玉米育种情况介绍-涂军

玉米育种的现状及展望江苏中江种业股份有限公司涂军2018.5目录•一、国内玉米育种现状•二、发达国家（美国）玉米育种情况•三、玉米育种的发展趋势和机遇•四、公司玉米育种的状况•五、公司玉米育种应对措施及展望一、国内玉米育种现状•1.1研究背景•1.1.1市场：玉米目前是我国第一大粮食作物，全国有5.0亿亩玉米面积，年用种量18亿斤左右，200亿左右产值，是种子行业的黄金产业。江苏实际播种面积700万亩以上，近3000万斤用种量，3亿元产值，1亿元潜在利润空间（每年）。•1.1.2技术：玉米是所有作物中最早和最成功利用杂种优势的作物，也是现代生物技术在农作物上利用最多和最有附加值的作物。•1.1.3竞争：玉米有较为广泛的适应性，玉米种子也是全球范围竞争最激烈作物，有世界五百强参与竞争。一、国内玉米育种现状•1.2组织形式•1.2.1高校和科研院所：课题组制是主要组织模式，以导师或者课题负责人为主，搭配科研助手和辅助人员，具有浓厚的个人意志和师徒传承色彩，比的是武功。•1.2.2传统种业企业：类课题组制，大公司小育种情况相当普遍，作坊式育种，私营的是家庭作坊，比的是匠心和慧眼。•1.2.3新兴种子企业：流水线式现代商业化育种模式，比的是资金和技术武器。一、国内玉米育种现状•1.3应用技术手段•1.3.1多数以常规的育种技术手段为主，包括杂交重组、回交转育、辐照诱变、轮回选择和压力选择等方式创造变异，选择变异达到育种目标，侧重表型选择。•1.3.2少数以分子辅助标记选择目标性状，单倍体诱导加倍选育自交系。一、国内玉米育种现状•1.4研究成果•1.4.1发掘了旅大红骨和唐四平头两大DOM种质资源，衍生出一批优良自交系，支持着中国玉米育种的发展。•1.4.2选育了以中单2号、掖单13、农大108、郑单958为代表的一批优秀杂交玉米品种和杂优模式的建立。一、国内玉米育种现状•1.5杰出单位和个人•中国农科院（北京农科院）、丹东农科院、中国农大、四川农大、登海种业、河南农科院、山东农科院、四平农科院等。•李竞雄、堵纯信、李登海、周宝林、李文华、许启凤、崔俊民、荣延昭、戴景瑞;李登海、宋协良、李国斌、魏巍、蔡世宾、朱勇•省内：农科院、沿江所、淮安所、扬大、大华、宿迁中江等二、美国玉米生产概况1.自然条件•美国国土面积为937万平方公里，人口2.848亿。农业用地为4.183亿公顷，是我国的三倍，耕地面积是我国的1.5倍。•美国玉米带主要集中在中部几个州：爱荷华州、伊利诺伊州、印弟安那州。•玉米带年降雨量800-1000mm，不需要灌溉•广袤肥沃的黑土地：层深达20英寸(50cm)•蓄水保墒，肥力高中美玉米种植区对比38°N43°N2010cornproductionbycounty.FromUSDA爱荷华农业和玉米生产基本情况•纬度：40-43°N（辽宁中北部+吉林中南部）•农场面积：2亿亩（占州面积96%），农场平均面积：145公顷•主要种植玉米（全美第一，2013年约8100万亩，亩产680公斤）、大豆等•玉米—大豆轮作，一年一熟•人口：300万；农民平均年龄：57岁•自然条件：黑土层、光热资源、无灌溉、年平均降水量（815mm）、风能利用2、美国大田玉米生产•种植行距为76cm，株距为15cm左右，密度为5500-6000株•播种时间4-5月；收获时间9-11月；相对熟期79-120天•玉米规模化经营，标准化生产，机械化作业二、美国玉米生产概况玉米种植面积FromFAOSTAT中国和美国1961-2011年玉米单产对比价格USD/Unit种植密度(株/亩)USD/Acre元/亩Non-GMOseedcorn$1604700-5300$64.0065GMOSeedCorn$3005300-6300$120.00122Grain(Corn)$4.63/Bu国家（地区）种粮比USA/Non-GMO35:1USA/GMO64.8:1ECOWA-WestAfrica2.5:1China8-15:1FromUSDA&ChinaMerchantsBank美国玉米种子价格、种植密度美国种业公司概况（1）孟山都公司（2）先锋公司（3）先正达公司（4）AgReliant公司：KWS和Limagran于2000年各以50%股份组建的合资公司，主要目标为北美玉米市场。