種業科技創新與糧食生產關系探討

孫振

（山西省農業科學院，山西 太原 030001）

種業科技創新與糧食生產關系探討

孫振

（山西省農業科學院，山西 太原 030001）

概括了國內外糧食生產的特點，統計分析了山西省糧食生產不同歷史階段的科技貢獻率，查證了山西省不同歷史階段種業標志性成果的產生原因，證明國內外糧食總產提高的主要因素是單位面積產量的提高，而單產提高與各歷史階段突破性種業科技成果關系密切，種業創新有賴于特異種質資源的創制利用和選育技術創新，現階段品種對山西省糧食單產提高的貢獻率為39.75%。

種業科技；糧食生產；關系

糧食是人類賴以生存的最基本生活資料，是特殊商品和重要的戰略物資，是經濟發展、社會穩定和國家安全的基礎。生物種業服務于糧食生產，是國家戰略性、基礎性產業，是促進農業長期穩定、保障國家糧食安全的根本。因此，農業育種創新、新品種選育是支撐種業可持續發展的核心。

我國是農業大國和用種大國，大力強化我國的種業科技創新，提升自主產權種子的國際競爭力，對于保障國家糧食持續豐收和農產品有效供給、促進農民增收及社會穩定發展具有重要意義。

1 國內外糧食生產特點

1.1 世界谷物生產情況

據聯合國糧農組織統計，1961年世界谷物的播種面積是6.48萬億hm2，2010年世界谷物的播種面積是6.15萬億hm2，面積減少了5%，而谷物總產量卻從1961年的8.77億t提高到2010年的22.39億t，純增加了13.62億t，增量是1961年的1.55倍。剔除谷物播種面積階段性波動對糧食總產量的影響，與谷物總產量增加最密切的關系因子是單位面積產量的增加，二者相應變化表現出高度的一致性。

分析世界糧食單產提高的因素，19世紀德國杰出化學家李比西的植物養分歸還論與最小養分率及李勃夏的最適因子學說等理論的建立，對植物營養與農作物科學施肥起到了重大指導作用，并帶動了農業化學工業的革命；1842年化學磷肥的發現，1955年化學鉀肥的發現及1903年化學合成氮肥的試驗成功，都對農業化學肥料的發展應用及單位面積糧食的增產起到了重要推動作用。但由于受工業化的限制及成本的加大，當時品種不適應，如增加氮肥，晚熟、倒伏品質下降等，導致谷物生長外部復雜環境條件個別因素的改變。

進入20世紀60年代，墨西哥小麥和IR8水稻，導致了第一次“綠色革命”在小麥、水稻高產國的興起和發展。1962年，布勞格培育的第一批墨西哥半矮稈、抗銹病小麥新材料、育出的新品種首先在墨西哥推廣，每667 m2產量由之前的100 kg提高到400 kg，增長了3倍多，很快扭轉了長期缺糧的局面，使墨西哥從一個糧食進口國變為出口國。

國際水稻研究所用高稈水稻與臺灣矮稈稻雜交，獲得了具有矮稈、稈硬、分蘗力強、抗逆性強等特點的新品種IR8，在各地試種都取得創紀錄的高產。1918年創造玉米雙雜交種方法，1921年培育出第一代雜交玉米，19世紀30年代開始大面積推廣，玉米雜交種的推廣種植使玉米產量提高了5倍。19世紀50年代，美國獲得了高粱雄性不育系，并完成了“三系”配套，雜交高粱的推廣使單產大幅度提高，由起初的80 kg提高到253 kg。世界谷物生產特征告訴我們：農作物新種質創新選育、新品種選育應用推廣是促進糧食產量增長最有效的途徑。

1.2 中國糧食生產情況

1949—2011年我國糧食生產的特征是，糧食產量和消費基本保持同步增長，糧食安全總體狀況得到了極大的改善，糧食總產的提高同世界谷物生產特點一致，同樣是來源于單產的提高。

我國的糧食播種面積在1949—2011年有小幅度減少的情況下，糧食總產卻從1949年的1 132億kg提高到2011年的5 712億kg，同期人口數量由5.4億增長到13.45億，人均占有糧食由1949年的209 kg提高到2011年的426 kg，糧食單產從1949年的68.6 kg提高到2011年的344 kg。同期相比，總產和單產均增加了4倍，人口和人均占有糧食分別增加到2.49倍和2.04倍。

