湯繼華帶著學(xué)生進(jìn)行玉米育種科研。種的種業(yè)
河南農(nóng)業(yè)大學(xué)南繁基地玉米試驗(yàn)田里，秘密米高科研人員正在工作。從玉產(chǎn)看創(chuàng)新
柘城縣安平鎮(zhèn)李莊村村民在秋收時(shí)節(jié)晾曬玉米，河南滿地金黃孕育著豐收的種的種業(yè)希望。張子斌 攝
本版圖片除署名外均為受訪者供圖
□本報(bào)記者 樊雪婧 實(shí)習(xí)生 張婉晴
一粒種子，秘密米高萬擔(dān)金黃。從玉產(chǎn)看創(chuàng)新
作為農(nóng)業(yè)的河南“芯片”，種子事關(guān)國(guó)家糧食安全，種的種業(yè)對(duì)農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化發(fā)揮著基礎(chǔ)性作用。秘密米高2025年中央一號(hào)文件提出，從玉產(chǎn)看創(chuàng)新深入實(shí)施種業(yè)振興行動(dòng)，河南發(fā)揮“南繁硅谷”等重大農(nóng)業(yè)科研平臺(tái)作用，種的種業(yè)加快攻克一批突破性品種。秘密米高
3月20日，從玉產(chǎn)看創(chuàng)新在海南三亞舉行的2025中國(guó)種子大會(huì)暨南繁硅谷論壇上，“2024年尋找高產(chǎn)玉米測(cè)產(chǎn)活動(dòng)”中黃淮海區(qū)高產(chǎn)品種榜單公布。引人注目的是，來自河南農(nóng)業(yè)大學(xué)專家教授及其合作團(tuán)隊(duì)培育的5個(gè)玉米品種——康農(nóng)8009、君育136、豫單883、MY73和九圣禾6116——成功躋身榜單前十名。
畝產(chǎn)超2000斤，全國(guó)高產(chǎn)“10強(qiáng)”席位穩(wěn)坐一半，河南玉米高產(chǎn)的秘密是什么？未來，玉米又會(huì)有哪些新模樣？在小麥玉米兩熟高效生產(chǎn)全國(guó)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室里，玉米育種創(chuàng)新正在跑出“加速度”。
像“候鳥”一樣南繁
4月2日，河南農(nóng)業(yè)大學(xué)，小麥玉米兩熟高效生產(chǎn)全國(guó)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室里一派忙碌的景象。偌大的校園里，這個(gè)實(shí)驗(yàn)室的大門最好辨認(rèn)，門前晾曬著許多金黃的玉米棒子。
大門一側(cè)，科研人員正在接力搬運(yùn)裝得滿當(dāng)當(dāng)?shù)木幙棿?，看著記者疑惑的目光，河南農(nóng)業(yè)大學(xué)副校長(zhǎng)、小麥玉米兩熟高效生產(chǎn)全國(guó)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室常務(wù)副主任湯繼華笑著說：“這里面就藏著你要找的高產(chǎn)秘密?！?/p>
打開一袋，金黃色的玉米棒子骨碌碌地散落出來，它們剛剛從2000公里外的海南南繁基地跋涉而來。
今年，科研人員要從這2萬余份玉米材料中，配出約20萬個(gè)組合，這差不多是目前全世界規(guī)模最大的玉米雜交實(shí)驗(yàn)。接下來，挑戰(zhàn)持續(xù)升級(jí)，對(duì)雜交種進(jìn)行田間種植鑒定，觀察生長(zhǎng)情況、抗病性、產(chǎn)量等指標(biāo)，最終才能篩選出20多個(gè)優(yōu)良品種，可以說是“萬里挑一”。
為什么是從海南來？一番打聽得知，原來，玉米高產(chǎn)的秘密里，藏著一個(gè)“候鳥”南繁的故事。
