“十五”期間，八六三計劃增設(shè)了現(xiàn)代農(nóng)業(yè)技術(shù)主題。該主題的設(shè)置旨在突破一批對我國農(nóng)業(yè)發(fā)展和農(nóng)業(yè)高技術(shù)產(chǎn)業(yè)開發(fā)帶動性強、覆蓋面廣、關(guān)聯(lián)度高的核心技術(shù)、共性技術(shù)和配套技術(shù)，重點開發(fā)一批農(nóng)業(yè)高科技產(chǎn)品，獲得一批國內(nèi)外專利，建設(shè)一批農(nóng)業(yè)高科技中試與產(chǎn)業(yè)化示范基地，形成一批新興農(nóng)業(yè)科技產(chǎn)業(yè)和新的經(jīng)濟增長點，培育一批農(nóng)業(yè)高科技企業(yè)，大幅度提升我國農(nóng)業(yè)高技術(shù)研究和開發(fā)水平，力爭五年內(nèi)初步建立我國農(nóng)業(yè)高科技創(chuàng)新體系。

幾年來，該主題在農(nóng)作物高效育種技術(shù)及優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)、多抗、專用新品種培育、現(xiàn)代節(jié)水農(nóng)業(yè)技術(shù)與新產(chǎn)品、擴繁及現(xiàn)代養(yǎng)殖關(guān)鍵技術(shù)、優(yōu)質(zhì)高抗專用林草新品種選育技術(shù)、現(xiàn)代農(nóng)業(yè)信息技術(shù)與精準農(nóng)業(yè)等方面取得了很大進步。

農(nóng)作物雜交育種，這是很多人都了解的，就是通過有性雜交的方法培育新品種。如一個品種具有高產(chǎn)的優(yōu)良性狀，另一個品種具有優(yōu)質(zhì)的優(yōu)良性狀，將這兩個品種雜交，后代就可能育出既優(yōu)質(zhì)又高產(chǎn)的新品種。傳統(tǒng)的雜交育種都是育種專家根據(jù)育種材料及其后代的“外貌”(即表型性狀)，在田間直接選擇的。

“近年來，一種新的育種方法———分子育種正在全世界興起。目前國內(nèi)外對分子育種技術(shù)有多種解釋，我理解它是通過分子技術(shù)對育種的目標基因和目標性狀進行轉(zhuǎn)移和選擇，進而培育出優(yōu)良的新品種，通俗說法就是在分子水平上進行育種操作。使用分子育種技術(shù)可以不受外界環(huán)境條件的影響，在實驗室內(nèi)直接對控制目標性狀的基因進行選擇，它代表著作物育種的發(fā)展方向。”當我們來到中國農(nóng)業(yè)科學院時，國家863計劃生物和現(xiàn)代農(nóng)業(yè)技術(shù)領(lǐng)域“主要農(nóng)作物虛擬分子設(shè)計育種課題”負責人向我們講解了分子育種問題。

傳統(tǒng)育種技術(shù)的缺陷和分子育種技術(shù)的誕生

據(jù)估計，在促進糧食產(chǎn)量增加的諸多科技因素中，育種的貢獻占1/3以上，然而目前人們使用的主要是常規(guī)育種技術(shù)，它存在三方面的缺陷：一是育種周期長，從雜交到育出品種一般需要七八年甚至十多年;二是效率低，每年要配制幾十甚至幾百個雜交組合，常常是能從中選出一個品種就很不錯了;三是預見性差，一般很難預測雜交后代的表現(xiàn)，有時即使成功，也不明白其中的真正原因。

常規(guī)育種的這些問題已經(jīng)困擾育種專家?guī)资辏涓驹蚴侨藗儧]有找到控制育種目標性狀的基因。

在基因組學的推動作用下，產(chǎn)生了一項新的育種技術(shù)———分子標記輔助育種。該項目的科研人員以培育抗病品種為例解釋：“傳統(tǒng)育種技術(shù)要培育抗病品種，通常是用抗病品種做親本，與具有其他優(yōu)良目標性狀(比如抗倒伏)的品種雜交，從產(chǎn)生的后代中進行選擇，這樣的選擇要進行5-6代。但如果選擇時田間沒有發(fā)病，就無法確定后代是否具有抗病性，這樣經(jīng)過多年選育出的材料最后可能發(fā)現(xiàn)是感病的，結(jié)果就前功盡棄。而采用分子標記輔助育種技術(shù)首先就是要找到抗病基因的分子標記，然后利用找到的標記對育種親本及后代進行選擇。”

