重新认识玉米种质资源提高种业企业核心竞争力

作者：liudreams

0.       前言
玉米是我国种植面积最大的粮食作物, 相应的玉米种子作为重要的农业生产资料，对增加产量和改善品质起着至关重要的作用。玉米种质资源是种业企业的科技创新、新品种开发核心竞争力。但是当前玉米种质资源分散，优良的玉米种质资源特性不能得到充分认识和快速有效利用，同时还存在种质资源流失等现象，所有这些都已经成为制约种业企业发展的重要因素。因此如何重新认识玉米种质资源将成为提高中国种业核心竞争力的重要途径[1]。

1.       帕列托法则/二八定律在种质资源研究中的应用
帕列托法则(又称二八定律、80/20法则)，阐述了建立在“重要的少数和琐碎的多数”原则基础上的事情重要程度编排行事优先次序的准则。简而言之，在任何一组东西中，最重要的只占其中一小部分约20%，其余80%的尽管是多数，却是次要的。作为育种第一线工作者，育种家们主要任务就是对种质资源的取舍，因此认识帕托列法则对鉴别优良骨干育种材料，培育针对目标市场、符合育种目标的优良新品种具有至关重要的决定作用。

苏方宏和李和平[2]首次将此重要法则运用到玉米育种实践中，总结出了许多存在于玉米育种工作中的不平衡关系。例如郑单958和农大108两个品种占据了某种业公司2003年度75%的销售量，其他10个品种只占余下25%的销售量。纵观玉米新品种的培育进程，大多数基础自交系由少数的骨干自交系衍生而来，同时多数主推杂交种由少数骨干自交系组配而成。例如先锋公司33个优良自交系的系谱背景频率直接影响了美国40%以上的杂交种应用面积，并间接影响了其他部分。因此种业企业应该通过科研和销售数据分析，总结出关键的少数骨干自交系材料，突出重点，重新定位适合企业发展的育种策略和产品结构。

2.       玉米种质资源
2.1 种质资源和系谱整理
种质资源是任何育种公司赖以生存的物质基础，清晰的种质来源和准确的系谱关系能简化育种流程，大大提高育种效率，最终将使商业化育种流畅地推进下去，周期性地推出优质高产新品种。从上世纪30年代玉米商业化育种开始以来，美国育种公司对种质资源管理十分完善，系谱分类研究相当到位。在过去的几十年间，科研人员更替和各大育种公司间的兼并重组、拆分再重组并没有使公司育种进程停滞不前，原因就在于育种家在接手育种材料的同时，也获得了来源途径和系谱关系这些关键的背景信息。

对于我国育种企业手头种质资源来源不清的现状，育种科研团队可以结合基因型和表现型两组数据进行综合分析，去除重复冗余材料，精简基础育种材料群体。然后再针对这些精选出来的基础材料进行杂种优势分群测试，重新制定出适合组配的杂种优势群和育种模式。

作为育种流程交流的纽带，系谱的准确性直接关系到群间/群内轮回选育群体的建立，同时间接关系到杂种优势群的建立和保持。当前有两套系谱书写标准供育种家选择使用，两者都能准确反映父母本和世代关系：一套是由CIMMYT创制，一套是1968年的Purdy系谱命名系统[3]。在选择系谱书写方式时，要同时考虑在Excel中数据整理功能的快捷使用、与Visual Basic应用程序的兼容，和数据管理系统软件（如：AgroBase）的接轨，最终实现商业化育种中的无障碍数据交换。

2.2 杂种优势群的划分和保持
在上世纪60年代美国玉米育种业内形成了数个玉米杂种优势群，在后来的几十年中北美育种家们逐步将杂种优势群简化到了能有效掌控的合理范围内, 例如Stiff Stalk（SS）和Non-Stiff Stalk（NSS）作为两大典型杂种优势群在美国中西部玉米育种带上被广泛使用。近年来，随着研究的不断深入，我国玉米种质资源的杂种优势划分有了一定的新进展。然而，大多数玉米杂种优势群的划分结果并没有达到减少杂种优势群数量，简化育种模式的目的，也就不能为组配提供可靠依据。相比较而言，张世煌[4]提出的3个杂种优势群概念更加能符合育种研究的需要：例如母本群（BSSS和PA群）；父本群（Lancaster和PB群）；和介于父母本群之间本土化的种质群(旅大红骨和四平头)[5]。

当前由于很多育种公司种质资源来源和系谱都不甚清晰，所以对现有种质资源进行合理分群成为建立商业化育种流程所要解决的首要任务。利用简化了的杂种优势群，育种工作者可以解决以下几个问题：1）通过将现有来源不清的自交系与具代表性测交种杂交，对后代进行产量试验，鉴定该未知来源自交系的杂种优势群；2）通过循环育种在各自父母本群内提升GCA（一般配合力），积累加性效应；3）通过群间循环育种将本土种质群不断分解到母本群或者父本群中去[6]。

2.3 种质资源鉴定和定向引种
玉米种质资源是玉米品种改良的物质基础，在育种工作中所占的重要地位不言而喻。国际大型育种企业一直很重视世界范围内玉米核心种质资源的保护和育种基础材料的收集，同时也非常关注国家间、洲际间育种材料的优势互补。在这样理念的指导之下，每年国际大型育种企业都有数百万份的种质材料在世界范围内流转，每个育种家使用的是全球性种质（Global seed）进行高效快速的品种改良。