目前是北美第三大玉米种子公司（5）斯泰公司：全美最大的私人种子公司，控制全美2/3大豆基因（6）Remington公司：主要为孟山都等种业大公司代繁代制种孟山都总部斯泰公司先锋公司总部世界种业前3强先正达孟山都加工厂Remington美国玉米科研“农民是最严格的品种评判者”来自对市场需求的深入分析具有前瞻性（基于历史数据的预测）实事求是，考虑国内实际条件美国玉米科研1、玉米育种目标明确育种目标•耐密植、抗旱、氮高效利用•生育期短，播种至成熟109d•结穗高度一致，苞叶疏松•籽粒灌浆期长，后期脱水快，收获时籽粒含水量降至15%-20%，易于直接收获籽粒•轻简栽培，机械化应用，早熟脱水快（先锋对中国市场未来十年判断）玉米产量目标：每年修正，目前完成25%年份产量kg/mu2000年5502030年1200孟山都未来30年规划：年份每生产100kg玉米所需耕地面积(平方米)1950353.71970176.81997124.2200996.4203053对产量增加的贡献：育种(30%)生物技术(50%)农艺技术(20%)耐密植•国外公司均把高密度作为一个重要的育种目标。•尤其是斯泰公司这样一个私人种子公司育种理念就是高密度育种，种植密度12英寸（30厘米）行距，12英寸（30厘米）株距，密度达7400株/亩。美国玉米生产高密度趋势高密度（12英寸*12英寸）斯泰公司先锋Champaign试验站的“populationwheel”展示•18个品种的在7个密度下的试验，株距8英寸，外圈行宽45英寸，内圈15英寸；•密度：17400、19500、22300、26000、31200、39000和52000株/英亩（2867、3213、3674、4283、5140、6425和8567株/亩）•不同密度下，穗位略有降低，但果穗基本没有变化。抗旱性•美国一直重视提高玉米水分生产效率的研究，FarmShow展会上，孟山都的展示资料表明，从1930’s到1970’s，美国玉米水分生产效率提高了近1倍，而从1970’s到2000’s，水分生产效率又提高了近1倍。美国玉米生产中水分生产效率得到大幅度提升抗旱性•先锋公司：第一代耐旱新产品AQUAmax体系。•2012年在11269个比较试验中，控水环境下比对照增产8.9%，适宜环境下增产1.9%。叶片气孔控制（高效利用水分）、较多的花丝（提高籽粒数）、较深的籽粒（在后期胁迫下保存产量）、高效的根系系统（吸收捕获深层土壤水分）是其获得更高产量的原因。•2012年该体系产品种植了2百万英亩。•目前，正在利用转基因的方式研发第二代抗旱品种产品P1152HR与对照品种产品P1498AM-R与对照品种氮高效利用（1）测试规模大•斯泰公司早代测试12个地点，共约12万测交组合•Agreliant公司AMES试验站的产量测验小区在2001年是35000个，2012年85000个，2013年达到83500个，平均每个品种在6个不同试验点鉴定•先正达测试大致分5个阶段，第一阶段的试验规模是4-6个试验，第二阶段是6-8个，第三阶段是16个，第四阶段是32个，第五阶段是50-54个.（2）测试机械化程度高•孟山都公司在北美测试组需要管理1百万个产量测试小区•播种时使用8行小区播种机，效率1500小区/小时，规模100k小区/台/季•收获时使用2小区（4行）收获机，效率10秒/小区，规模70k小区/台/季，24小时内可收集完数据美国玉米科研2、测试体系完善整地机械以深松为主，松耙结合+秸秆还田的耕作模式精量播种机械田间管理机械收获机械信息采集技术（1）分子标记技术各公司圴已将SNP分子标记技术全面应用到种质资源评价、遗传分析和品种选育研究中，从样品收集、无损（微创）取样、样品整理、分子标记、数据分析均实现高通量、工厂化操作，设备先进，大规模高通量的自动化SNP标记流水线作业。