我國糧食單產持續性提高的因素，依據農業部副部長、中國農科院院長、中科院院士李家祥的研究，可分為3個階段：“20世紀初至70年代，主要依靠抗病育種和矮稈品種選育等措施，提高作物耐高水肥特性，推動糧食單產從不足70 kg提高到150 kg以上；70年代至90年代，主要依靠雜種優勢利用和細胞工程育種技術，推動糧食單產從150 kg提高到300 kg；90年代以來，主要依靠常規技術與生物技術相結合的育種手段，推動糧食單產從300 kg提高到344 kg左右。近年來，我國品種選育推廣水平穩步提升，良種增收能力顯著增強，良種對糧食增產的貢獻率超過了40%。”

1.3 山西糧食生產情況

分析山西省20世紀60年代以來各年代的平均總人口和糧食總產量，單產情況見表1。

山西是全國的煤炭能源基地，總人口從1949年的1 280.9萬人，增加到2010年的3 571萬人，增加了2 290.1萬人，為1949年人口的2.79倍。總耕地面積從1949年的415.696萬hm2，到2010年的407.095萬hm2，降幅為2.07%，基本持平。但糧食作物播種面積大幅度減少，20世紀60年代，年平均糧食播種面積為412.025萬hm2，到21世紀第一個10年，年平均糧食播種面積為304.77萬hm2，減少107.255萬hm2，減少26.05%，糧食總產由60年代年平均39.171億kg，增加到21世紀第一個10年的平均98.029億kg，平均年凈增長58.858億kg，是60年代年平均的2.5倍。單產由60年代年平均產量62 kg，增加到21世紀第一個10年年平均的214.84 kg，是60年代平均的3.47倍。山西的主要糧食作物小麥、玉米單產分別從60年代年均產量53.65 kg和117.455 kg，增加到21世紀第一個10年年均產的213.507 kg和313.20 kg，分別增加了3.98倍和2.67倍。可以說，山西省小麥、玉米單產的提高是該省糧食穩定提高的基礎。山西省不同年代糧食單產增幅見表2。

20世紀60年代與解放初傳統農業相比，技術應用的標識是農家種選優，推廣防病蟲技術；70年代與60年代相比，重點是引進外地良種和示范推廣化學肥料；80年代示范推廣人工雜交選育品種（細胞育種工程）及雜交種的示范應用、化學肥料的普及應用；90年代在換新品種的基礎上，主要是家庭聯產承包責任制的土地改革和地膜覆蓋應用；20世紀最后10年和21世紀第一個10年，重點是種植業產業結構的調整、雜交玉米面積增加、雜交選育技術提升和新品種的普及推廣。

從表2可以看出，不同歷史年代所推廣應用的標志性技術都對糧食單產的提高有明顯的促進作用，推廣應用化學肥料及實行家庭聯產承包責任制對提高糧食單產的促進作用是巨大的，但所起的作用是相對有限的，而推廣優良品種、促進糧食單產提高的作用是相對動態漸進發展的，是隨著育種水平的提升而提高的。

20世紀60年代，以農家種提純選優為主要標志技術，相對解放初糧食單產基礎低，提高幅度大，貢獻率是34.78%；而70年代以引進外地良種和推廣化學肥料為主要標志技術，相對60年代糧食單產提高25.24%，如將25.24%都歸為化學肥料的貢獻，則70年代相對解放初單產提高67.39%。由此得出：農作物品種提純選優和引進外地品種所產生的貢獻應是67.39%-25.24%= 42.15%，即相對60年代引進外地良種提高單產的貢獻是4.36%。

20世紀80年代是農業科技大躍進年代，已大面積示范推廣人工雜交選育品種且玉米雜交種應用、化學肥料應用得到全面普及。相對70年代糧食單產提高了61.43%，推廣優種與化肥對糧食單產的貢獻按1∶25的份額計算，化肥的貢獻率為40.96%，品種貢獻在原基礎上提高20.48%，則80年代相對60年代糧食單產提高幅度達102.18%，去除化肥的貢獻，品種貢獻為102.18% -40.96%=61.22%，相對70年代，品種的貢獻為61.22%-42.14%=19.08%，即80年代細胞工程育種示范推廣初見成效。

