商业育种的核心 - 品种的晋级之旅

      以下文章来源于南北学苑 ，作者田清震

      玉米商业化育种过程包括自交系培育、杂交种选育和商业产品选择和开发几个关键环节，而在这几个过程中，每一步向下一阶段的晋级在流程化商业育种过程中起着关键的作用。本文结合个人的经历和理解，粗浅谈谈玉米商业育种过程中品种晋级的意义、考虑因素和具体做法。

      一）何为玉米品种晋级？

      玉米商业育种中的晋级（Advancement）大体可以分为以下三类。

      第一类是自交系培育选系过程中的晋级，严格讲也可以称作品系晋级，目的是培育并命名新的商业自交系，一般通过测验种与初级选系组配的杂交种试验来进行，这种试验也被称作初级测试；

      第二类是杂交种选育过程中的品种晋级，工作重心是针对目标生态区选育杂交种，推荐品种进入各级审定区试渠道；还有一类是产品开发过程中的晋级，也称作产品晋级，决定品种是否进入市场开发阶段，这是品种市场准入的最后一道守门员，在更接近大田生产的条件下，通过综合评判以确定杂交种的商业化价值。

      二）晋级的考虑因素

      在不同的育种阶段，对晋级的考虑侧重点应该是有所不同的。

      1）自交系培育阶段晋级考虑因素

      在商业育种公司，自交系培育工作一般由一个自交系育种家领导的专门自交系选育团队负责组配、选择与晋级，由一个测试团队协助试验的具体执行。传统育种往往强调对自交系本身的农艺性状，晋级由育种家凭借自交系本身的表现来晋级加代，一般到高世代才测配合力，而商业育种一开始把一般配合力放在首位，通过初级测试评价早期选系材料的一般配合力，并以此作为晋级的主要依据。

      国内曾有公司在多达几十个试点上对自交系进行农艺性状和产量鉴定，据说依据是Duvick的研究结论，几十年育种实践表明杂交种产量的提高与自交系本身产量的提高有关，我想这里面理解可能有些片面。举个例子，生物越是朝着高等智慧进化，其脑部重量越大，占据体重的比例也越大。

      例如，现代人类的大脑为1500克左右，占身体总重量的五十分之一，黑猩猩的大脑重量为400克左右，占身体总重量的一百五十分之一，大猩猩的大脑重量为540克左右，占身体总重量的五百分之一。

      但是我们不能简单通过大脑重量和占据体重的比例来衡量一个人的智商。爱因斯坦，被公认为是世界上最聪明的人，他的大脑并不比普通人脑重。同样，我们不能简单根据自交系本身的产量表现来推断杂交种的产量表现，自交系本身产量与配合力之间并没有直接关系。

      那么，自交系培育过程中晋级应该以什么为标准呢？商业育种培育自交系的目的，就是为了利用杂种优势产生优良杂交种，所以一个自交系有没有价值，应该通过其与其它自交系杂交组合的表现来评价，也就是通过一般配合力GCA来评价。

      所以，一个自交系本身农艺性状再优秀产量再高，如果组配不出好的杂交种，对商业育种来说就是垃圾，因为生产上推广的都是杂交种而非自交系。因此，自交系培育过程中的晋级，要紧抓配合力这一核心。

      现代商业育种循环改良几十年，最大的成果是形成遗传距离逐步加大的以SS和NSS为代表的母本和父本杂种优势群，以及逐步提高的一般配合力（其本质是对有利等位基因的富集），所以在选育自交系的晋级过程中，无论是采取常规、DH还是分子策略，育种家都需要在保持杂优模式和逐步提高一般配合力基本原则的基础上，对产量、主要农艺性状以及对主要逆境和病害抗性要有充分了解，既要选择GCA相对高的，选择品质、抗病性、耐逆境等方面具有明显优势的，还要注意平衡在血缘方面一定的多样性。

      2）杂交种选育阶段晋级考虑因素

      在杂交种选育阶段，最终目的是培育适合目标市场的杂交种，促进优良遗传资源的商业化应用，这部分工作是链接育种技术和自交系选育和产品商业化的桥梁，晋级工作一般由商业育种家领导的杂交种选育团队负责，测试团队协助田间试验的执行。

