山东玉米产业发展分析与展望2012020-农业产业技术体系

玉米产业发展分析与展望（2016-2020）玉米是世界第一大作物。近40年来，世界玉米总产量、播种面积和单产不断上升，目前总产量在8亿吨以上，播种面积超过22.5亿亩，单产达到347公斤/亩。美国和中国为主要玉米生产国，占世界的60%。随着燃料乙醇等生物质能源的广泛应用，世界玉米的需求快速增加。玉米也是我国第一大作物，种植面积和产量占有份额均在50%以上。上世纪90年代以来，我国玉米生产发展比较快，为全国粮食增产做出了巨大贡献。从1990年到2015年，玉米总产量从988亿公斤增加到2245.8亿公斤，净增1257.8亿公斤；玉米种植面积从3.2亿亩增加到5.7亿亩；单产从308公斤/亩提高到393公斤/亩，提高了28%。这期间，全国粮食总产量增加了1572亿公斤，其中玉米对全国粮食增产的贡献率超过80%。预计2020年，我国经济社会对玉米的总需求为2.5亿吨，玉米对全国粮食增产的贡献率将达到90%，对我国粮食安全具有举足轻重的作用。1.玉米种子产业在当今化肥和农药的供应满足大田生产需要的前提下，作物产量的增长主要靠品种的遗传改良。我国改革开放30多年来，杂交玉米新品种的选育和推广取得了突飞猛进的发展，先后选育推广了以郑单958、中单2号、丹玉13号、掖单13号和农大108等为代表的一大批优良玉米新品种，促进了玉米单交种的5次更新换代，为我国玉米生产乃至粮食安全做出了积极的贡献。新品种在产量、抗逆性等方面的不断突破对玉米产量的提高起到了关键作用，而这些突破正是得益于育种技术的不断改进。种子是最重要的农业生产资料，优良品种对农作物增加产量和改善品质起着至关重要的作用。控制种子，就掌握了农业竞争的主动权。因此，在当今世界，各国政府都把加强种子科技研究，推动种子产业发展，列为促进农业发展的重要举措。1.1玉米育种现状及问题1.1.1玉米育种现状1.1.1.1育种投入加大作物新品种培育与种子生产是高度本土化的产业，严格受制于地域、环境、土壤、气候条件等多种因素，且周期较长，需要较多的投入。种子从投资研发开始、到培育出产品，然后生产、推广、营销及售后服务，最终获得利润，至少要经过10年左右的漫长周期。近年来，美国联邦政府对农业科技研发的投入约为20亿美元，占联邦政府研发总投入的2％左右。先锋公司将研发领域的投入作为企业的核心优势，每年投入销售额8-12%的资金用于玉米育种研发，经费达2亿多美元。经过多年的努力，先锋公司终于培育出先玉335系列玉米杂交种，获得了农民的认同。1.1.1.2育种更加细化，根据不同层次需求和不同地区生产条件进行抗逆性育种。当前保护生态环境和围绕生产成本的竞争越来越激烈，耐旱和耐贫瘠种质改良深受重视。抗病虫育种。病虫危害除直接影响玉米品质外还造成玉米倒伏、严重影响产量；植物病原菌经常发生变异，抗病虫育种任重道远。因此育种家应掌握足够的抗病虫育种资源和多基因遗传系统。美国GEM计划、Iowa州立大学（ISU）和CIMMYT等培育并发放了大量抗病虫资源。优质专用型育种。《全国种植业结构调整规划（2016-2020年）》指出，适应市场需求的品种结构是，适应消费结构升级，不仅要数量充足，还要品质优良，发展优质农产品、专用农产品、特色农产品。如美国提出高营养玉米的新概念，目标是增加籽粒中的赖氨酸、色氨酸、蛋氨酸、含油量和有效磷含量，均衡提高饲料玉米的营养价值，充分提高资源利用效率，减少畜牧养殖业对环境的污染。青贮玉米是反刍动物的优质饲料来源。美国Wisconsin大学是青贮玉米研究中心，培育了一批高能量、低纤维素、高蛋白的青贮专用育种材料，如WisconsinQualitySynthetic（WQS）、WFISIHI和WFOSIL0。1.1.1.3新技术广泛应用于玉米育种中现代生物技术是常规育种技术的升级工具和补充，无论转基因还是分子标记辅助育种，都是性状改良或选择的新手段。通过农杆菌介导等方法获得极早熟转基因材料，须经过回交、自交等常规育种手段才能导入优良杂交种的亲本。