90年代更新品種，生產經營體制改變成為家庭聯產承包責任制，極大地調動了中國農民的熱情。不同年代化學地膜的推廣應用都對糧食單產提高起到了極大的推動作用，90年代相比80年代糧食單產提高了33.19%，這33.19%的貢獻，責任制、推廣應用新品種和推廣覆蓋地膜技術三分天下，即90年代品種對糧食單產的貢獻率為11.06%，90年代相對70年代推廣雜交選育品種和雜種優勢利用所產生的貢獻為115.0%-22.13%（責任制、地膜）-40.96%（化肥）=51.91%。

20世紀到21世紀初的10年，品種優化雜交種玉米面積擴大，相對90年代糧食單產提高了28.69%，可以說主要是品種的貢獻，相對70年代開始推廣人工雜交選育品種及雜種優勢利用，對糧食單產的貢獻則為11.06%+28.69%=39.75%，即山西省現階段品種對糧食單產提高的貢獻率為39.75%，與全國平均水平基本相持平。

2 山西不同年代標志性成果分析

2.1 晉雜5號、4號、1號雜交高粱

1960—1975年，山西省農科院牛天堂等人運用聚合雜交技術研究高粱形態學性狀與籽粒產量的相關性、植株高度遺傳規律和“三系”遺傳關系，發現了不同地理生態類型基因型之間的雜交F1代的雜種優勢差異顯著。

據此研發出了高產、穩產、構形最佳的組合模式，選出的晉粱5號、晉輻1號恢復系成為我國高粱雜交種兩大主干體系，由之選配育成審定的品種晉雜號、冀雜號、沈雜號、鐵雜號、遼雜號等各類品種系20多個，其中晉雜5號、4號、1號3個“二矮”型高產抗倒伏品種，截至1977年在全國累計推廣面積710萬hm2，增產糧食65億kg，為全國高粱單產由1965年的77 kg提高到1977年的150.7 kg作出了重大貢獻，此項目1978年獲全國科學大會獎。晉雜5號和晉輻1號恢復系1979年均獲山西省科技進步一等獎，1991年獲國家發明三等獎。

2.2 晉谷1號、2號

1957—1978年，山西省農科院谷子研究所谷子課題組從谷子農家品種沁源高稈白母雞嘴中連續定向混選，選出了對光溫反應不敏感、適應性強、產量比農家品種顯著提高的“長農1號”，后定名為“晉谷1號”谷子新品種。

用長農1號作母本，高稈紅作父本，經多代選育出“晉谷2號”，特點是對光反應遲鈍、抗旱，較晉谷1號增產10%以上，1978年在晉東南地區年播種面積5萬hm2，在全國推廣面積超過6.67萬hm2。不同地區育種單位以該品種作親本，在全國審定了一批好的品種，1978年獲全國科學大會獎。

2.3 金0-3玉米自交系

1962—1965年，山西省農科院玉米研究所董存吉等人用金皇后作基本材料，進行套裝自交分離選育，選出的“金0-3”玉米自交系幼苗長勢較弱，第一葉片長圓形，成株期植株健壯、長勢強，葉片短、直立、株型緊湊，高抗斑病，適應性廣，綜合性狀優良，配合力高。

用其作父本先后育成忻黃單9號、17號、22號等8個優良品種，1977年統計全省推廣面積20萬hm2，在全國推廣面積66.67萬hm2，晉單8號、5號、9號被國外所利用，可以認為這是我國較早開展玉米耐密株型育種的項目。1978年獲全國科學大會獎后選育出的矮緊湊型晉單27號，1991年獲山西省科技進步一等獎。

2.4 六倍體皮、裸燕麥中間雜交及其在裸燕麥新品種選育中的應用

1969—1990年，山西省農科院高寒所李成雄等人開展皮裸燕麥雜交育種，發現皮裸燕麥雜種F1代是混合遺傳，F1裸粒型分布與幼穗分化規律完全吻合，并證明與N2、N3兩個修飾基因有關；早代籽粒出現外稃中助為革質，兩側為膜質，這類籽粒中相當多數隨著世代的增加革質部分逐漸膜質化，直至最后成為裸粒型，推斷出裸性遺傳存在累加基因成分。

