玉米商业化育种新趋势

1、育种是，通过创造遗传变异、改良遗传特性，以培育优良动植物新品种的技术，以遗传学为理论基础，并综合应用生态、生理、生化、病理和生物统计等多种学科知识通过各种选择方法，在个体中发现和富集符合育种目标的等位基因族群1.田间实验机械化2.实验数据收集实时化3.分子育种功能化、个性化4.育种选择智能化5.育种资源选择精细化1.1田间试验设置特殊大型农机难以施展，小型专用农机极度匮乏 （1）田间试验因其自身特点及特殊设置，导致试验品种多、种植面积小、需要重复多次并单独收获计产，致使大型农机无用武之地。(2)由于用户 较少 ，国内大中型农机厂家几乎没有针对田间试 验用机械的生产和研发。其研发重 点是适合于大

2、田应用的大型农机设备； (3)国外试验用机械虽然技术成熟 ，如奥地利、瑞士等国家，但因价格不菲而无力承受。国内少数小型厂家偶尔也有仿制，到目前技术仍不过关，操作过程中易出机械故障。可行 、实用、高效的中小型农机设备极度缺 乏，给田间试验机械化带来困难。万般无奈 也只有继续采用人工方式操 作，但近年来由于物价上涨等因素影响，各区试站 (点)经费 明显不足，临时工工资普遍较低，再加上其 工作的不连续性等原因，导致青壮年劳力根本雇不到。 面对严峻形势，迫于空前压力，各区试站 (点) 为了节约试验经费，提高工作效率，保证各项试验任务按期完成 。大家千方百计，互相交流、借鉴，通过购买、改装山地机械等方式

3、来提高田间试验的机械化水平。凭心而论，依各区试站 (点 )目前的经济实力(农业院校及科研单位除外 )，单凭自身力量实现田间试验机械化是不可能的。充其量也就小打小闹，属心有余而力不足 。 随着国家对农业领域持续投资，再加上深得民心的政策支持，我国农业科技、农业 机械化水平必将取得更大发展。我们的田间试 验也应与时俱进，有计划分步骤实现田问作业机械化、观察记载数字化 、数据处理自动化。大量农业科研装备的配置给试验工作带来了极大的便利和无限的想象空间，同时也给品种试验提出了新课题 。 作物育种过程中具有不断产生数据的特点，在田间如何及时、快速、高效地获取玉米生长发 育的准确数据一直是作物育种的瓶颈。

4、近年来，育种数据采集方法有了长足的发展。 图中，提供了一个概念性的数据关系结构，包括基因型、表现型、育种信息、性状 信息和环境信息5大类数据。其中，每个方框都代表 一组具有特殊属性的数据，可以存储在一张或多张数据表中，以便于与其他数据协同使用，为育种决策提供支持。箭头标示了关联信息的影响关系，如环境信息通过基因型产生一组表现型，育种信息和性状信息都可以直接施加于基因型，从而产生新的基因型。基因型是作物育种的基石，录入了自交系及种 质资源的详细信息、分子标记和 DNA测序，未来还会包括DNA修饰的表观遗传信息等。这些信息描述了种质资源的根本特性，用于研究系谱结构和材料之间的亲缘关系，为亲本选择提

5、供必不可少的参考。对应表现型数据可以用于数量性状的基因定位、发 现新基因和建立基因调控网络，为转基因性状育种服务。 表现型是基因型在不同环境条件下的具体表现录入了包括宏观性状如产量、株高、叶面积的动态变化，也包括基因表达的mRNA、蛋白质和代谢物等微观性状的动态变化信息。这些数据随时间、环境和基因型而变化，所以一个基因型可有许多表现型数据集与之对应。育种信息包括了杂交组配、亲本和后代选择以 及田间试验设计的信息，录入了杂交组配、后代选择的规则和评估材料的试验处理信息，来源于育种家经验和知识的积累凝练，再为育种家进行数据分析和材料选择提供支持。 性状信息是多数公共育种数据管理系统所没有 考虑的数

