湯繼華帶著學生進行玉米育種科研。
河南農(nóng)業(yè)大學南繁基地玉米試驗田里，科研人員正在工作。
柘城縣安平鎮(zhèn)李莊村村民在秋收時節(jié)晾曬玉米，滿地金黃孕育著豐收的希望。張子斌 攝
本版圖片除署名外均為受訪者供圖
一粒種子，萬擔金黃。
作為農(nóng)業(yè)的“芯片”，種子事關國家糧食安全，對農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化發(fā)揮著基礎性作用。2025年中央一號文件提出，深入實施種業(yè)振興行動，發(fā)揮“南繁硅谷”等重大農(nóng)業(yè)科研平臺作用，加快攻克一批突破性品種。
3月20日，在海南三亞舉行的2025中國種子大會暨南繁硅谷論壇上，“2024年尋找高產(chǎn)玉米測產(chǎn)活動”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)大學專家教授及其合作團隊培育的5個玉米品種——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，全國高產(chǎn)“10強”席位穩(wěn)坐一半，河南玉米高產(chǎn)的秘密是什么？未來，玉米又會有哪些新模樣？在小麥玉米兩熟高效生產(chǎn)全國重點實驗室里，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，小麥玉米兩熟高效生產(chǎn)全國重點實驗室里一派忙碌的景象。偌大的校園里，這個實驗室的大門最好辨認，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裝得滿當當?shù)木幙棿?，看著記者疑惑的目光，河南農(nóng)業(yè)大學副校長、小麥玉米兩熟高效生產(chǎn)全國重點實驗室常務副主任湯繼華笑著說：“這里面就藏著你要找的高產(chǎn)秘密。”
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20萬個組合，這差不多是目前全世界規(guī)模最大的玉米雜交實驗。接下來，挑戰(zhàn)持續(xù)升級，對雜交種進行田間種植鑒定，觀察生長情況、抗病性、產(chǎn)量等指標，最終才能篩選出20多個優(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“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，我們面臨四個困境，大家戲稱為四斗：與天斗，抗臺風;與地斗，選良田;與牛斗，防啃苗;與鼠斗，鼠口奪糧?！?/p>
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)大學是全國最早開展南繁育種的單位。從20世紀60年代，中國玉米育種奠基人之一、河南農(nóng)業(yè)大學吳紹骙教授創(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，還推動了崖州灣國家實驗室等重要科研平臺的建立，極大加速了玉米、水稻等作物的育種進程。
每年，全國有超過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，帶著團隊為十幾萬株玉米，一株一株地進行人工授粉。一天“泡”在地里，重復著不同材料的套袋、授粉工作。每人每天授粉500—800個玉米果穗，搶時間完成了玉米選系材料的自交和新組合測配，這才有了后續(xù)科研實驗的新材料。
“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?！睖^華介紹，把兩個不同的親本相互做1萬個雜交，得了種子種下去，才能選出一個好的品種。
而玉米本是舶來品，起源于遙遠的美洲大陸，在大航海時代走向世界各地，400多年前才進入中國。既非原產(chǎn)地，育種研究又起步較晚，中國玉米育種材料相對缺乏。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，充滿偶然性。
培育一個玉米自交系，常規(guī)需要7—8代，南繁也需要3—4年之久。之后再進行雜交、鑒定，過程漫長。如今，在河南農(nóng)業(yè)大學，運用雙單倍體技術，使得篩選玉米優(yōu)秀“雙親”的過程大幅縮短，育種創(chuàng)新變成了一種相對可控、可預期的過程。
河南農(nóng)業(yè)大學李浩川教授團隊，便揭示了玉米單倍體自然加倍的細胞學機制，提出基于油分雙閾值提高玉米單倍體自動化分選效率和選育出優(yōu)良玉米單倍體誘導系等研究成果。
“現(xiàn)在我的試驗田中80%—90%的自交系，都是通過單倍體技術選育出來的?！痹诶詈拼ǖ膶嶒炇依?，團隊的目標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，這兩個雜交之后，如果這對‘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研究的支撐越強大，我們掌握的基因足夠多，解開的秘密足夠多，育種效率就會越來越高，育出好種子的概率也會越來越大，實現(xiàn)從‘萬里挑一’到‘千里挑一’?！?/p>
