農業育種與栽培技術創新研究綜述

摘 要：農業是國民經濟的基礎產業。從目前情況來看，農業發展離不開育種技術和栽培技術支撐，這是因為高品質種子和先進的栽培技術能顯著提高農作物產量。筆者以農作物和相關植物為研究對象，著重研究育種和栽培過程中采用的新技術和方法，涵蓋了基因編輯、基因組學、遺傳學分析等現代科技手段及傳統的選擇育種和改良技術。研究結果顯示，現代生物技術和信息技術的迅速發展為農業創新帶來新機遇，有助于提高農作物產量、抗病性和適應性。同時，綜合運用不同技術手段，可加快對新品種的培育和推廣，對解決全球糧食安全問題和推動農業實現可持續發展起到至關重要的作用。筆者通過全面分析農業育種與栽培技術的創新研究，為相關領域的學術研究和生產實踐提供參考。

關鍵詞：栽培；育種；農業；創新

中圖分類號：S31 文獻標志碼：B 文章編號：1674-7909（2024）2-97-4

DOI：10.19345/j.cnki.1674-7909.2024.02.022

0 引言

盡管我國國土面積遼闊，且農業基礎較好，但耕地資源不足、人均耕地資源較少等問題依然突出。據國家統計局公布的數據，中國耕地總面積約為1.8億 hm2，人均耕地面積約為0.11 hm2，遠低于全球平均水平。科學技術的不斷發展為農業生產提供了強大助力，為了創造更高的農業產值，必須以現有農業科技和生產條件為基礎，全面創新育種方法和栽培技術。使用雜交育種與誘變育種技術培育新品種，同時將科學的栽培技術應用于農業生產中，可提高農作物種植收益。在育種和栽培技術創新方面，我國在雜交育種和誘變育種等現代育種技術方面已取得一定成就。由《中國農業科技發展報告》等相關研究報告可知，中國在水稻、小麥、玉米等主要農作物的雜交育種方面取得顯著進展，新品種的推廣應用為農作物增產做出重要貢獻。

1 農作物育種面臨的問題

目前，農作物育種主要面臨以下3個方面的問題。

1.1 現代生物技術加速農作物育種競爭

不同農作物的育種方法不同，且科技發展使育種方法的競爭變得更為突出。因此，選擇合適的育種方法已成為獲得豐收及可觀經濟收益的關鍵所在。從目前情況來看，不同農作物在育種方面的競爭主要體現在以下4個方面。①育種效率競爭。育種技術（如基因編輯技術、基因組測序技術等）的發展使得育種效率得到顯著提高，選用合理的育種技術能更快速、精確地培育出具有特定性狀的新品種，有利于提高特定農作物的育種效率。因此，技術競爭是農作物育種需要考慮的競爭因素之一。②新品種競爭。現代生物技術的發展為農作物育種提供了更多可能，基因編輯技術可實現跨物種的基因重組，從而培育出具有優良性狀的新品種。這種新品種的競爭使得育種者需要在眾多新品系中篩選出符合市場需求和適合種植條件的品種。③抗病蟲害能力競爭。育種技術的發展使得育種工作者相繼培育出具有抗病蟲害能力的新品種。這種新品種競爭需要育種者在提高產量和品質的同時，還要考慮如何提高農作物的抗病蟲害能力。④市場需求競爭。育種技術的發展使得農作物育種更加注重市場需求，要求育種者根據市場需求確定育種目標。

1.2 糧食增產方面存在的問題

糧食生產面臨的挑戰是由多個因素相互交織而形成的。城市化進程、氣候變化等是糧食生產面臨的主要挑戰，會導致耕地減少，給糧食生產帶來不小壓力。盡管國家相繼出臺一系列政策來增加糧食種植面積，但單位面積產量的增長并不明顯。這意味著雖然有更多土地被用來種植糧食，但仍有可能無法完全滿足日益增長的糧食需求。城市化進程加快和人口增長導致對糧食的需求也日益增長，隨之而來的是糧食供需的緊張局勢加劇。隨著城市人口的增加和食品消費習慣的變化，人們對糧食的需求也在不斷變化，這對農業生產提出更高的要求。因此，創新相關技術已成為增加單位面積糧食產量的必然選擇［1］。

1.3 科研資金投入不足

目前，我國政府在農業科研領域投入的資金相對不足，遠遠低于發達國家水平。我國農業科研經費與農業生產總值的比例未達到世界平均水平。育種技術研發需要投入大量資金，科研經費不足導致育種技術研發進度緩慢。同時，栽培技術的推廣應用也需要投入大量資金。通常情況下，農業推廣應用經費應占農業總投入的5%～10%。然而，當前農業推廣應用經費不足，已嚴重制約相關技術的推廣進度。