據(jù)專家介紹，使用分子育種技術(shù)不受時間、地點的限制，能有效地解決常規(guī)育種長期未能解決的問題。

建立分子育種數(shù)據(jù)庫

分子育種是建立在掌握大量基因信息基礎(chǔ)上的。基因組學每天都產(chǎn)生大量的數(shù)據(jù)，其中有一部分正是分子育種所需要的。但這些數(shù)據(jù)分散于世界各地的數(shù)據(jù)庫中，對一般育種專家來說，從中獲得這些數(shù)據(jù)就像大海撈針一樣困難。因此需要將分散于這些數(shù)據(jù)庫中與分子育種有關(guān)的數(shù)據(jù)提取出來，建立一個專門的數(shù)據(jù)庫。

在“主要農(nóng)作物虛擬分子設(shè)計育種課題”中，有一項內(nèi)容就是建立我國的分子育種00數(shù)據(jù)庫。“我們課題組目前已經(jīng)完成了數(shù)據(jù)庫骨架的建構(gòu)，初步建立了DNA與蛋白質(zhì)數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)格式、物理模型，為數(shù)據(jù)庫的建立奠定了基礎(chǔ)。目前，庫中該數(shù)據(jù)庫中已保存一大批DNA數(shù)據(jù)，其中包括基因104085個，分子標記1416個。”

開發(fā)有中國自主知識產(chǎn)權(quán)的分子標記

分子標記輔助育種的另一個基本條件是要擁有大量的分子標記。“需要指出的是，到目前為止，我國使用的主要是國外的分子標記，不僅數(shù)量不能滿足需要，而且使用這些標記常常受到限制。此外，目前所用的分子標記大部分只是和目標基因相連鎖，其本身并不是目標基因。因此有必要開發(fā)具有我國自主知識產(chǎn)權(quán)的新一代分子標記。這種新一代分子標記本身就是目標基因的一部分，使用這種標記可以對基因直接進行選擇。

“目前，課題組已建立了大規(guī)模開發(fā)新型分子標記的技術(shù)體系，利用該技術(shù)體系，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了2萬個后選分子標記，有1000多個有功能的分子標記已得到驗證，其中有258個可以在小麥、水稻、玉米、大麥等四種作物上應用。這是我國第一次大規(guī)模進行分子標記的開發(fā)，目前已為國際水稻所提供了98個分子標記。”專家介紹到此時，喜悅之情溢于言表。

開發(fā)“計算機種地”軟件

據(jù)介紹，作物育種涉及的基因數(shù)量多，育種后代的群體大，而且受自然環(huán)境的影響。因此，計算分析必須借助于計算機才能完成。最新的方法是在計算機上進行品種“設(shè)計”和“育種”，這就是品種設(shè)計與虛擬育種。這種方法能縮短育種周期，提高育種效率。

品種設(shè)計與虛擬育種的主要內(nèi)容包括利用數(shù)據(jù)庫提供的種質(zhì)資源信息、基因信息，設(shè)計最佳的親本組合、分析基因的效應，根據(jù)基因在育種不同世代的分離情況設(shè)計最佳群體。模擬育種材料在不同條件下的生長發(fā)育，制定出一套最佳的育種方案。“課題組的任務之一是編制一些模擬軟件。雜種優(yōu)勢分析軟件、部分標記輔助選擇預測軟件、數(shù)量性狀分析軟件的編制目前已完成，其中數(shù)量性狀分析軟件已廣泛應用于國內(nèi)外。當然，計算機‘育種’必須與育種實踐相結(jié)合，受實踐的檢驗，并根據(jù)實踐結(jié)果對軟件進行修改，這就是一個實踐—理論—實踐循環(huán)往復的過程。”

將分子育種數(shù)據(jù)庫、分子標記、基因資源信息及分子育種計算機軟件匯總在一起，建立一個“分子育種信息平臺”即“中國作物分子育種信息網(wǎng)”，目前該網(wǎng)在建設(shè)之中，主頁設(shè)計已完成，預計年底可以開通，到時候我國的分子育種科技工作者就能夠從網(wǎng)上及時找到所需的信息。

最后專家指出，計算機模擬分子育種技術(shù)必須和常規(guī)育種方法結(jié)合起來，才能出成果。當前的努力方向應該是逐步提高分子技術(shù)在分子標記輔助育種中的技術(shù)含量，從而實現(xiàn)真正的分子育種，實現(xiàn)作物育種由“經(jīng)驗+藝術(shù)+機遇”向科學轉(zhuǎn)變。

