却从1949年的1 132亿kg提高到2011年的5 712亿kg，同期人口数量由5.4亿增长到13.45亿，人均占有粮食由1949年的209 kg提高到2011年的426 kg，粮食单产从1949年的68.6 kg提高到2011年的344 kg。同期相比，总产和单产均增加了4倍，人口和人均占有粮食分别增加到2.49倍和2.04倍。

我国粮食单产持续性提高的因素，依据农业部副部长、中国农科院院长、中科院院士李家祥的研究，可分为3个阶段：“20世纪初至70年代，主要依靠抗病育种和矮秆品种选育等措施，提高作物耐高水肥特性，推动粮食单产从不足70 kg提高到150 kg以上；70年代至90年代，主要依靠杂种优势利用和细胞工程育种技术，推动粮食单产从150 kg提高到300 kg；90年代以来，主要依靠常规技术与生物技术相结合的育种手段，推动粮食单产从300 kg提高到344 kg左右。近年来，我国品种选育推广水平稳步提升，良种增收能力显著增强，良种对粮食增产的贡献率超过了40%。”

1.3 山西粮食生产情况

分析山西省20世纪60年代以来各年代的平均总人口和粮食总产量，单产情况见表1。

山西是全国的煤炭能源基地，总人口从1949年的1 280.9万人，增加到2010年的3 571万人，增加了2 290.1万人，为1949年人口的2.79倍。总耕地面积从1949年的415.696万hm2，到2010年的407.095万hm2，降幅为2.07%，基本持平。但粮食作物播种面积大幅度减少，20世纪60年代，年平均粮食播种面积为412.025万hm2，到21世纪第一个10年，年平均粮食播种面积为304.77万hm2，减少107.255万hm2，减少26.05%，粮食总产由60年代年平均39.171亿kg，增加到21世纪第一个10年的平均98.029亿kg，平均年净增长58.858亿kg，是60年代年平均的2.5倍。单产由60年代年平均产量62 kg，增加到21世纪第一个10年年平均的214.84 kg，是60年代平均的3.47倍。山西的主要粮食作物小麦、玉米单产分别从60年代年均产量53.65 kg和117.455 kg，增加到21世纪第一个10年年均产的213.507 kg和313.20 kg，分别增加了3.98倍和2.67倍。可以说，山西省小麦、玉米单产的提高是该省粮食稳定提高的基础。山西省不同年代粮食单产增幅见表2。

20世纪60年代与解放初传统农业相比，技术应用的标识是农家种选优，推广防病虫技术；70年代与60年代相比，重点是引进外地良种和示范推广化学肥料；80年代示范推广人工杂交选育品种（细胞育种工程）及杂交种的示范应用、化学肥料的普及应用；90年代在换新品种的基础上，主要是家庭联产承包责任制的土地改革和地膜覆盖应用；20世纪最后10年和21世纪第一个10年，重点是种植业产业结构的调整、杂交玉米面积增加、杂交选育技术提升和新品种的普及推广。

从表2可以看出，不同历史年代所推广应用的标志性技术都对粮食单产的提高有明显的促进作用，推广应用化学肥料及实行家庭联产承包责任制对提高粮食单产的促进作用是巨大的，但所起的作用是相对有限的，而推广优良品种、促进粮食单产提高的作用是相对动态渐进发展的，是随着育种水平的提升而提高的。

20世纪60年代，以农家种提纯选优为主要标志技术，相对解放初粮食单产基础低，提高幅度大，贡献率是34.78%；而70年代以引进外地良种和推广化学肥料为主要标志技术，相对60年代粮食单产提高25.24%，如将25.24%都归为化学肥料的贡献，则70年代相对解放初单产提高67.39%。由此得出：农作物品种提纯选优和引进外地品种所产生的贡献应是67.39%-25.24%= 42.15%，即相对60年代引进外地良种提高单产的贡献是4.36%。