      商业育种家需要鉴别可资利用自交系的利用价值（配合力），综合自交系系谱信息、农艺信息、分子信息、杂交种产量预测，组织和协调杂交种的组配。组配原则一般以几个骨干测验种对新命名系进行测配，在进一步评价一般配合力的基础上，发现特殊配合力高的优秀组合，推荐适合的渠道进行审定和市场开发。

      此外，商业育种要求育种家选择自交系亲本时需要考虑制种效益，低成本制种要求父本花粉量大持续时间较长，株高最好不低于母本，母本则要求在制种基地产量达到一定水平，穗大均匀抗穗腐，籽粒大小适宜，抗倒性好，还有雄穗下节长以方便机械去雄，以期获得稳定较高的制种产量，另外父母本花期相差不宜过大，同期播种或者错期最好不要超过5-7天。

      组配杂交种以后，商业育种家组织在目标生态区进行测试和鉴定，领导区域布局、品种考察和品种晋级，主要依据杂交种在目标生态区域的多年多点产量、抗性及农艺性状数据，选择推荐品种晋级。

      育种家通过一定生态范围内多年多点的品种环境综合分析，选择目标区域内符合育种目标的高产稳产品种，这样的品种往往比只凭很少试点或所谓经验选出的品种在生产中风险低。晋级的品种需要有综合性状突出的“三好学生”，又需要有在耐旱、耐瘠薄、脱水（机收）、持绿生物量（粮饲兼用）等方面表现突出适合于特定生态区域和特定用途的偏才生。

      育种家通过参试品种种子生产，对种子生产过程中可能存在的风险和效益（如通过单位种子生产成本COG等指标）进行初步评估。晋级品种推荐进入适宜生态区域联合体、绿色通道或各级区试通道，以期尽快拿到市场合法准入的审定证书。

      3）产品开发晋级

      产品开发一般由与育种平行的专业产品开发团队负责，他们像守门员一样决定品种是否进入市场进行开发，即产品商业化。目前国内每年通过各级审定的品种多达几千个，但是在市场站得住脚的品种并不多。

      许多国内公司急于求成，前期测试年份少试点少，在个别试点发现表现突出的品种，加上对个别育种家所谓经验的迷恋，一拍脑门直接扩大生产，直至到了商业化阶段，才发现品种这样那样的缺陷，这个时候在种子生产、供应链和销售推广等环节已经浪费了大量的人力和财力，再想放弃就有些晚了，所以这临门一脚的重要性逐渐为诸多公司所认识，这或许是商业公司经过多少次血的教训总结形成的一种做法。基于这个教训，许多大的商业公司增加产品开发部门，并且把其地位独立于育种与销售，以期能为商业开发减少诸多风险。

      产品晋级的重要性要求相关人员熟悉了解目标市场需求，基于品种的客观表现，提出独立的、专业化产品服务和指导（包括市场定位、开发建议、定价、授权策略等）。

      科学客观认识品种是基础，产品策划和卖点提炼是关键。产品开发需要具有独立思考的意识，需要通过定位试验、密度试验、农药试验等，对特定杂交种发掘卖点、发现缺陷、提出规避措施，推荐最适商业销售市场和最佳农艺配套措施，并对商业化前和商业化阶段的产品进行精确、专业和信服的技术指导。

      三）商业育种晋级的具体做法

      不同的育种阶段，对晋级的做法也是不同的。下面简单谈谈各阶段晋级的一般做法。

      1）自交系培育阶段

      商业育种自交系培育晋级除了要求育种家对基础材料非常熟悉外，离不开专业的田间试验，通常通过两到三轮初级试验，一般在F3（S1）和F4（S2）进行，也可以是单倍体育种的最初两轮测试。DH缩短了每个基础材料的纯合过程，而且配合力评价也比常规分离家系更准确。

