现代育种理论的技术路线及改良与创新实践

张世煌 刘文国

现代育种理论的技术路线及改良与创新实践

张世煌 刘文国

现实状况不乐观

有人说，90%以上的育种者并没搞明白商业育种理论，即使取得一些成绩的育种者，也是盲目育种。这句话令人震惊。我们在各地考察省级农科院和一些企业时发现，品种试验多数是拿来跨国公司的品种和自交系稍加改良，育成的品种互相雷同。

宣传成功的品种固然重要，但面向未来，许多成功的经验通常不可复制或者育种者自己也说不清来龙去脉，甚至归纳不出创新点。且不说还有一些看不见的因素，倒是一些干了半辈子育种，到头来却发现走了弯路和付出沉重代价却基本失败，需要推倒重来的那些育种教训更值得关注。要善于发现有理论价值的反面教训，并检验正面经验是否有普遍性。育种的成功率极低，通常以十万分之一计，因此绝不要忽略失败案例所提供的有用信息。

盲目性表现在对育种材料认识不清方面。许多育种者只会选高产组合，没有分析大多数组合为什么失败，当然也就不知道高产组合为什么高产和产量与环境的关系，不可能归纳出选育优良自交系和高产抗逆组合的规律，更抽象不出靠谱的理论，选二环系就会很盲目。

我们看到，能够接受现代育种理论和技术路线的专家教授并不多，基层的某些混乱思想尚需清理。企业不要过高估计自己的育种能力，包括一些上市大公司。青年人则要把理论知识落实到种质扩增、改良与创新实践上来。

育种的本质是搞好关系

种质关系不能乱。通常只有合适的材料反式杂交，才容易得到高产组合。相反，合适的材料顺式杂交，适宜选二环系。这就要求育种者把种质之间的关系梳理清楚。育种者不但要研究配出高产组合的自交系，还要研究优良自交系在低产组合的表现。通过各类自交系之间的团伙关系，抓住规律（GCA和SCA），才能抽象出理论性和指导性的结论，为设计育种奠定基础。

作物杂种优势利用技术在世界各地得到普及，玉米产量水平迅速提高。随着种质改良，杂种优势的强与弱对产量增益越来越不重要。重要的是搞清楚自交系之间的配合力关系，并以配合力为核心，改良种质和种质群，提高有利等位基因频率，这是商业育种流程（pipeline）管理的理论和实践基础。

产量是重要的育种目标，没有一个育种者是根据杂种优势强度选育品种。衡量自交系，关键是产量配合力；配合力就是种质之间的关系，其本质是方向（正或负）。

杂种优势的原理至今说不清道不明，但这不影响育种实践；而自交系之间的配合力能准确地反映育种材料之间的遗传关系，是能够说清楚，能够把握，也必须把握的！

从配合力角度看，杂种优势群就是育种材料之间的“团伙”关系。从实践角度，育种者须把各类种质材料归纳为父本群和母本群，也就是育种材料的方向性，依据就是特殊配合力。

育种者要关注两种关系：一种是某自交系与很多其他自交系之间的关系，被定义为一般配合力（GCA）；还有一种是成对自交系之间（特定组合）的关系，定义为特殊配合力（SCA）。研究种质资源，选育自交系和杂交种组合须搞清楚这两种关系，目的是筛选和发现恰当的配对者。

许多育种者不选育自交系，充其量对别人的自交系稍作改良，施行“模仿”或剽窃育种。他们不需要理解杂种优势群和模式，不需要深刻理解配合力概念，也不考虑G×E效应。忽略了很多因素，使“模仿”出的品种无法超越原品种，甚至倒退。建议以后抄袭、剽窃或模仿育种的时候，不要忽略了逆境筛选，更不要在原品种的基础上向后倒退！

技术路线

SCA效应只有两个方向，不是正便是负。育种家用一对标准测验种（common tester）检测自交系的SCA效应，把这些自交系依测验种划分成两个杂种优势群。根据SCA效应，育种家不需要很多杂种优势群，只需要两个群。

借助分子标记可以检测种质之间的遗传距离（关系），并用来划分种质类群，但必须与SCA对接，这就需要对分子标记的数据作中心化处理。于是，所有自交系只能分成两个杂种优势群（列）。至于每一群内有多少个亚群，取决于材料和育种实践。现在我们看到SS群的种质比较简单和集中，到目前为止，只有SS（Reid）和Maiz Amargo两个种质。而NSS群的多样性丰富得多，最重要的有Lancaster和Iodent种质。

育种家明白了两个杂种优势群（列）的理论，就可以告别盲目育种，启动商业化设计育种。两个杂种优势群理论尽人皆知，仅靠它还不足以支撑商业育种。企业要想提升技术竞争力，还应建立正确的育种技术路线，即向两边推、循环育种和以高密度为第一突破口的抗逆育种。在过渡阶段，必须施行高密度抗逆育种策略。这一系列要素构成了企业之间技术竞争的主要内容。许多育种者抵制高密度抗逆育种，这是对育种竞争的自我束缚和自设障碍。

当前，玉米育种需要明确两个核心问题，从种质基础来说，要以本土化的杂种优势群和模式为基础，向两边推，施行循环育种；从技术路线来说，要以配合力为核心，选育二环系。

逆境筛选是改变种质群内等位基因频率的动力学过程。高密度是抗逆育种的第一突破口，其目的不是要农民按照高密度种植玉米。虽然密植是高产技术措施，但高密度育种仅仅是为了筛选自交系和杂交种的抗逆性，即暴露和识别“杀手”基因，把它们淘汰掉。类似的还有其他逆境条件。这样选育的基因型适应性强，减少了生产风险。

种业发展到今天，企业间的竞争已经升级到管理层面。这包括两个方面：从技术来说，需要建立商业育种的流程管理。2013年，国家玉米产业技术体系公布了选育二环系的3个技术流程，所有企业都应建立pipeline（流水线）育种管理。另一个方面，有实力的企业需建立portfolio（整合资源）的综合管理体制。

改革研发管理

在改革育种方向和技术路线的基础上，企业还需要从研发管理层面寻找竞争点，在技术层面建立育种pipeline。

企业通过pipeline管理避免育种者追随狭隘或局限的经验育种，整体提升商业育种水平，这是企业必须做到和只有企业才能做到的育种管理改革与创新，但不是每个企业都能做到。科技体制的利益扭曲，使得多数科研机构做不到流水线式的育种流程管理。这是科研机构常规育种被边缘化的根本原因。

对企业来说，当前竞争点是在pipeline的基础上建立企业研发的标准化流程管理（SOP）。SOP把育种理论、方向、技术路线和种质改良与创新原理都固化在pipeline里。

育种研发管理系统涵盖了人员、种质和信息及上下游衔接，不但能提高效率，还可有效地防止各自为政和产权流失及瓦解研发团队的现象，保护了企业的长远利益。

上述这些基本原理回答了本文一开头提出的大多数育种者所面临的各种关系问题，从整体上提升了企业的育种水平，弱化个别育种者所追随的局部经验，防止闭塞育种和资源浪费以及企业不希望看到的各种负面现象的发生。