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    我國玉米單位面積產量已由1949年的1.06噸/公頃增加到2012年的5.94噸/公頃，提高了4.6倍，但美國等發達國家玉米的平均產量近年來已達10噸/公頃。我國玉米的平均產量僅為美國的60%，充分說明我國玉米單產還有巨大的提高潛力和空間。

    過去的實踐證明，我國玉米單產和總產的增加很大程度上依賴于玉米育種水平的不斷提高，今天要提高玉米單產仍然要依靠育種科技的發展。其中，全基因組選擇育種技術的廣泛應用將有力地推動玉米產量和品質等復雜性狀的遺傳改良，為玉米高產、優質育種提供新的策略、技術和方法，實現玉米高產種質創新和育種效率的突破，為解決我國的糧食安全問題做出巨大貢獻。

    本報記者 李竟涵

    作為我國產量第一大的糧食作物，玉米產量和品質的提高是保障我國糧食安全的重大需求。根據國家規劃，到2020年我國需要新增糧食生產能力500億公斤，玉米將承擔至少300億公斤的份額。玉米適應性廣，耐粗放管理，生產效率高，尤其在我國水資源短缺和干旱問題不斷加重的情況下，將發揮獨特的糧食安全保障作用。

    那么，玉米品種的產量高低和品質性狀究竟是由什么決定的？對玉米基因組的研究也許能提供答案。日前，由中國農業科學院作物科學研究所牽頭的973項目“玉米產量和品質性狀全基因組選擇育種的基礎研究”啟動會在京召開。此項目的實施將有望揭開玉米高產優質背后的基因密碼，實現玉米種質創新和育種效率的突破。

    日前，記者采訪了該項目首席科學家王國英，就玉米的常規育種和分子育種、全基因組選擇育種進行了解讀。

    王國英告訴記者，玉米分子育種技術能推動傳統的“經驗育種”向高效的“精確育種”轉變，縮短育種周期，提高育種效率。

    傳統的育種方式，得由育種專家人工從田間作物里選出一對一對親本來進行“雜交”和“自交”，等到植株長大后，再根據肉眼辨別、稱重等方式識別其特性。培育新品種很大程度上取決于育種家的實踐經驗，育種周期長、偶然性大、效率低，不能滿足當前玉米生產對優良新品種的需求。

    采用分子育種技術，就可以在雜交前查清親本的基因，根據基因型選擇優良親本。通過分子標記，對后代植株的主要農藝性狀，如產量、品質、抗病性等進行預先選擇。這種選擇方法利用實驗室鑒定的數據，一目了然，而不僅僅是依靠經驗來判斷了。

    “玉米產量和品質性狀全基因組選擇育種的基礎研究”項目的基礎就是玉米分子育種技術。王國英說，基因資源是自然界賦予人類的寶貴財富，已成為農業可持續發展的基礎。這一項目能實現從種質資源到基因資源的貫穿，利用玉米高產、優質種質資源，通過全基因組分析，挖掘、鑒定控制產量和品質性狀的新基因，對優良基因進行功能標記，為玉米產量和品質性狀的分子育種奠定扎實的基礎。

    百里挑一vs千里挑一

    近些年來，如何保護和利用現有種質資源越來越受到各國重視，從現有種質資源中發掘和利用高產、優質性狀基因已成為科學界矚目的焦點之一。據王國英介紹，我國目前保存的玉米種質資源有1.8萬余份。在這些寶貴資源中，蘊藏著豐富的高產和優質基因。如何從紛繁復雜的遺傳背景中發掘出新的高產、優質性狀基因，目前仍然是玉米遺傳育種研究中的一個巨大挑戰。

    與傳統育種方式相比，玉米分子育種能大大提高對種質資源的利用效率。傳統育種中一般育種群體有100~200個后代個體，從中選擇出優良單株，而現在分子育種的應用可以對2000個甚至更多的個體進行預先選擇，保留更為優良的材料用于后續田間鑒定和篩選。

    也就是說，通過分子標記選擇，不僅擴大了種質資源利用范圍，“百里挑一”變成了“千里挑一”，而且多了一個預選環節，淘汰大部分預期表現差的材料，剩下少量預期表現優良的材料，進入育種過程，提高后續育種效率。

    據王國英介紹，早期的玉米分子育種技術主要是通過玉米的葉片檢測分子標記，現在則能夠直接通過玉米種子檢測分子標記，把預期表現優良的種子種在田間進行鑒定。作物遺傳理論研究和玉米遺傳育種的實踐均已證明，綜合應用正向和反向遺傳學、分子標記等功能基因組學研究手段，完全可以鑒定出控制玉米產量和品質性狀的關鍵基因，明確其功能，為實現玉米全基因組選擇育種奠定堅實的基礎。

    王國英說：“從長遠來看，全基因組選擇育種的應用將對作物育種產生革命性的影響，它必將成為國際上引領作物遺傳改良進步的最先進的技術。一旦建立了完善的全基因組選擇育種的理論與技術體系，就可以很快將功能基因組學的研究成果用于作物品種改良，創造出巨大的經濟和社會效益。”

    王國英告訴記者，現代遺傳學、育種學和生物技術的綜合應用為玉米新品種培育奠定了堅實的理論基礎，加快了玉米育種進程。但目前的玉米分子育種研究主要針對少數質量性狀基因位點，對玉米產量和品質等多基因控制的復雜數量性狀尚無有效的分子育種體系。

    近年來，特別是自2009年全基因組序列公布以來，玉米基因組研究取得了顯著進展。國外科研機構也正在積極開展玉米全基因組選擇育種的理論研究和實踐嘗試，一些大型國際種業公司更是捷足先登，投入巨資建立全基因組選擇育種的理論與技術體系。

    然而在我國，由于缺乏系統深入的研究，致使我國玉米產量、品質等重要性狀的分子設計育種仍舉步維艱，長期處于徘徊甚至停滯階段，與美國等發達國家在該領域的差距愈來愈大。因此，系統解析玉米產量和品質性狀的遺傳基礎，進而建立玉米全基因組選擇育種體系是提高我國玉米育種水平、培育突破性品種的迫切需要。

    為此，“玉米產量和品質性狀全基因組選擇育種的基礎研究”項目將在全基因組水平上系統解析玉米產量和品質性狀的遺傳基礎，并揭示影響玉米產量和品質形成過程中的基因互作和調控網絡，建立全基因組選擇育種模型，為玉米高產優質育種提供新的策略、技術和方法。王國英說：“這在玉米分子育種研究中，將是一個質的飛躍。”

    本文科研資料感謝付俊杰衛斐