      第一轮参试组合由早期育种材料与1-2个测验种杂交产生，根据经费预算来控制规模，一个标准育种项目一般3000-5000个组合，安排在的4-8个点进行，一般采用2行区，一次重复，晋级比例根据试验材料整体水平和试验质量一般在6%-12%不等；

      第二轮初级测试由晋级的选系材料与2-4个测验种杂交产生，参试组合每个育种项目可达500-1000个，一般在8-10个试点进行，2行区，一次重复。对于一些分离明显或需要进一步鉴定的群体材料，如有必要也可以进一步进行第三轮测试。

      经过这两轮测试的自交系，并经过分子检测真实性和纯度以后，可按照一定规则获得命名，每年获得命名的自交系一般为30-50个/育种项目。随着全基因组选择方法与应用研究的进展，许多跨国商业公司通过基因型鉴定预测选择代替了第一轮测试。国内大多数公司目前还处在探索阶段，距离实现这一步可能还有很长的路要走。

      但是，随着DH技术的普及应用，高通量基因分型技术以及全基因组选择GS算法和模型的发展，全基因组选择技术必将在提高商业育种自交系培育效率方面发挥更大作用。

      面对每年海量的表型和分子数据，每一步晋级要求育种家要有对试验设计和数据分析的驾驭能力，专业育种公司有专业的数据分析团队和专业分析平台，育种家需要与支持部门充分沟通，数据分析团队也应该围绕数据的质量和育种家的要求来进行深入发掘。

      专业育种公司由IT团队基于农艺性状表型数据和基因型数据，开发针对晋级支持的平台，对自交系的一般配合力、农艺性状以及海量分子数据进行汇总，方便育种家的选择与晋级。

      2）杂交种选育阶段

      这个阶段的晋级，同样离不开广泛而精准的田间试验。测试体系的建立，数据质量的提高，需要育种家和专业试验团队的同力合作。这种杂交种晋级试验，一般也分2-3轮进行。杂交种第一轮测试R1（也有公司称做P1、X1，基本含义雷同），主要包括新定名的自交系和5-7个测验种产生杂交组合，参试组合根据经费和育种基础一般在300-700个/项目。

      组配杂交种可以根据以往双亲表型数据对杂交种按照加性效应为主进行简单预测，随着GS技术的发展，跨国公司已经将分子数据应用在杂交种预测方面，因此虽然貌似杂交种测试规模没有增加甚至减少，实则测试效率大大提升。最后决选的杂交种一般根据材料生育期、测验种和血缘分组，在15-25个试点进行，试验一般采用2-4行区，1-2次重复。

      杂交种第二轮测试R2来自第一轮测试的晋级组合，还包括少数上年第二轮测试的留级组合，数量一般在50-90个/项目，这些测试晋级组合可以获得杂交种育种内部命名。本轮测试一般为4行区，1-2次重复，在30个左右的点上进行。

      R1和R2晋级比例根据公司试验质量和实际情况一般在10%左右，只有少数优异组合升入下级试验。杂交种第三轮测试R3参试组合一般为R2升级组合，可与区试或绿色通道第一年相对应，品种晋级与否由相关区试管理人员根据品种表现决定，但育种家一般也同时安排内部测试，以求对品种更全面的了解。

      本轮测试一般为4-8行区（5米或10米），2-3次重复，在30个以上的点进行。本轮试验还要专门布点，即选择对抗倒、抗病等具有代表性的试点，对品种本身的抗病性、抗倒性进行严格的鉴定，只有个别综合性状好的优异组合才晋级到产品下一阶段。

      测试团队把提高试验数据的质量作为考核标准和工作目标，这是商业育种的数据驱动晋级策略的基础和保障。测试网络需要紧密结合目标推广市场，涵盖各种主要逆境如倒伏、主要病害等典型试点。这不仅需要测试团队的经验、专业和敬业，还需要机械化、电子化、信息化等方面的硬件支持。

      以前进口播种、收获和测产机械价格昂贵让人望而却步，近年来国内小区播种和收获测产机械研发、模仿和创新方面取得明显进展，大规模试验小区播种和收获测产不再是外企所独有的风景线。此外，试验数据深入发掘还需要专业的团队和专业的软件平台。