20世纪80年代是农业科技大跃进年代，已大面积示范推广人工杂交选育品种且玉米杂交种应用、化学肥料应用得到全面普及。相对70年代粮食单产提高了61.43%，推广优种与化肥对粮食单产的贡献按1∶25的份额计算，化肥的贡献率为40.96%，品种贡献在原基础上提高20.48%，则80年代相对60年代粮食单产提高幅度达102.18%，去除化肥的贡献，品种贡献为102.18% -40.96%=61.22%，相对70年代，品种的贡献为61.22%-42.14%=19.08%，即80年代细胞工程育种示范推广初见成效。

90年代更新品种，生产经营体制改变成为家庭联产承包责任制，极大地调动了中国农民的热情。不同年代化学地膜的推广应用都对粮食单产提高起到了极大的推动作用，90年代相比80年代粮食单产提高了33.19%，这33.19%的贡献，责任制、推广应用新品种和推广覆盖地膜技术三分天下，即90年代品种对粮食单产的贡献率为11.06%，90年代相对70年代推广杂交选育品种和杂种优势利用所产生的贡献为115.0%-22.13%（责任制、地膜）-40.96%（化肥）=51.91%。

20世纪到21世纪初的10年，品种优化杂交种玉米面积扩大，相对90年代粮食单产提高了28.69%，可以说主要是品种的贡献，相对70年代开始推广人工杂交选育品种及杂种优势利用，对粮食单产的贡献则为11.06%+28.69%=39.75%，即山西省现阶段品种对粮食单产提高的贡献率为39.75%，与全国平均水平基本相持平。

2 山西不同年代标志性成果分析

2.1 晋杂5号、4号、1号杂交高粱

1960—1975年，山西省农科院牛天堂等人运用聚合杂交技术研究高粱形态学性状与籽粒产量的相关性、植株高度遗传规律和“三系”遗传关系，发现了不同地理生态类型基因型之间的杂交F1代的杂种优势差异显著。

据此研发出了高产、稳产、构形最佳的组合模式，选出的晋粱5号、晋辐1号恢复系成为我国高粱杂交种两大主干体系，由之选配育成审定的品种晋杂号、冀杂号、沈杂号、铁杂号、辽杂号等各类品种系20多个，其中晋杂5号、4号、1号3个“二矮”型高产抗倒伏品种，截至1977年在全国累计推广面积710万hm2，增产粮食65亿kg，为全国高粱单产由1965年的77 kg提高到1977年的150.7 kg作出了重大贡献，此项目1978年获全国科学大会奖。晋杂5号和晋辐1号恢复系1979年均获山西省科技进步一等奖，1991年获国家发明三等奖。

2.2 晋谷1号、2号

1957—1978年，山西省农科院谷子研究所谷子课题组从谷子农家品种沁源高秆白母鸡嘴中连续定向混选，选出了对光温反应不敏感、适应性强、产量比农家品种显著提高的“长农1号”，后定名为“晋谷1号”谷子新品种。

用长农1号作母本，高秆红作父本，经多代选育出“晋谷2号”，特点是对光反应迟钝、抗旱，较晋谷1号增产10%以上，1978年在晋东南地区年播种面积5万hm2，在全国推广面积超过6.67万hm2。不同地区育种单位以该品种作亲本，在全国审定了一批好的品种，1978年获全国科学大会奖。

2.3 金0-3玉米自交系

1962—1965年，山西省农科院玉米研究所董存吉等人用金皇后作基本材料，进行套装自交分离选育，选出的“金0-3”玉米自交系幼苗长势较弱，第一叶片长圆形，成株期植株健壮、长势强，叶片短、直立、株型紧凑，高抗斑病，适应性广，综合性状优良，配合力高。

用其作父本先后育成忻黄单9号、17号、22号等8个优良品种，1977年统计全省推广面积20万hm2，在全国推广面积66.67万hm2，晋单8号、5号、9号被国外所利用，可以认为这是我国较早开展玉米耐密株型育种的项目。1978年获全国科学大会奖后选育出的矮紧凑型晋单27号，1991年获山西省科技进步一等奖。

2.4 六倍体皮、裸燕麦中间杂交及其在裸燕麦新品种选育中的应用

1969—1990年，山西省农科院高寒所李成雄等人开展皮裸燕麦杂交育种，发现皮裸燕麦杂种F1代是混合遗传，F1裸粒型分布与幼穗分化规律完全吻合，并证明与N2、N3两个修饰基因有关；早代籽粒出现外稃中助为革质，两侧为膜质，这类籽粒中相当多数随着世代的增加革质部分逐渐膜质化，直至最后成为裸粒型，推断出裸性遗传存在累加基因成分。