纵观我国本土种业形势，当前玉米种质资源的现状是：

1）目标市场定位偏差误导种质资源合理分配的战略导向。例如：某育种企业目标市场定位于东北第二积温带，但现有种质资源的生育期均在115天以上，并不能适应目标市场对生育期的要求。因此对于企业自身种质资源的重新分配将是以熟期/积温为导向划分一级目标市场，辅以抗病抗逆性状要求来细化出二级市场。育种家可以针对某一二级市场的种质资源特性进行新一轮的群内群间轮回选育，继而推出适合各个熟期市场的新一代自交系。

2）种质资源数量可观，但质量不高，尤其缺乏优质、抗逆、高适应性的育种种质。当前许多企业受目标市场划分不清晰、种质资源来源不明，测试点的数量少和生态区跨度小的限制，导致了对种质资源特性的摸索过程徘徊不前，浪费了具备优良种质潜力的资源。因此建立一个引种、病圃鉴定的系统将快速准确筛选出优质抗逆高适应性的育种材料。

3）忽视对基础育种材料的收集和整理，面对世界各地优质种质资源缺乏鉴别力，引种有很大的重复性，而没有充分考虑优势互补。比如北美洲的玉米种质对产量和品质性状贡献突出，欧洲玉米种质对提高抗寒、出苗率等性状有帮助，而东亚、南美和非洲的种质资源有利于提高抗病抗逆性。对于本企业现有种质资源整理归类后，再有的放矢地引入外源种质，对育种加速育种进程起着事半功倍的效果。

种质资源的整理、鉴定和归类是一个大规模的系统工程，需要育种家全盘考虑，慎重决策和统筹安排。

2.4 公共种质资源向公司自有知识产权的种质资源过渡
在19世纪末期的美国，玉米研究主要集中在Grant Land拨款的公立大学，和政府机构USDA下属的各州实验站和科研院所。20世纪初，玉米杂种优势理论的发现使玉米育种的商业化过程成为可能。从20世纪20、30年代开始的近50年里，玉米种质资源从公共教学科研系统逐步流入新兴育种公司，并成为跨国大型育种企业的基础育种材料（Foundation Seed）。可以说，自交系系谱演化过程就是种质资源在先锋公司，Holden Foundation Seeds和迪卡（DeKalb）等几家早期大型育种公司再分配再循环的研发过程, 例如Holden公司的公共玉米种质资源利用率高达69-79%[7]。

虽然美国各个小型私营玉米育种企业同时在上世纪20、30年代开始了玉米杂交种研发，但是获得玉米公共种质资源的能力决定了公司基础育种材料库的大小，也决定了他们在二战以后的发展规模。Troyer在1999年文章中指出先锋公司自主知识产权的33个自交系材料，就可以在不同程度上准确代表了20世纪全美育种行业的种质资源[8]。

当前，我国玉米种质资源主要还集中在国家体制下的大学和科研院所，这种情况将随着事业单位转制，和商业化育种企业的兴起而得到相应的改变。作为非赢利组织的农业院校和科研单位，应关注如何合理分配公共种质资源这一关键问题，更好地为有潜力的新兴育种企业添砖加瓦，并最终完成玉米公共种质资源向企业自主知识产权种质的过渡[9]。

3.       通过加强硬件设施提高玉米种质资源研究水平
随着种质资源数量逐年增加和基因型表现型数据的日积月累，只有通过机械化和电子化育种平台才能对现有种质资源进行系统分类、全面分析和资源整合重组。

机械化育种平台是玉米产量测试、种质资源创新和玉米新品种选育的重要环节。该平台包括了从机械化精密播种、收割到小区测产的整个过程。机械化播种保证了种子间距离一致、出苗齐、生长均匀；机械化收割和测产系统使产量试验数据更加精确可靠。此平台的建立不仅能提高工作效率，同时还能够提高试验精度、数据的准确性，在与商业化育种数据管理平台接轨后，可使数据整理和分析更加方便快捷[10]。

玉米育种数据管理平台的建立需要一个相当庞大的团队的参与，资深育种人士、专业的计算机人才和基层育种技术员缺一不可。然而当前玉米育种形势严峻，建立一个成熟的管理平台将花费很长的时间，人力物力财力的投入都是惊人的，因此使用一个成型可靠的数据管理系统（如AgroBASE）将是大多数中小育种公司的首选。由于当前育种数据管理平台一般都产自欧美国家，因此在使用过程中会遇到一些障碍：1）英文的操作界面和使用手册让很多育种家望而却步；2）实验设计繁琐精细而且变化多样让很多研究者无从下手；3）统计过程复杂选项繁多，如果没有一定统计学和数量遗传学背景，将很难解释分析结果并指导下一步工作。当扫除以上这些障碍以后，还要面临其他问题，譬如：如何将功能强大的育种软件运用得得心应手，举一反三地设计实验，精确地安排大田试验计划。

4.       结论
未来种业企业的竞争核心就是种质资源的竞争，谁拥有优质种质资源，谁就有赢得市场的基础。因此玉米种质资源的管理、鉴定、流通和综合利用等是育种企业完成商业化育种，从根本上提高企业核心竞争力的重要途径。

一般而言引种材料马上进入产品生产线的可能性很小，需要在鉴定评价基础上针对某些商业价值高的性状进行加工创造。因此从种质资源引进到最后商业化生产应用，是一项任重道远的长期工作。这就需要育种家和基层育种工作者在长时间的育种过程中，不断调整心态和心理预期，按部就班、保质保量地做好育种各个环节的工作。只有做到知行合一，完成育种理论、实践和材料的数量上的积淀，才能迎来育种产品质量的飞跃。