6、据，录入了包括各种各样的基因信息，如 QTL定位和转基因事件以及不同性状或基因之间的叠加信息，是转基因育种所必备的信息。 环境信息是地理位置与育种相关资料的属性， 录入了地理坐标、气候、土壤、耕作、管理等信息，综合起来构成一个育种试验环境，基因型在这个环境中的表现构成一个表现型数据集。由于生物体的复杂性和对环境反应的差异性，决定了基因型在不同环境下的表现不尽相同，这就是基因型与环境的互作。 这些数据之间都是相互影响和关联的，数据之间的关系并非一成不变，这些数据的总和构成了作物育种数据管理系统中的核心数据库。根据每个育种公司和育种计划，这些关系需要重新调整，便于适应特殊需要。国际农作物育种已进入

7、分子育种时代，以分子标记、转基因育种技术已成为植物育种发展的重要方向，为保证国家粮食安全，应尽快整体提高我国在这一领域的国际竞争力。目前，国际生物学已进入了系统科学的新时代。海量的“爆炸式”增长的生物信息为分子育种和品种分子设计奠定了良好的信息和理论基础。分子标记及转基因技术的发展与应用，为实施品种分子设计提供了重要的技术支撑。国外已经纷纷启动分子设计的前期工作。美国农业部在十几个研究单位投资建立各种作物的生物信息数据库；美国先锋公司、澳大利亚昆士兰大学以及国际玉米小麦改良中心在基因型到表型建模、基因型与环境互作分析及育种模拟等方面开展了研究。分子育种：主要包括分子标记育种，转基因育种和品种分

8、子设计育种三个方面。通过综台利用基因组学、生物信息学、计算机模拟与遗传育种学等多个学科的理论和方法，植物分子 育种可对植物从表型到分子等多个层次进行遗传操作，有助于大幅度提高育种效率，最终实现植物品种的定向遗传改良。目前建立起来的分子标记技术可分为三类：1.基于DNA杂交的分子标记（RFLP)2.基于PCR技术的分子标记（RAPD，SSR）3.单核苷酸多态性标记（SNP)表现稳定，多态性直接以DNA形式表现，无组织器官、发育时期特异性，不受环境条件、基因互作影响数量多，理论上遍及整个基因组；多态性高，自然界存在许多等位变异，无需专门人为创造特殊遗传材料，这为大量重要性状基因紧密连锁的标记筛选创

9、造了条件对目标性状表达无不良影响，与不良性状无必然连锁；部分标记遗传方式为共显性，可鉴别纯合体与杂合体；成本不是太高，一般实验室均可进行。对于特定探针或引物可引进或根据发表的特定序列自行合成现代计算机技术促进了作物育种技术的数字化进程。随着作物性状数据采集技术的发展成熟，作物育种过程中产生的数据呈指数增长，促使传统作物育种技术变革。作物育种过程中产生的数据类型十分复杂，数据的存储、分析和利用是作物育种技术的一个组成部分，促成了现代数字育种技术的迅猛发展。完善的育种数据管理系统除核心数据库外，还包括多项数据分析模块，包括系谱树和亲缘分析、分子标记和基因定位、数据采集和性状分解、杂交组合和后代选择

10、、育种策略分析、田间试验设计和统计分析、生长发育系统模拟和基因功能和调控网络等。数据分析模块可以根据作物育种实践的实际需要进行组合，但并非所有模块都是必需的。作物育种数据管理系统可以包括图中概念模型中的一个或多个组件，数据库是系统必不可少的 核心组件。除了数据库之外，各种组件都是可选的，实现特殊功能的附加组件都可随时加入系统。这是一个可扩展组合系统，除了其核心数据库之外，可以根据业务时空发展需要逐步完善。根据计算机软件开发平台的不同，可以在多个水平上实现这样的系统。一般分为单机版、客户机 - 服务器版和远程 云计算版。孟山都、杜邦先锋、先正达等各大种企都建有自 成体系的私有数据库和管理系统，且

11、功能十分先进与完善，存储了整个产业链条从研究部门到销售部门的各种相关数据资料，这些私有数据库系统，其结构、功能及内涵的商业机密是保密的，但可以肯定都具备海量数据的超大存储能力、复杂数据的高效分 析能力、庞大系统的科学管理能力，能够为研究、管理人员提供简捷、高效、精准的服务，更好地完成相 关应的育种研究。五.育种资源选择精细化 作物种质资源中保留着大量的优异基因。由于缺乏合适的统计方法，作物种质资源中蕴藏的丰富遗传变异还未能充分发掘和利用。连锁不平衡分析是对基因（或已定位的高分辨率QTL）的功能进行鉴定的有效方法。DNA测序技术和高通量SNP分析等技术的发展，使利用连锁不平衡法进行优异基因的发掘