利用这个特点，在育种技术上创造了连续单株粒选法，由此方法选出审定的9个品种，年推广面积8.37万hm2，1990年获山西省科技进步一等奖，1992年获国家科技进步二等奖。

2.5 优质谷子晋谷21号的选育及其应用

1972—1991年，山西省农科院经济作物所陈瑛等人利用钴60r射线照射晋汾52号干种子，测试分析辐射处理选育后代的营养品质，筛选优质高产的品种在全国不同生态区适应性鉴定，选育出了优质、高产、适应性广的谷子新品种晋谷21号，在山西省内外累计推广超过400万hm2，由之创造出的市场新品牌——汾州香、延安香、金穗香、古县金米、深山贡米等十几个品种创造社会经济效益20亿元以上，用其作亲本先后筛选出晋谷29号、汾选3号等多个谷子新品种，1992年获山西省科技进步一等奖，1996年获国家科技进步三等奖。

2.6 抗旱高产优质旱地小麦晋麦47号的选育与推广

1985—1995年，山西省农科院棉花研究所董梦雄等人，采用广配组合、多选穗系、系列品种群比较选育、多生态点测产、超精量播种快繁等技术，选育出的旱地小麦晋麦47号，1995—2000年在晋、冀、鲁、豫、秦累计推广种植248.03万hm2，1998年获山西省科技进步一等奖，2001年获国家科技进步二等奖。

2.7 抗旱优质高产小麦晋麦63号、长6878

山西省农科院谷子研究所孙美荣等人，运用渐进杂交法选配组合将不同生态区种质基因杂交融合，选择途径应用水旱交叉选育法，让杂种后代基因型的潜在遗传特性在自然选择、人工选择和定向培育中充分表达，为旱地小麦抗旱、高产、稳产育种目标有机结合探索出了一种新方法，选育出的晋麦63号达到国家优质弱筋专用小麦品种标准。

2001年在山西省年推广面积为12.63万hm2，累计推广面积达39.55万hm2，2001年获山西省科技进步一等奖；选育出的长6878是2002年国家小麦区试年会上推荐的全国表现最突出的4个优质高产品种之一，2004年获“十五”国家农作物新品种“后补助奖”，到2005年该品种在山西、甘肃、陕西、宁夏等省累计推广55.267万hm2，共增产小麦2.86亿kg，是国家和山西省旱地区试多年的对照品种，2005年获山西省科学技术进步一等奖。

2.8 强盛系列玉米品种选育推广

1994年以来，尚春树等人立足山西、面向全国，采用相象组配创新亲本选择、常规杂交组合，杂交组配了1 000多份玉米杂交组合。在全国不同生态区设置100个选种点进行品种鉴定选择，先后共审定玉米新品种31个，其中国审品种6个，有15个玉米品种获国家植物新品种权证书。强盛42号、31号、1号均获山西省科技进步一等奖。

强盛42号2001—2003年在全国18个省市（区）累计推广面积为121.53万hm2，创社会效益11.59亿元；强盛31号2003—2008年在山西省内外累计推广为216.73万 hm2，创社会效益 20.68亿元；强盛 1号2004—2010年在山西省内外累计推广233.33万hm2，创社会效益33亿元。这些品种适应性广、稳产，最高产量均超过1 000 kg，把山西省玉米育种水平推上了一个历史发展的新阶段。

2.9 大丰系列玉米品种选育

1994年以来，郭国亮等人实行育繁推一体化发展模式，对不同类群种质分类聚合杂交、扩增改良创新，合成了对光反应迟钝型P群体种质，并将抗旱、抗病、脱水快、配合力高集聚在核心种质内，将热带种质特性与抗旱、抗倒、抗病聚集，通过耐密株型育种，高密度选择压力下多点测产鉴定，先后审定11个玉米新品种，推广应用10多个省市（区），其中选出的大丰26号在山西中晚熟高密组区试，比对照品种先玉335增产51.6 kg，增产6.1%，同时克服了先玉335不抗大、小玉米斑病，矮花叶病缺点，2009年审定，2010年已在山西省内外示范推广32.28万hm2，2011年获山西省科技进步一等奖。