湯繼華說：“基礎研究就是用來解決實際問題的，玉米種植生產(chǎn)中遇到什么問題，就進行相應的基礎研究，把基礎研究和應用研究結(jié)合起來，科研工作才真正有用?！?/p>
一粒價值2680萬元種子的基因密碼
在實驗室走廊的展示臺上，放置著數(shù)十穗玉米，身上貼著不同的標簽，玉米穗型雖各不相同，但看上去無一例外的金黃飽滿。
YD268，一個適合籽粒機收的玉米新品種。2024年秋天，這粒種子達成技術轉(zhuǎn)讓費2680萬元，再創(chuàng)我國種業(yè)界玉米品種轉(zhuǎn)讓費紀錄。
“芯細、籽粒滿，別看個頭不大，卻很有分量?！睖^華指著飽滿的籽粒介紹，它是個“全能型”品種，具有矮稈耐密植、適應區(qū)域廣、宜籽粒機收，耐高溫、抗倒伏、抗病害等多種優(yōu)良特性，在全國多地試驗點種植檢驗，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)勢于一身？湯繼華做了一個很形象的比喻：“就像搭積木，把相關重要性狀的優(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鍵領域。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，目前解析的不足500個，而已知且能夠用于育種的優(yōu)異基因還不到100個。
“我掌控著果穗大小!”“玉米棒子軸的粗細，要聽我的。”“籽粒灌漿得靠我!”……顯微鏡下，優(yōu)異基因們隆重登場。
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間由原來的9點左右提前至7點左右，避開高溫時段對玉米花粉的影響，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？丁俊強團隊多年圍繞南方銹病研究，找到了多個抗南方銹病的基因，通過分子標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？陳彥惠團隊尋找的“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)良特性的基因進行組合，選育出來的優(yōu)良組合放到全國40個點做多點試驗，在最嚴苛的環(huán)境下觀察品種的抗逆性，最后選出15到20個組合進入審定程序，才可能選出最優(yōu)的品種?！?/p>
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的不斷更迭和升級。今年兩會期間，智能育種、高蛋白玉米等熱詞引發(fā)關注，當智慧育種落進現(xiàn)實，種子的“含金量”也將不斷提升。
“從傳統(tǒng)的雜交技術，到分子輔助、全基因組選擇等，玉米育種技術攻關一直在向前推進，現(xiàn)在我們要去做智能設計育種。”湯繼華介紹，智能設計育種的最終目標是培育智能型品種，比如面臨高溫干旱天氣，品種會進行自我基因調(diào)節(jié)，從而達到抵御氣候的不良影響。
朝著這一未來趨勢，湯繼華團隊已經(jīng)開始著手研究“環(huán)境鈍感”?！皹O端惡劣天氣時有出現(xiàn)，通過改變植物基因，讓植株對于環(huán)境變化不敏感，降低惡劣環(huán)境對于植株生長的影響，從而破解惡劣天氣這一棘手問題。”
談及未來目標，湯繼華目光堅定：“隨著生活水平的提高，人們在從吃得飽向吃得好轉(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。”
近年來，湯繼華團隊把黃淮海夏玉米的栽培密度每畝增加了1000株左右，達到每畝5000到5500株，畝產(chǎn)增加100到150公斤，促進了我國玉米品種的新一輪更新?lián)Q代，為國家糧食安全作出了貢獻。
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，更符合人們對于健康飲食、低碳水飲食的要求。
瞄準市場需求，調(diào)整育種方向，未來，更多優(yōu)質(zhì)的玉米品種，將促進種業(yè)振興，解決種業(yè)“卡脖子”問題，提升我國玉米種業(yè)競爭力。（河南日報記者 樊雪婧 實習生 張婉晴）
記者手記
一粒玉米里的創(chuàng)新圖騰
站在4月的大田里，春風裹挾著泥土的芬芳。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話。
從跟跑到領跑，河南玉米育種的科技突圍，離不開與太陽“競走”的育種人。
跟著農(nóng)大的育種人，我曾數(shù)次踏入玉米試驗田。
盛夏的試驗田里密不透風，頭頂是炙熱的太陽，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。
晚秋的試驗田里盛滿豐收，轟隆隆的收割機整齊前進，脫穗后的籽粒揚出一道弧線，落成滿袋的金黃。
育種實驗室里，顯微鏡下的玉米染色體跳動著。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。這種打破自然律動的勇氣，或許就是中原育種創(chuàng)新的精神圖騰：把對豐收的渴望，都化作向下扎根的力量。（河南日報記者 樊雪婧）
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