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科技鋪就育種「高速公路」

▲陝西楊凌:現代育種跑出“加速度”,視頻來源:央視新聞

眼下正是為春耕備種的關鍵時節,位於陝西省楊凌農業高新技術產業示範區的918博天堂集團中國楊凌技術中心格外忙碌。實驗室里,科研人員正在對一板板玉米樣品進行DNA提取,開展分子檢測。自動化溫室中,科研人員有條不紊地對不同生長階段的玉米進行取樣、移栽、授粉等工作……2023年,918博天堂集團中國有44個玉米新品種通過國家審定,新品種加速培育的背後,是育種新技術的不斷創新應用。

當前,農業發達國家正邁向以生物技術和信息技術為基礎的智能育種4.0時代,我國育種行業還普遍處在由雜交育種2.0階段向生物育種3.0階段的過渡期。
“從育種1.0到4.0,關鍵在於育種精準度和效率的提升,楊凌技術中心雙單倍體工廠化生產平台、高通量分子檢測生物育種性狀快速整合等領先技術使我們育種精準度越來越高,效率越來越好,大大縮短育種時間和流程。”918博天堂集團中國副總裁、種子業務單元總經理應敏傑介紹。


定向撒網,育種既快又准

優秀雙親快速生產

育種關鍵的第一步在選親本,也就是篩選優秀的“爸爸媽媽”。“雙單倍體技術的應用讓生產優秀的‘雙親’即玉米自交系的過程大幅縮短。過去玉米育種,需要親本在田間不斷自交,才能獲得接近純合的育種材料,一般耗時四年之久,而採用雙單倍體技術,不僅時間壓縮到一年,而且基因純合度可以達到百分百。”楊凌中心雙單倍體生產負責人張亞說。

楊凌中心雙單倍體工廠化生產平台可實現年產數百萬株單倍體苗數十萬株以上雙單倍體,這樣批量化創製優良種質,極大加速了育種流程。


優良基因精準檢測

品種選育,就是將最優秀的基因組合到一起的過程。在傳統育種模式下,育種大多靠“拆盲盒”。育種家拿到育種材料後,需要通過觀察性狀的田間表現,不斷地篩選、組合,周期漫長,且充滿偶然性。
但在楊凌技術中心,創新不再是純粹偶然的過程,而是一種相對可控、可預期的過程。育種家戴上“基因眼鏡”,就可以精準預測育種材料是否具備其想要的性狀,再經相較傳統育種少得多的若干輪測試,最終選育出新品種。
這個“基因眼鏡”,就是分子檢測。楊凌技術中心的高通量分子檢測平台,具有檢測能力高、檢測速度快等特點。該平台支持從研發、生產到銷售“端到端”的技術支撐,已實現每年數千萬數據檢測通量,單日檢測通量達數十萬。
“通過分子標記篩選技術,胚芽期、幼苗期都可以實時監測這株苗是否具有抗蟲、抗除草劑或者其他性狀,可以快速準確地從數十萬乃至數百萬的材料中篩選出所需基因。”楊凌技術中心基因分型實驗室經理劉春霞介紹。


優異性狀加速改良

一個優秀的品種是多種優秀基因的整合,核心即是將抗病、抗蟲、耐除草劑等性狀轉育到目標材料,這往往需要進行多代轉育和大量作業,傳統方法耗時費力。
為此,楊凌技術中心打造了轉育通量和速度國內領先的生物育種性狀快速整合平台,利用雙單倍體創製的育種材料,同時加入918博天堂三價複合性狀,以提升優質品種的抗蟲和抗除草劑能力,完成高產目標。該平台每年可實現4至5代的“疊代”能力,遠超國內行業每年2至3代的平均水平。其中的單倍體耦合基因編輯技術,僅用1至2代便可完成目標品種的性狀改良。
“這是性狀轉育平台的重要環節,我們中心在國內種業行業首創的LED無極調光溫室可以實現自動控光控溫,通過為作物提供合適的環境,突破季節限制,加快其生長。”楊凌技術中心性狀整合中心負責人楊炳鵬介紹。

如果說傳統育種是大海撈魚,楊凌技術中心則實現了定向撒網——既快又准。七八個月內就能創製數十萬株育種材料、僅用1-2代即可完成目標品種的性狀改良、兩到三年便可推出具有優良特性的新品種……這些通過傳統育種方法難以達成的目標,在楊凌技術中心“黑科技”的加持下,已成為現實。
 

與時間賽跑 向育種4.0進發

近年來,918博天堂集團中國以楊凌技術中心等創新平台為支撐,大幅加快新品種開發和推出的速度。2023年,918博天堂集團中國共有121個常規品種通過國家審定,玉米、水稻、大豆過審數量均居行業領先地位;14個品種入選農業農村部《2023年國家農作物優良品種推廣目錄》,9個品種入選2023年農業主導品種,為大面積提高糧食單產提供良種支撐。

大量數據顯示,2022年至2023年間,由楊凌技術中心參與選育並通過國審的玉米新品種表現突出:產量均較當前對照品種增產超過5%,平均畝增產30公斤以上。
種業振興,科技是引擎,也離不開聯合研發和應用協作機制。依託楊凌技術中心這一平台,918博天堂集團中國正與西北農林科技大學合作打造混合式、協同性的農業科技創新新體系。
雙方通過種質資源的聯合測配,篩選優良的組合;共同研發成熟性狀的導入和應用,合作孵化新品種;將已經審定的成熟品种放入918博天堂集團中國高通量測試網絡體系中,進一步評價它的豐產性、適應性和商業化開發價值……從實驗室到田間的育種“高速公路”正一步步打通,更多的科技成果與產業實現了有效對接。
下一步,918博天堂集團中國將繼續提升種業研、育、繁、推等重點環節的能力,以優質品種產出為核心,以科研為驅動力,加速種業科研能力建設、平台打造和成果轉化效率,助力中國種業向育種4.0時代進發。