2.10 “临汾5064”小麦核心亲本创制应用

山西小麦所采用小麦与偃麦属间远缘杂交，冬春麦地理生态远缘杂交历时18年的聚合杂交选育，选出“临汾5064”，被农业部及同行认定为中国北方麦区三大优质核心亲本之一。该亲本综合性状优良，抗黄矮病和锈病，抗冻能力达2级，多花多粒，配合力强。山西小麦所以之作亲本选出的临优145小麦品种2006年获山西省科技进步一等奖；山东农科院利用该亲本选育出的济南17号、济南19号推广面积超过670万hm2，分别获国家科技进步二等奖和山东省科技进步二等奖，山东、北京、天津、山西利用该亲本共选出审定品种13个，至2008年在全国推广面积1 330万hm2，与中国农科院合作2009年获国家科技进步一等奖。

山西省不同年代标志性作物育种成就表明：种业科学是以生命科学等为基础的应用科学，主要研究作物遗传和变异的现象和本质，揭示其内在规律。种业技术进步有赖于种业科学的发展，科学和技术互相依托、紧密相连，即突破性育种成就有赖于特异种质资源的创制利用和选育技术创新。

3 种业科技创新工作讨论

3.1 种业科技创新需要稳定的学科团队

农作物育种是一项长期性的系统工作，是科学与技术相结合的艺术性产物，新品种应用于生产实际是自然科学与社会科学相结合，即科学技术与市场、社会组织相互协调、相互作用的过程，也是学科团队组织管理、组织体系创新的过程。

育种科技人员需要对育种的基本理论知识、技能、方法、生产现状和国内外动态都要有清晰的认识和掌握，简称“五基功能”；对自己所从事的育种项目，要求对育种基础材料有不同层面的认识和了解升华，从个别的表现型认识上升到表现型和遗传型相统一，整体性和规律性认识相一致，将科学、技术、应用3个层次的研究进行合理设置与安排，使理论与实际相联系，通过育种者主动地、有目的地在实践中反复比较、鉴别、分析、综合，才能将育种过程中有价值的初步感性认识提升到理论认识，这是育种技术体系创造的灵魂、科学知识和成果创新的源泉，也是每个育种工作者终身需要认真学习积淀的宝贵精神财富。

3.2 种业科技创新需要稳定的经费支持

稳定的管理政策和经费支持是科技创新的土壤和血液。国外的经验证明，稳定性经费支持占研发经费的70%，竞争性经费30%投资效率最高。美国先锋公司育种科研年投入达2亿美元，诺化公司平均年投入科研经费达3.7亿美元。道理很简单，新品种是支撑粮食丰产的主导因子，企业服务、市场需求和新品种是种子企业生存的根本。要想在激烈的国际竞争中站稳脚跟、有所发展，必须重视种业科技创新。

3.3 种业科技创新需要稳定的绩效评价体系

爱因斯坦说：“感情和愿望是人类一切努力和创造背后的动力。”要使育种工作者全身心融入对育种材料的认识鉴定和品种的培育上，不仅要给创新团队展现自我的自主空间，还需要建立持续稳定的公开、公正、公平绩效评价体系，因为有“自主”才有自强，有自强才有创新。

要让他们的研究目标与相关农业区域产业需求相统一，与该区域的种子经营部门合作建立相对稳定的成果转化交易平台；让他们的人格得到社会尊重；让他们的学识技能有所发挥，对外合作交流有畅通渠道和平台；让他们的付出有适当的回报；让他们的科研成果知识产权有所保护。这样在中国的不同地域、不同生态环境生活的农民都会应用到最适合的优种，享受到最“酷”的技术帮助，社会市场上的优质农产品供给保障能力才会越来越强。

1005-2690（2014）03-0033-05

F324.6

A

2014-01-21

孙振（1955-），男，山西大同人，学士，研究员，主要从事农作物育种与栽培、农业科研管理等方面工作。