美国玉米科研3、先进的育种技术孟山都公司切片技术：一种高通量的装置，在不破坏整个种子的前提下分析其遗传信息。玉米切片流程：吸种（气吸）→逆时针移转到另一边→通过成像系统调整种子摆放位置（胚乳顶端处于刀口位置）→切片（切下的粉末和余下的种子一一对应分别装于不同的盒子中）。切片技术极大地提高了效率（原先人工1500样品/8小时）美国玉米科研3、先进的育种技术玉米切片机33５＋年2年3年6年4年•基因研发•基因分析研究•基因优化•作物转化•农艺性状研发测试•主导商业化转化株系•转基因工程农艺性状导入商业品种•田间实验•全球法规审批的申请提交•法规审批的批准书•转基因种子的繁殖•进入市场前的准备基因开发基因测试农艺性状测试农艺性状商品化转基因作物产业化（2）转基因技术－过程美国玉米科研3、先进的育种技术（2）转基因育种技术•孟山都公司在转基因育种技术上具有绝对的领先优势。•实现多性状叠加，现已有8个性状的叠加（2种抗除草剂、3种地上害虫、3种地下害虫）•技术更加先进，可实现定向插入，做到基因组精确剪切•转基因种子种植简单化。美国玉米科研3、先进的育种技术•快速•纯合度高•鉴定准确•资源轮转F1F2F3F4F5F6F7F1常规选系需连续自交数代才可获得纯系（上）双单倍体则由F1直接获得（下）DH美国玉米科研3、先进的育种技术(3)单倍体技术•单倍体技术已经全面应用于育种。•Agreliant公司的所有育种材料全部利用单倍体诱导，平均每年授粉数量为10万-12万，2013年DH系数量31,164个（95%为F1诱导）。AgreliantDH系美国玉米科研3、先进的育种技术三、玉米育种发展趋势•企业担当商业化育种主角•企业将全面构建商业化育种体系•先进科技在玉米育种中运用•育种目标体现安全、高效、环保育种目标---安全、高效、环保•一）、N高效：1、N利用吸收高效•2、耐低N环境•二）、H2O高效:1、H2O利用高效•2、耐干旱胁迫•三）、光热高效：1、灌浆快•2、脱水快•四）、劳力高效：1、机械化水平（释放劳力）•2、适合机械化（抗倒）•五）、环保：品种抗病虫能力及上述四点四、中江种业玉米科研育种机构情况•江苏中江种业研究所玉米育种项目（课题）组玉米科研育种人员情况及研究范围•研究人员现有专职玉米科研育种人员3人。其中高级农艺师1人。硕士研究生学历1人。•研究范围玉米科研育种材料创新、杂交组合测配、杂交组合测试、高产栽培技术集成研究及玉米抗性资源筛选改良等。四、中江种业玉米科研育种机构情况•在南京六合开发区、六合区新篁镇、宿迁市、海南省三亚市建有育种基地计120多亩。•在江苏、山东、河南、辽宁、吉林、黑龙江和内蒙等地建有10多个玉米测试点。（一）科研育种基地情况1、南京育种基地——杂交玉米育种（一）科研育种基地情况1、南京育种基地（新集）——杂交玉米育种（一）科研育种基地情况2、宿迁杂交玉米育种基地（一）科研育种基地情况3、海南杂交玉米育种基地（一）科研育种基地情况3、海南杂交玉米育种基地（一）科研育种基地情况4、东北杂交玉米测试点（一）科研育种基地情况5、西北杂交玉米育种生产试验基地育种方向：高产、优质、抗病、适应性强杂交玉米新品种选育。每年组配4000多份杂交组合进行小区品比、鉴定筛选。技术思路：在材料创新及选择过程中注重加大矮杆抗倒伏、紧凑耐密植、早熟脱水快等农艺性状及产量性状的选择压力。二、科研育种工作进展1、杂交玉米育种方向及技术思路高密选择育种材料高密选择育种材料按照既定的育种目标、加快种质资源创新，加大国内外种质的引进和筛选力度，创新选育新型二环系，定向回交改良已有自交系的抗病性、丰产性和适应性，不良性状得到有效改善，其一般配合力、特殊配合力均有提高，成为新