“南繁南繁，又難又煩！”這是“玉米人”南繁育種時(shí)經(jīng)常發(fā)出的感嘆。湯繼華說，“早年到海南育種，我們面臨四個(gè)困境，大家戲稱為四斗：與天斗，抗臺(tái)風(fēng)；與地斗，選良田；與牛斗，防啃苗；與鼠斗，鼠口奪糧。”
那為啥還要像“候鳥”一樣，每年秋末冬初，帶著北方收獲的種子到海南種植，6月再回到中原大地種上新一代的玉米？
“玉米在北方一年只能種植一代，在海南的獨(dú)特氣候條件下，可以種植兩到三代，本來6年才能干完的活，變成3年、2年就全干完了?！睖^華介紹，作為南繁理論的發(fā)源地，河南農(nóng)業(yè)大學(xué)是全國(guó)最早開展南繁育種的單位。從20世紀(jì)60年代，中國(guó)玉米育種奠基人之一、河南農(nóng)業(yè)大學(xué)吳紹骙教授創(chuàng)新性提出“異地培育”理論以來，育種突破了時(shí)空限制，不僅孕育出一批又一批高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)的新品種，還推動(dòng)了崖州灣國(guó)家實(shí)驗(yàn)室等重要科研平臺(tái)的建立，極大加速了玉米、水稻等作物的育種進(jìn)程。
每年，全國(guó)有超過8000名育種工作者從各地奔赴海南，利用這里的天然溫室在冬季進(jìn)行加代繁育，縮短育種周期。
今年春節(jié)，湯繼華也是在南繁基地度過，帶著團(tuán)隊(duì)為十幾萬株玉米，一株一株地進(jìn)行人工授粉。一天“泡”在地里，重復(fù)著不同材料的套袋、授粉工作。每人每天授粉500—800個(gè)玉米果穗，搶時(shí)間完成了玉米選系材料的自交和新組合測(cè)配，這才有了后續(xù)科研實(shí)驗(yàn)的新材料。
“萬里挑一”到“千里挑一”
相比小麥、花生這些常規(guī)種系，玉米育種的難題是——即便找到優(yōu)秀的“爸爸媽媽”，也并不代表找到了好品種，品種好不好，要看第二代。
“這就是玉米育種‘萬里挑一’的原因。”湯繼華介紹，把兩個(gè)不同的親本相互做1萬個(gè)雜交，得了種子種下去，才能選出一個(gè)好的品種。
而玉米本是舶來品，起源于遙遠(yuǎn)的美洲大陸，在大航海時(shí)代走向世界各地，400多年前才進(jìn)入中國(guó)。既非原產(chǎn)地，育種研究又起步較晚，中國(guó)玉米育種材料相對(duì)缺乏。在傳統(tǒng)模式下，育種工作就像“拆盲盒”，需要不斷地篩選、組合，周期漫長(zhǎng)，充滿偶然性。
培育一個(gè)玉米自交系，常規(guī)需要7—8代，南繁也需要3—4年之久。之后再進(jìn)行雜交、鑒定，過程漫長(zhǎng)。如今，在河南農(nóng)業(yè)大學(xué)，運(yùn)用雙單倍體技術(shù)，使得篩選玉米優(yōu)秀“雙親”的過程大幅縮短，育種創(chuàng)新變成了一種相對(duì)可控、可預(yù)期的過程。
河南農(nóng)業(yè)大學(xué)李浩川教授團(tuán)隊(duì)，便揭示了玉米單倍體自然加倍的細(xì)胞學(xué)機(jī)制，提出基于油分雙閾值提高玉米單倍體自動(dòng)化分選效率和選育出優(yōu)良玉米單倍體誘導(dǎo)系等研究成果。
“現(xiàn)在我的試驗(yàn)田中80%—90%的自交系，都是通過單倍體技術(shù)選育出來的?！痹诶詈拼ǖ膶?shí)驗(yàn)室里，團(tuán)隊(duì)的目標(biāo)是讓抗病的材料和高產(chǎn)的材料獲得百分之百的基因型。什么是百分之百的基因型？“比如說，我們掌握了高產(chǎn)的材料和抗病的材料，這兩個(gè)雜交之后，如果這對(duì)‘雙親’都是百分之百的純合系，它的后代就是既高產(chǎn)又抗病的?！?/p>