12、成为了可能。 连锁不平衡 (Linkage disequilibrium,LD)指的是不同遗传标记间存在着的非随机组合现象。 座位间的遗传是使连锁不平衡在群体中得以长期保持的主要机制。 基本思想：通过测定标记位点与潜在的QTL 之间的连锁不平衡程度即可断定QTL所在的位置。通过检测遍布基因组中的大量遗传标记位点或者候选 基因附近的遗传标记，寻找与QTL紧密连锁而表现出与QTL相关的位点。用于性状与标记的关联分析（不需要使用作图群体），随后可用于分子标记辅助选择（MAS）应用于研究自然群体和种质资源库的遗传多样性、群体结构和作物的遗传改良。1.通过LD作图发掘优异基因 2.利用连锁不平衡分析进行

13、QTL精细定位发掘基因3.单倍型标签SNP与连锁不平衡结合发掘基因 LD作图亦称为关联作图(association mapping)，是一种基于LD的将遗传变异与目标性状表型联系起来的技术，具有更广泛的遗传变异和分辨率较高的两大优势。LD作图利用的是自然群体中的自然变异，即通过分析自然群体中标记与紧密连锁QTL间的LD关系来鉴定和定位QTL，而且可以鉴定由QTL所代表的真正与被研究目的性状相关联的基因。 利用连锁不平衡方法和现有作物群体进行QTL 定位有以下的优点：（1）品种的基因型在不同世代中是 一个常量；（2）每一个品种的表型值能够在不同的环境 中重复地试验，可以减少环境和测量误差；（3）

14、应用世 代累积的重组能够使QTL定位到一个精细的范围；（4）不需要试验杂交种及其分离后代的作图群体；（5） QTL定位之后，每个品种的QTL效应可通过线性无偏 预测（the best linear unbiased prediction，BLUP）方法估 计，使育种家能方便地选择到优异的品系和品系组合。SNP（single nucleotide polymorphism，单核苷酸多 态性）是指在某种生物不同个体DNA序列中，存在单 个核苷酸变异的多态现象。SNP的最大优点是它们在 基因组中丰富的多态性。利用SNPs分子标记，通过 LD作图法可以鉴定导致生物特定性状的基因。 滚滚长江东逝水，浪花

15、淘尽英雄。是非成滚滚长江东逝水，浪花淘尽英雄。是非成败败转头转头空。青山依旧在，几度夕阳红。空。青山依旧在，几度夕阳红。白发渔樵江渚上，惯看白发渔樵江渚上，惯看秋月春风。一壶浊酒秋月春风。一壶浊酒喜相逢。古今多少事，都付笑谈喜相逢。古今多少事，都付笑谈中中。种业之最种业之最最快成长企业：神农大丰(没有更快,只有最快)最快死亡的企业：谢氏种业（灵光一现，就胎死腹中）最有文化的企业：金色农华（名字都华丽丽，“经理”变成了“老师”，喊口号喊的很响亮）最看不懂的企业：冀丰（自由散漫主义者，套路无，俗称无纪律无组织）麻烦最多的企业：德农or德隆（官司不断，非议不断）最尴尬的企业：岱籽棉（一直蛰伏，复活只

16、是时间问题)最能起死回生的企业：皖垦（小麦良种补贴救活，还要上市，这曲戏看不懂）最经不起折腾的企业：那些被注销的（像一个个墓志铭，在种业的田地，曾经发光后没发热）名声最大的企业：中种集团（没办法，就是他了，唯一冠以国家级名义，名字就霸气外“漏”）个人魅力最大的企业：湖南隆平高科种业（一个隆平，一个世界）最莫名其妙的企业：湖南亚华（沦为二房，不知可乎？）最有潜力企业：“未来”种业（执着，有着梦想，为之奋斗不息的年轻企业统称）最有口碑企业：奥瑞金最牛职业经理人：刘石（创造一个又一个神话的人）最有思想经理人：韩俊强（在种业有思想的人不少，但是能够听得清写得明看得见的就他了，他的营销理念可以与种业界人共享，实为难得）最有威望育种人：袁隆平（不说你，怕大