■鏈接

分子育種數(shù)據(jù)庫包含九個應用子庫

1.基因表達序列標簽數(shù)據(jù)庫;2.蛋白質(zhì)數(shù)據(jù)庫;3.分子標記數(shù)據(jù)庫;4.轉(zhuǎn)錄因子數(shù)據(jù)庫;5.抗病基因數(shù)據(jù)庫;6.抗逆基因數(shù)據(jù)庫;7.蛋白激酶數(shù)據(jù)庫;8.原始文獻數(shù)據(jù)庫;9.同源序列數(shù)據(jù)庫和功能基因分類管理數(shù)據(jù)庫。

虛擬分子設(shè)計育種取得成就的應用全景

1.開發(fā)的通用分子標記可用于水稻、小麥、玉米等多種作物的分子育種，解決我國分子育種缺乏分子標記問題。構(gòu)建三大作物比較分子圖與比較性狀圖對于三大作物的信息共享將具有重要價值。

2.建立的計算機模擬育種體系可以有效提高親本選配與后代選擇的成功率

3.獲取的攜帶已知重要基因的優(yōu)異種質(zhì)(抗病、抗逆、優(yōu)質(zhì))可以廣泛用于全國的分子育種與常規(guī)育種，培育出一批優(yōu)良新品種

4.建立的數(shù)據(jù)庫與信息網(wǎng)站，可以使科研人員正確迅速的獲取所需數(shù)據(jù)，大大縮短科研周期。

■我說863

喻樹迅(現(xiàn)代農(nóng)業(yè)技術(shù)主題專家組組長)

863計劃現(xiàn)代農(nóng)業(yè)技術(shù)主題遵循“有限目標、重點突出;加強創(chuàng)新、提高競爭;建設(shè)技術(shù)平臺，加強集成應用;大力推廣產(chǎn)業(yè)，實現(xiàn)跨越式發(fā)展”的原則。

主題自2001年立項以來，在專利申請和標準制定、技術(shù)突破和工藝創(chuàng)新、新品種培育和新產(chǎn)品研發(fā)、人才培養(yǎng)和隊伍建設(shè)、基地建設(shè)和企業(yè)培育方面取得了一系列重要進展和突破性成果。

據(jù)不完全統(tǒng)計，主題共申請國內(nèi)外發(fā)明專利222件，授權(quán)72件，獲省部級以上成果158項，審定新品種566個，獲保護權(quán)41個，累計推廣面積4.3億畝，出版專著67部，發(fā)表論文2223篇，SCI、EI收錄論文135篇，成果創(chuàng)直接經(jīng)濟效益115.5億元。

重大成果主要體現(xiàn)在超級雜交水稻、優(yōu)質(zhì)、多抗棉花新品種選育、新型緩/控釋肥料技術(shù)、樹木體細胞胚胎發(fā)生及其產(chǎn)業(yè)化方面。溫敏核不育基因輔助群體改良技術(shù)，早熟不早衰生化遺傳輔助育種技術(shù)體系，生物工程技術(shù)與常規(guī)育種技術(shù)相結(jié)合技術(shù)，將遠緣有利基因?qū)氤夒s交稻、棉花親本材料中，選育出畝產(chǎn)可達900公斤的超級雜交水稻組合;培育成優(yōu)質(zhì)棉01-618品系，絨長36mm，比強40cN/tex，mic3.7-4.0，育成我國第二個擁有自主知識產(chǎn)權(quán)雙價轉(zhuǎn)基因抗蟲棉中棉所45，成功克隆水稻抗稻瘟病基因P19、抗白葉枯病基因Xa21、棉花早衰基因Ghcysp、水稻抗病信號轉(zhuǎn)導與調(diào)控基因BWMK1和OsLSD1，用基因芯片技術(shù)研究超級雜交稻F1代雜種優(yōu)勢形成的分子基礎(chǔ)，建立落葉松優(yōu)良無性系、落葉松雜種新種質(zhì)材料細胞系庫，成功研制了緩釋尿素、控釋磷銨、新型緩釋劑和綠色控釋多養(yǎng)分肥料，能顯著延緩尿素在土壤中的水解速率和減少氮素損失，能顯著減少土壤對磷的固定和氮的損失，提高利用率和延長肥效。