利用這個特點，在育種技術上創造了連續單株粒選法，由此方法選出審定的9個品種，年推廣面積8.37萬hm2，1990年獲山西省科技進步一等獎，1992年獲國家科技進步二等獎。

2.5 優質谷子晉谷21號的選育及其應用

1972—1991年，山西省農科院經濟作物所陳瑛等人利用鈷60r射線照射晉汾52號干種子，測試分析輻射處理選育后代的營養品質，篩選優質高產的品種在全國不同生態區適應性鑒定，選育出了優質、高產、適應性廣的谷子新品種晉谷21號，在山西省內外累計推廣超過400萬hm2，由之創造出的市場新品牌——汾州香、延安香、金穗香、古縣金米、深山貢米等十幾個品種創造社會經濟效益20億元以上，用其作親本先后篩選出晉谷29號、汾選3號等多個谷子新品種，1992年獲山西省科技進步一等獎，1996年獲國家科技進步三等獎。

2.6 抗旱高產優質旱地小麥晉麥47號的選育與推廣

1985—1995年，山西省農科院棉花研究所董夢雄等人，采用廣配組合、多選穗系、系列品種群比較選育、多生態點測產、超精量播種快繁等技術，選育出的旱地小麥晉麥47號，1995—2000年在晉、冀、魯、豫、秦累計推廣種植248.03萬hm2，1998年獲山西省科技進步一等獎，2001年獲國家科技進步二等獎。

2.7 抗旱優質高產小麥晉麥63號、長6878

山西省農科院谷子研究所孫美榮等人，運用漸進雜交法選配組合將不同生態區種質基因雜交融合，選擇途徑應用水旱交叉選育法，讓雜種后代基因型的潛在遺傳特性在自然選擇、人工選擇和定向培育中充分表達，為旱地小麥抗旱、高產、穩產育種目標有機結合探索出了一種新方法，選育出的晉麥63號達到國家優質弱筋專用小麥品種標準。

2001年在山西省年推廣面積為12.63萬hm2，累計推廣面積達39.55萬hm2，2001年獲山西省科技進步一等獎；選育出的長6878是2002年國家小麥區試年會上推薦的全國表現最突出的4個優質高產品種之一，2004年獲“十五”國家農作物新品種“后補助獎”，到2005年該品種在山西、甘肅、陜西、寧夏等省累計推廣55.267萬hm2，共增產小麥2.86億kg，是國家和山西省旱地區試多年的對照品種，2005年獲山西省科學技術進步一等獎。

2.8 強盛系列玉米品種選育推廣

1994年以來，尚春樹等人立足山西、面向全國，采用相象組配創新親本選擇、常規雜交組合，雜交組配了1 000多份玉米雜交組合。在全國不同生態區設置100個選種點進行品種鑒定選擇，先后共審定玉米新品種31個，其中國審品種6個，有15個玉米品種獲國家植物新品種權證書。強盛42號、31號、1號均獲山西省科技進步一等獎。

強盛42號2001—2003年在全國18個省市（區）累計推廣面積為121.53萬hm2，創社會效益11.59億元；強盛31號2003—2008年在山西省內外累計推廣為216.73萬 hm2，創社會效益 20.68億元；強盛 1號2004—2010年在山西省內外累計推廣233.33萬hm2，創社會效益33億元。這些品種適應性廣、穩產，最高產量均超過1 000 kg，把山西省玉米育種水平推上了一個歷史發展的新階段。

2.9 大豐系列玉米品種選育

1994年以來，郭國亮等人實行育繁推一體化發展模式，對不同類群種質分類聚合雜交、擴增改良創新，合成了對光反應遲鈍型P群體種質，并將抗旱、抗病、脫水快、配合力高集聚在核心種質內，將熱帶種質特性與抗旱、抗倒、抗病聚集，通過耐密株型育種，高密度選擇壓力下多點測產鑒定，先后審定11個玉米新品種，推廣應用10多個省市（區），其中選出的大豐26號在山西中晚熟高密組區試，比對照品種先玉335增產51.6 kg，增產6.1%，同時克服了先玉335不抗大、小玉米斑病，矮花葉病缺點，2009年審定，2010年已在山西省內外示范推廣32.28萬hm2，2011年獲山西省科技進步一等獎。