分子标记技术只是辅助常规育种提高性状的选择效率，这两种新的育种工具均离不开常规育种框架。美国各公司均重视常规育种技术研究，注重拓宽种质基础；重视常规育种技术积累和人才结构，常规育种与生物技术结合是玉米育种的发展趋势。普遍采用双单倍体育种技术。先锋公司在单倍体诱导系中加入标记基因，用于单倍体筛选，建立了加倍前的分子标记（如抗病、抗逆性状）选择技术，极大地减少了加倍工作量，使单倍体技术成为选育自交系的重要手段。在抗虫、抗除草剂转基因玉米育种过程中，用分子标记在杂交和回交分离群体中对外源基因进行鉴定与筛选。双单倍体育种是选育自交系的重要手段，推动热带种质快速改良。无论先锋还是孟山都公司，都将单倍体诱导技术作为创造育种材料的重要手段。自交系分子识别。美国玉米自交系均有详细的系谱记载，在此基础上建立了分子标记指纹图谱，因此我国育种者应当慎用美国保护期内的玉米自交系。技术优化和多基因叠加转基因玉米已在生产上应用。第一代抗除草剂、抗虫转基因玉米产品由于外源基因插入引起的非预期效应，一定程度上降低产量。目前，孟山都公司进一步优化了载体构建和遗传转化体系，实现基因定向转移，创造出新型抗虫、抗除草剂转基因产品，不再影响产量等性状表现。新型抗除草剂、抗虫转基因玉米品种可增产11%左右。同时，拥有8个基因（2个抗除草剂基因和6个抗虫基因）的转基因产品即将上市。该产品的上市可以尽量规避杂草对除草剂的抗性风险，预防“超级杂草”，也可以抗多种病虫害。信息技术。在全球化的育种项目中，如果信息不能集中并统一科学管理，实验系统中的误差积累会使科学实验变得没有任何意义。整个工作流程必须通过合理的分工，才能实现数据化育种。大型的育种数据库，整合谱系信息，育种流程信息，实验数据信息，育种人员信息，实验站操作信息是数据化育种的基础，没有这些，育种人员得到的，只是积累了海量误差的一堆excel表格。即便是对于经典育种，利用信息技术升级提高育种效率也是势在必行的。1.1.2我国玉米育种存在的问题1.1.2.1新品种选育技术滞后，条件设施不配套我国玉米杂种优势利用技术比较先进，但与西方发达国家相比，支撑种子产业发展的能力还有较大差距。在发达国家，数量遗传学原理和现代统计学技术、分子标记辅助育种、品种基因型与环境互作及气候环境分类、杂种优势预测、双单倍体育种、转基因育种等方面都已经在跨国种子企业得到了广泛应用。我国在这些技术领域相对较封闭，缺乏国际合作与交流，育种的数量遗传学基础薄弱，统计学技术应用不普遍不深入，与国外差距呈扩大趋势，缺少具有自主知识产权的目标基因，尚未建立规模化转基因操作技术平台，分子标记辅助育种研究进展缓慢。现有设施和科技项目投入分散，低水平重复较多、未能形成引领产业发展的现代育种技术平台；布局有待优化，装备水平急需提升。1.1.2.2种质资源研究滞后、共享率低种质资源是育种的基础。发达国家拥有庞大的公益性研究机构从事大规模、程序化、数据化、永久性的种质改良、创新和利用平台，支撑种子企业的技术和产品创新研发。企业在重视种质资源收集、改良与创新的同时能够实现企业内部全球各试验站之间即时交流和共享。我国从事玉米种质资源基础研究的单位很少，育种家在种质资源改良、创新和利用方面比较重视玉米的抗病性和丰产性，忽视抗逆性的深入研究。育种科研单位很多，包括企业在内，我国玉米育种者的数量远远多于美国，但规模小，互相重复且高度分散，研究水平低，同一单位各课题组之间都难以实现资源交流和共享，在整体上降低了育种效率，形成不了核心竞争力。目前我国保存的种质资源利用率不足5％，并缺乏有效、深入和规范的评价数据。缺乏前育种研究，对育种研究的支撑作用很微弱。1.1.2.3育种体系及方法差异、限制规模发展在育种目标方面，国外的优良品种除具有常规的优质、高产、抗病、抗逆特性外，还具备种子耐加工损伤，栽培管理简约、适宜高速精量机械播种、机械去雄和产品适宜机械收获的优点。跨国企业的育种家以配合力和产量测试数据为主要依据选育自交系和杂交种。