從“萬里挑一”到“千里挑一”“百里挑一”，湯繼華說，這是育種人不斷的追求?！盎A(chǔ)研究的支撐越強(qiáng)大，我們掌握的基因足夠多，解開的秘密足夠多，育種效率就會(huì)越來越高，育出好種子的概率也會(huì)越來越大，實(shí)現(xiàn)從‘萬里挑一’到‘千里挑一’?！?/p>
湯繼華說：“基礎(chǔ)研究就是用來解決實(shí)際問題的，玉米種植生產(chǎn)中遇到什么問題，就進(jìn)行相應(yīng)的基礎(chǔ)研究，把基礎(chǔ)研究和應(yīng)用研究結(jié)合起來，科研工作才真正有用?！?/p>
一粒價(jià)值2680萬元種子的基因密碼
在實(shí)驗(yàn)室走廊的展示臺(tái)上，放置著數(shù)十穗玉米，身上貼著不同的標(biāo)簽，玉米穗型雖各不相同，但看上去無一例外的金黃飽滿。
YD268，一個(gè)適合籽粒機(jī)收的玉米新品種。2024年秋天，這粒種子達(dá)成技術(shù)轉(zhuǎn)讓費(fèi)2680萬元，再創(chuàng)我國(guó)種業(yè)界玉米品種轉(zhuǎn)讓費(fèi)紀(jì)錄。
“芯細(xì)、籽粒滿，別看個(gè)頭不大，卻很有分量。”湯繼華指著飽滿的籽粒介紹，它是個(gè)“全能型”品種，具有矮稈耐密植、適應(yīng)區(qū)域廣、宜籽粒機(jī)收，耐高溫、抗倒伏、抗病害等多種優(yōu)良特性，在全國(guó)多地試驗(yàn)點(diǎn)種植檢驗(yàn)，各地區(qū)表現(xiàn)都穩(wěn)定優(yōu)異。
一粒種子如何集諸多優(yōu)勢(shì)于一身？湯繼華做了一個(gè)很形象的比喻：“就像搭積木，把相關(guān)重要性狀的優(yōu)異基因聚合在一起就成了。”
在農(nóng)業(yè)種業(yè)的革新道路上，基因編輯與生物育種無疑是關(guān)鍵領(lǐng)域。但尋找到這些優(yōu)異基因，卻并非易事。玉米基因大約有4萬余個(gè)，目前解析的不足500個(gè)，而已知且能夠用于育種的優(yōu)異基因還不到100個(gè)。
“我掌控著果穗大小！”“玉米棒子軸的粗細(xì)，要聽我的?！薄白蚜９酀{得靠我！”……顯微鏡下，優(yōu)異基因們隆重登場(chǎng)。
玉米散粉期害怕高溫，怎么辦？湯繼華課題組找到“見光散粉”基因，創(chuàng)造性將玉米每天的散粉開始時(shí)間由原來的9點(diǎn)左右提前至7點(diǎn)左右，避開高溫時(shí)段對(duì)玉米花粉的影響，解決了玉米不耐高溫這一“卡脖子”難題。
玉米天敵南方銹病怎么抗？丁俊強(qiáng)團(tuán)隊(duì)多年圍繞南方銹病研究，找到了多個(gè)抗南方銹病的基因，通過分子標(biāo)記選育出的品種都高抗南方銹病。
玉米種植加密，光合作用受影響，怎么辦？陳彥惠團(tuán)隊(duì)尋找的“葉夾角”基因，通過調(diào)控玉米葉子的角度，為加大玉米種植密度提供解決方案。
尋找到合適的基因，也并非萬事大吉。湯繼華介紹：“克隆了基因后，通過基因編輯，將這些優(yōu)良特性的基因進(jìn)行組合，選育出來的優(yōu)良組合放到全國(guó)40個(gè)點(diǎn)做多點(diǎn)試驗(yàn)，在最嚴(yán)苛的環(huán)境下觀察品種的抗逆性，最后選出15到20個(gè)組合進(jìn)入審定程序，才可能選出最優(yōu)的品種。”
未來玉米是什么新模樣
玉米變得越來越高產(chǎn)、越來越抗病，得益于玉米育種技術(shù)的不斷更迭和升級(jí)。今年兩會(huì)期間，智能育種、高蛋白玉米等熱詞引發(fā)關(guān)注，當(dāng)智慧育種落進(jìn)現(xiàn)實(shí)，種子的“含金量”也將不斷提升。