2.10 “臨汾5064”小麥核心親本創制應用

山西小麥所采用小麥與偃麥屬間遠緣雜交，冬春麥地理生態遠緣雜交歷時18年的聚合雜交選育，選出“臨汾5064”，被農業部及同行認定為中國北方麥區三大優質核心親本之一。該親本綜合性狀優良，抗黃矮病和銹病，抗凍能力達2級，多花多粒，配合力強。山西小麥所以之作親本選出的臨優145小麥品種2006年獲山西省科技進步一等獎；山東農科院利用該親本選育出的濟南17號、濟南19號推廣面積超過670萬hm2，分別獲國家科技進步二等獎和山東省科技進步二等獎，山東、北京、天津、山西利用該親本共選出審定品種13個，至2008年在全國推廣面積1 330萬hm2，與中國農科院合作2009年獲國家科技進步一等獎。

山西省不同年代標志性作物育種成就表明：種業科學是以生命科學等為基礎的應用科學，主要研究作物遺傳和變異的現象和本質，揭示其內在規律。種業技術進步有賴于種業科學的發展，科學和技術互相依托、緊密相連，即突破性育種成就有賴于特異種質資源的創制利用和選育技術創新。

3 種業科技創新工作討論

3.1 種業科技創新需要穩定的學科團隊

農作物育種是一項長期性的系統工作，是科學與技術相結合的藝術性產物，新品種應用于生產實際是自然科學與社會科學相結合，即科學技術與市場、社會組織相互協調、相互作用的過程，也是學科團隊組織管理、組織體系創新的過程。

育種科技人員需要對育種的基本理論知識、技能、方法、生產現狀和國內外動態都要有清晰的認識和掌握，簡稱“五基功能”；對自己所從事的育種項目，要求對育種基礎材料有不同層面的認識和了解升華，從個別的表現型認識上升到表現型和遺傳型相統一，整體性和規律性認識相一致，將科學、技術、應用3個層次的研究進行合理設置與安排，使理論與實際相聯系，通過育種者主動地、有目的地在實踐中反復比較、鑒別、分析、綜合，才能將育種過程中有價值的初步感性認識提升到理論認識，這是育種技術體系創造的靈魂、科學知識和成果創新的源泉，也是每個育種工作者終身需要認真學習積淀的寶貴精神財富。

3.2 種業科技創新需要穩定的經費支持

穩定的管理政策和經費支持是科技創新的土壤和血液。國外的經驗證明，穩定性經費支持占研發經費的70%，競爭性經費30%投資效率最高。美國先鋒公司育種科研年投入達2億美元，諾化公司平均年投入科研經費達3.7億美元。道理很簡單，新品種是支撐糧食豐產的主導因子，企業服務、市場需求和新品種是種子企業生存的根本。要想在激烈的國際競爭中站穩腳跟、有所發展，必須重視種業科技創新。

3.3 種業科技創新需要穩定的績效評價體系

愛因斯坦說：“感情和愿望是人類一切努力和創造背后的動力。”要使育種工作者全身心融入對育種材料的認識鑒定和品種的培育上，不僅要給創新團隊展現自我的自主空間，還需要建立持續穩定的公開、公正、公平績效評價體系，因為有“自主”才有自強，有自強才有創新。

要讓他們的研究目標與相關農業區域產業需求相統一，與該區域的種子經營部門合作建立相對穩定的成果轉化交易平臺；讓他們的人格得到社會尊重；讓他們的學識技能有所發揮，對外合作交流有暢通渠道和平臺；讓他們的付出有適當的回報；讓他們的科研成果知識產權有所保護。這樣在中國的不同地域、不同生態環境生活的農民都會應用到最適合的優種，享受到最“酷”的技術幫助，社會市場上的優質農產品供給保障能力才會越來越強。

1005-2690（2014）03-0033-05

F324.6

A

2014-01-21

孫振（1955-），男，山西大同人，學士，研究員，主要從事農作物育種與栽培、農業科研管理等方面工作。