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科技铺就育种“高速公路”

眼下正是为春耕备种的关键时节,位于陕西省杨凌农业高新技术产业示范区的先正达集团中国杨凌技术中心格外忙碌。实验室里,科研人员正在对一板板玉米样品进行DNA提取,开展分子检测。自动化温室中,科研人员有条不紊地对不同生长阶段的玉米进行取样、移栽、授粉等工作……2023年,先正达集团中国有44个玉米新品种通过国家审定,新品种加速培育的背后,是育种新技术的不断创新应用。

当前,农业发达国家正迈向以生物技术和信息技术为基础的智能育种4.0时代,我国育种行业还普遍处在由杂交育种2.0阶段向生物育种3.0阶段的过渡期。
“从育种1.0到4.0,关键在于育种精准度和效率的提升,杨凌技术中心双单倍体工厂化生产平台、高通量分子检测生物育种性状快速整合等领先技术使我们育种精准度越来越高,效率越来越好,大大缩短育种时间和流程。”先正达集团中国副总裁、种子业务单元总经理应敏杰介绍。


定向撒网,育种既快又准

优秀双亲快速生产

育种关键的第一步在选亲本,也就是筛选优秀的“爸爸妈妈”。“双单倍体技术的应用让生产优秀的‘双亲’即玉米自交系的过程大幅缩短。过去玉米育种,需要亲本在田间不断自交,才能获得接近纯合的育种材料,一般耗时四年之久,而采用双单倍体技术,不仅时间压缩到一年,而且基因纯合度可以达到百分百。”杨凌中心双单倍体生产负责人张亚说。

杨凌中心双单倍体工厂化生产平台可实现年产数百万株单倍体苗数十万株以上双单倍体,这样批量化创制优良种质,极大加速了育种流程。


优良基因精准检测

品种选育,就是将最优秀的基因组合到一起的过程。在传统育种模式下,育种大多靠“拆盲盒”。育种家拿到育种材料后,需要通过观察性状的田间表现,不断地筛选、组合,周期漫长,且充满偶然性。
但在杨凌技术中心,创新不再是纯粹偶然的过程,而是一种相对可控、可预期的过程。育种家戴上“基因眼镜”,就可以精准预测育种材料是否具备其想要的性状,再经相较传统育种少得多的若干轮测试,最终选育出新品种。
这个“基因眼镜”,就是分子检测。杨凌技术中心的高通量分子检测平台,具有检测能力高、检测速度快等特点。该平台支持从研发、生产到销售“端到端”的技术支撑,已实现每年数千万数据检测通量,单日检测通量达数十万。
“通过分子标记筛选技术,胚芽期、幼苗期都可以实时监测这株苗是否具有抗虫、抗除草剂或者其他性状,可以快速准确地从数十万乃至数百万的材料中筛选出所需基因。”杨凌技术中心基因分型实验室经理刘春霞介绍。


优异性状加速改良

一个优秀的品种是多种优秀基因的整合,核心即是将抗病、抗虫、耐除草剂等性状转育到目标材料,这往往需要进行多代转育和大量作业,传统方法耗时费力。
为此,杨凌技术中心打造了转育通量和速度国内领先的生物育种性状快速整合平台,利用双单倍体创制的育种材料,同时加入先正达三价复合性状,以提升优质品种的抗虫和抗除草剂能力,完成高产目标。该平台每年可实现4至5代的“迭代”能力,远超国内行业每年2至3代的平均水平。其中的单倍体耦合基因编辑技术,仅用1至2代便可完成目标品种的性状改良。
“这是性状转育平台的重要环节,我们中心在国内种业行业首创的LED无极调光温室可以实现自动控光控温,通过为作物提供合适的环境,突破季节限制,加快其生长。”杨凌技术中心性状整合中心负责人杨炳鹏介绍。

如果说传统育种是大海捞鱼,杨凌技术中心则实现了定向撒网——既快又准。七八个月内就能创制数十万株育种材料、仅用1-2代即可完成目标品种的性状改良、两到三年便可推出具有优良特性的新品种……这些通过传统育种方法难以达成的目标,在杨凌技术中心“黑科技”的加持下,已成为现实。
 

与时间赛跑 向育种4.0进发

近年来,先正达集团中国以杨凌技术中心等创新平台为支撑,大幅加快新品种开发和推出的速度。2023年,先正达集团中国共有121个常规品种通过国家审定,玉米、水稻、大豆过审数量均居行业领先地位;14个品种入选农业农村部《2023年国家农作物优良品种推广目录》,9个品种入选2023年农业主导品种,为大面积提高粮食单产提供良种支撑。

大量数据显示,2022年至2023年间,由杨凌技术中心参与选育并通过国审的玉米新品种表现突出:产量均较当前对照品种增产超过5%,平均亩增产30公斤以上。
种业振兴,科技是引擎,也离不开联合研发和应用协作机制。依托杨凌技术中心这一平台,先正达集团中国正与西北农林科技大学合作打造混合式、协同性的农业科技创新新体系。
双方通过种质资源的联合测配,筛选优良的组合;共同研发成熟性状的导入和应用,合作孵化新品种;将已经审定的成熟品种放入先正达集团中国高通量测试网络体系中,进一步评价它的丰产性、适应性和商业化开发价值……从实验室到田间的育种“高速公路”正一步步打通,更多的科技成果与产业实现了有效对接。
下一步,先正达集团中国将继续提升种业研、育、繁、推等重点环节的能力,以优质品种产出为核心,以科研为驱动力,加速种业科研能力建设、平台打造和成果转化效率,助力中国种业向育种4.0时代进发。