“從傳統(tǒng)的雜交技術(shù)，到分子輔助、全基因組選擇等，玉米育種技術(shù)攻關(guān)一直在向前推進(jìn)，現(xiàn)在我們要去做智能設(shè)計(jì)育種?！睖^華介紹，智能設(shè)計(jì)育種的最終目標(biāo)是培育智能型品種，比如面臨高溫干旱天氣，品種會(huì)進(jìn)行自我基因調(diào)節(jié)，從而達(dá)到抵御氣候的不良影響。
朝著這一未來趨勢(shì)，湯繼華團(tuán)隊(duì)已經(jīng)開始著手研究“環(huán)境鈍感”。“極端惡劣天氣時(shí)有出現(xiàn)，通過改變植物基因，讓植株對(duì)于環(huán)境變化不敏感，降低惡劣環(huán)境對(duì)于植株生長(zhǎng)的影響，從而破解惡劣天氣這一棘手問題?！?/p>
談及未來目標(biāo)，湯繼華目光堅(jiān)定：“隨著生活水平的提高，人們?cè)趶某缘蔑栂虺缘煤棉D(zhuǎn)變，肉蛋奶充裕的背后需要海量玉米的支撐。因此，高產(chǎn)是永恒的追求，我希望能將玉米種植密度提升至每畝5500株、每畝6000株?！?/p>
近年來，湯繼華團(tuán)隊(duì)把黃淮海夏玉米的栽培密度每畝增加了1000株左右，達(dá)到每畝5000到5500株，畝產(chǎn)增加100到150公斤，促進(jìn)了我國(guó)玉米品種的新一輪更新?lián)Q代，為國(guó)家糧食安全作出了貢獻(xiàn)。
高產(chǎn)、抗性日漸提升，玉米品質(zhì)的提升也被提上日程。富鐵玉米、富鋅玉米、甜糯玉米……育種不再只是為了“吃飽”，而是向營(yíng)養(yǎng)健康跨越。
一款新型的低GI玉米種子已經(jīng)培育成功。這是為糖尿病人、健身人群等特別研制的品種，高質(zhì)量淀粉含量50%，意味著升糖速度變慢，更符合人們對(duì)于健康飲食、低碳水飲食的要求。
瞄準(zhǔn)市場(chǎng)需求，調(diào)整育種方向，未來，更多優(yōu)質(zhì)的玉米品種，將促進(jìn)種業(yè)振興，解決種業(yè)“卡脖子”問題，提升我國(guó)玉米種業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力。
記者手記
一粒玉米里的創(chuàng)新圖騰
□本報(bào)記者 樊雪婧
站在4月的大田里，春風(fēng)裹挾著泥土的芬芳。再過不足一月，玉米幼苗將在這片田野上泛起新綠。
撥開明朝的歷史云煙，玉米漂洋過海扎根中原。從“吃飽”到“吃好”，一粒粒種子正在經(jīng)歷蛻變。畝產(chǎn)200斤到畝產(chǎn)2000斤，玉米育種的每一次跨越，都鐫刻著科技與土地的深情對(duì)話。
從跟跑到領(lǐng)跑，河南玉米育種的科技突圍，離不開與太陽(yáng)“競(jìng)走”的育種人。
跟著農(nóng)大的育種人，我曾數(shù)次踏入玉米試驗(yàn)田。
盛夏的試驗(yàn)田里密不透風(fēng)，頭頂是炙熱的太陽(yáng)，身旁是輕易就能劃傷手臂的玉米葉，育種人卻并不在意，手持授粉袋，躬身前行，額頭上滿是密密的汗珠。
晚秋的試驗(yàn)田里盛滿豐收，轟隆隆的收割機(jī)整齊前進(jìn)，脫穗后的籽粒揚(yáng)出一道弧線，落成滿袋的金黃。
育種實(shí)驗(yàn)室里，顯微鏡下的玉米染色體跳動(dòng)著。育種人在它們身上尋找抗病、抗逆又高產(chǎn)的秘密，數(shù)十年如一日的探索中，他們正用基因“剪刀”裁剪出新的時(shí)空維度，重新定義豐收的重量。
從仰韶文化炭化粟粒到如今占全國(guó)產(chǎn)量1/10的河南玉米，這片土地始終用種子丈量文明的尺度。這種打破自然律動(dòng)的勇氣，或許就是中原育種創(chuàng)新的精神圖騰：把對(duì)豐收的渴望，都化作向下扎根的力量。