该方法是建立在长期多点、大规模测试和计算机数据管理的基础上，具有高效率和持续稳定等优点。先锋公司在全世界设立1000多个测试基地，每年测试上百万组合。不同气候和土壤类型条件下所有数据采集、分析均通过机械和电子设备程序化作业完成。经统计分析和多轮淘汰，筛选出优秀的杂交组合进入商业推广。每个杂交种在商业化之前至少在150多个试验点和200多个农民地块进行测试。程序化和标准化是规模化商业育种的管理基础。我国育种家多采用以表型鉴定为主的经验育种法培育自交系。首先根据经验对目标性状做出预期，在田间根据预期进行人工选择，具有一定的偶然性和较多的不确定性。过分依赖育种家的经验限制了育种规模的扩大。由于科研单位育种规模小、设施条件不足和缺少经费等限制，多数只在育种本部设点测试，少数较大的单位也仅设3-5个测试点，每个试验点土地规模小且管理粗放。1.2种子生产、加工、销售行业现状及问题新育种技术的应用使大量优良品种不断出现，也需要对育种行业大量的投入，国家对农业的投入远远不能解决这种需要，美国玉米育种取得成功也得益于其领先世界的种子行业，杜邦、先锋、孟山都、先正达等一批先进的大型跨国种子公司更是在世界种子行业中获取丰厚利润。他们在多年的发展中也累积了大量优势，在种业的激烈竞争中游刃有余。我国是一个农业大国，常年农业用种量在125亿公斤左右，巨大的种子需求量使得我国种子市场日趋成为国际种业竞争的焦点。2002年我国加入世界贸易组织后，这既给我国种业发展带来了一定的机遇，也使我国种业面临着资金、技术和经营优势的国际跨国种业集团的挑战。如何使我国种业适应新的形势需要，加快技术创新和体制创新，立足国内市场，着眼于国际市场，把我国种业做大、做强，是我国种业发展必须解决的问题。1.2.1种业现状1.2.1.1行业高度集中，企业规模越来越大在发达国家，由于长期的竞争，企业不断的并购重组，种子行业已经形成了寡头垄断的格局，少数几家大的种子集团垄断了世界种子行业的大部分市场。行业的集中一方面有利于实现资源优化配置、产品优势互补和提高经济效益，另一方面有利于充分发挥种业集团公司的规模优势。根据国际种子贸易联合会1998年统计，1998年世界种子年营业额超过1亿美元的企业有22家，其中美国有8家，法国有5家；这22家企业当年的营业总额达到了75亿美元，约占世界种子市场份额的50%左右。在美国的玉米种子市场上，共有190多家经营机构，其中营业额排在前十位的十家企业占据了市场份额的80%，其中先锋公司占了40%，迪卡占了10%。墨西哥的圣尼斯公司则拥有世界蔬菜种子市场份额的26%。种种迹象表明，未来世界种业的集中程度会越来越高，将逐渐形成少数几家跨国公司垄断经营世界种业的格局。2010年世界玉米种子市场份额如下：孟山都，33%；先锋，30%；先正达，9%；Agreliant，7%；陶氏益农，4%；其他，17%。1.2.1.2高新科技和人才成为未来种业竞争的焦点种业竞争的焦点之一—生物技术目前，世界种业研究已从传统的常规育种技术进入依靠生物技术育种阶段。科学家已从单个基因的测序转到有计划、大规模地测绘水稻等重要生物体的基因图谱，全世界已有6000多项农作物方面的生物技术研究成果进入田间试验。所以这些都表明，未来世界种子产业竞争的焦点主要是生物技术，尤其是基因工程和细胞工程。生物技术向人类展示了种业的巨大发展潜力，创造着农业革命的未来。许多发达国家已明确提出了“向生物技术要产量”的口号，如美国先锋公司利用转基因技术，已开发并推广了转基因抗虫玉米、抗除草剂玉米和转基因大豆，效益显着。生物技术的产业化发展也推动了种子产业的并购重级，加速了行业的集中。如美国孟山都公司在收购迪卡公司以后，又以17亿美元收购了德尔塔与松地种子公司，进入了农业生物技术育种的领域。种业竞争的焦点之二—人才人才是企业发展最重要的因素。一方面，企业需要大批科研人才，即育种专业技术人才，这是把科技物化为生产力的重要因素，是提高种子企业科技创新能力、增强发展