      鉴于目前大多数国内种业试验团队的管理水平，以及复杂的气候环境，需要育种家和测试人员洞悉目标区域市场，需要经常到各个试点去进行田间考察，对每个小区的实际情况做详尽考察，对每个品种的田间表现和抗倒抗病性有明确详实的记载，这样通过汗水可以在一定程度上弥补试验质量的欠缺。

      正规的商业育种公司在杂交种晋级的高级阶段，如推荐区试和生试阶段，一般会组织由公司各级育种家、产品经理、生产经理等组成的联合考察（Corn Tour），大家通过一起田间考察和头脑风暴，从各自的专业角度和独特视角，发表和交流对目标品种优缺点及推广区域等方面的看法，从而为杂交种晋级提供更全面的建议。

      专业育种公司IT团队开发了诸多针对晋级支持的晋级软件，对多年度、多试点、多品种、多产品对照的数据进行科学汇总和全面分析，并逐步形成成熟的晋级模版。也可以辅助采用第三方具有数据可视化功能的商业智能和分析软件，方便数据汇总及育种家投票晋级，这些常见的商业软件有QlikView (http://www.qlik.com/), Spotfire (http://spotfire.tibco.com/)和Tableau (http://www.tableausoftware.com/)等。

      3）产品开发晋级

      产品晋级同样离不开更广泛而精准的田间试验，只是这种试验采用生产条件，在上百个试点上进行，试验晋级的结果将决定杂交种最终是否可以商业化，以及杂交种推广的适宜及优势区域。这种试验的特点是针对性强，针对特定商业化区域市场进行特定试验，针对特定杂交种发掘卖点，对品种可能出现的风险进行提醒和合理规避，为农机农艺的整合、营销策划以及销售的布局提供依据。

      通过收集、整合和分析农业生产过程中的各种数据，如气象数据、土壤信息、气候信息、作物生长情况病虫害风险等重要信息，对品种即将推广的区域生态环境进行分析和归类，可有助于选择更适合当地气候和土壤条件的品种。在目标区域范围内设足若干个具有明显小气候环境的区域，精细化管理地块和粗放式管理地块都需要兼顾。

      产品开发试验的品种，不同公司情况有所不同，一般包括即将推向市场的P4以上进入生产试验的品种，品种审定即将推向商业化阶段的品种。一般数目少（一般3-10个），试点多（一般大于50个），面积较大（一般>100m2）。

      通过多点试验示范观察测评，统筹品种各方面表现数据，找到品种的卖点和不足，精准选择晋级并定位品种的最佳适宜种植区准确定位自身品种的价值。需要强调的是，产量是品种适应气候和栽培环境的最终表现，所以条件允许的前提下，真实的产量数据而不是表观打分依然非常重要，各主要生态（亚）区多年多点产量以及抗倒性抗病性等重要农艺性状数据的分析，对于进一步明确品种的适应性更具有意义。

      产品晋级与选择直接关系到公司的销售和生存，优秀的产品开发团队需要对公司具有知识产权的品种及其适合生态区域非常熟悉，并积极开展配套技术服务，将标准化的科学种田示范给广大种植户，全面提升种植户的种田水平，同时掌握竞争对手品种的优缺点，与竞品进行对比分析，知己知彼方能百战百胜。

      一些专业育种公司还设有专门的产品经理，负责对晋级后产品的市场对接、开发与转让。产品经理既要懂科研、生产、加工、销售，又要有良好的人脉资源、跨部门协调能力、清晰的逻辑思维和优秀的语音表达能力，产品经理每年会定期联合育种家、种子生产部门、销售部门、经销商、种植户等沟通交流和考察，共同全方位熟悉品种，发掘卖点，推荐最适销售区域，实现产品最大的价值，为市场销售做好铺垫。

      可见，品种晋级在商业育种品种选育的不同阶段所考虑的重点和具体做法是有所不同的，精准把握不同层次的晋级原则，根据公司具体实际情况做好各阶段的晋级，才能培育出优秀的自交系，选育出优秀的杂交种，并选择性进入市场开发阶段，促进遗传资源的商业化。