2 農業育種技術創新

2.1 雜交育種技術

雜交育種技術主要有以下3種。

2.1.1 增殖雜交育種技術

增殖雜交育種技術是將2個不同品種的農作物進行雜交，從子代個體中篩選出優良個體進行自群配種，并在后代中篩選出新品種的育種方法。這種方法能有效提高農作物產量，使優良基因得到更廣泛的傳播。增殖雜交育種技術的主要步驟如下。①雜交。將2個不同品種的農作物進行雜交，從而產生子代個體。這些子代個體具有2個不同品種的優良基因，使其具有較高的產量和抗病性。②自群配種。從子代個體中篩選出優良個體，并進行自交，從而產生后代個體。這種方法能有效保留優良基因，從而提高后代產量和抗病性。③選擇新品系。選擇新品系時需要綜合考慮產量、抗病性、品質等因素。通過選擇優良個體進行自群繁殖，可提高后代優良基因概率，從而提高新品種的產量和抗病性［2］。

2.1.2 回交育種技術

回交育種技術是一種將經過基因轉移的農作物與原始農作物進行交配，從而培育出具有優良性狀新品種的方法，是將某個農作物的優良性狀轉移到另一個農作物中，從而實現對特定農作物品種的優良化。等到回交繁育多代后，新品系會逐漸穩定表現出優良性狀，繼而通過連續多代的近親繁殖，使新品種的基因型更加純合，從而提高其穩定性和一致性，保證新繁育的品種具有穩定的有益性狀，并以親本方式將性狀遺傳給子代。例如，利用回交育種技術成功將水稻的優良性狀轉移到小麥中，培育出既抗病又高產的小麥新品種。在育種過程中，先將水稻的優良性狀轉移到小麥中，再通過回交繁育多代后，使新品種表現出的優良性狀逐漸穩定，并通過連續多代近親繁殖的方法來提高新品種的純合度，最后通過親本遺傳使優良性狀得以傳承。

2.1.3 復合雜交育種技術

復合雜交育種技術是通過重組農作物優良性狀來培育具有更多優良性狀的新品種。在復合雜交過程中，先選出具有不同優良性狀的親本進行雜交，獲得具有多個優良性狀的雜交后代，再通過連續多代的選育和改良，從而篩選出具有穩定優良性狀的新品種。這種新品種通常具有產量高、品質好、抗逆性強等優點。例如，河南省某種子管理站將六倍體黑小麥、八倍體黑小麥與普通小麥進行雜交，其后代的結實率分別為22%、18%。通過應用復合雜交育種技術，成功將黑小麥的優良基因插入普通小麥中，培育出抗銹病、顆粒飽滿的新品種，從而顯著提高小麥產量。

2.2 誘變育種技術

傳統的育種技術復雜且周期長，對生長環境要求較高。因此，對育種技術進行創新就顯得尤為重要。誘變育種作為一種新興的育種技術，是通過改變農作物種子內部的DNA結構來改變其性狀的，可實現對優良品種的快速篩選。誘變育種方法具有用時短、應用范圍廣等優點。其中，物理誘變因素包括射線、超聲波等，化學誘變因素主要是化學試劑，通過浸漬或注射化學試劑來完成誘變育種。例如，某個種子管理站利用激光輻射小麥種子，從而促使小麥種子發生基因突變，讓小麥種子形成抗病性狀，最終獲得抗銹病新品種。

3 農業栽培技術創新

3.1 無土栽培技術

無土栽培技術包括水培、氣培、基質栽培這3種方式。

3.1.1 水培技術

水培技術是一種將農作物根莖浸泡在營養液中進行培育的方法，能使農作物吸收到更多養分，從而滿足農作物生長需求。水培技術可提高農作物對養分的吸收效率，從而提高農作物產量和品質。此外，水培技術的應用還可減少化肥和農藥的使用量，從而減少對環境的污染。目前，水培技術已被廣泛應用于蔬菜、水果、花卉等農作物的栽培中。水培技術具體應用過程如下。①準備營養液。營養液可為農作物生長提供所需的養分和水分。需要根據農作物的種類和生長階段對營養液配方進行調整，從而滿足農作物生長對養分和水分的需求。②準備育苗基質。育苗基質是農作物根莖生長的載體，需要具有良好的保水性和透氣性。常用的育苗基質有蛭石、珍珠巖、腐殖土等。③準備農作物種子。選擇優良的農作物種子是水培技術成功應用的關鍵，優良的農作物種子具有較高的發芽率和生長潛力。④種子處理。種子處理包括浸泡、消毒、催芽等，有利于提高種子的發芽率和生長潛力。⑤播種。將處理好的種子播種到育苗基質中，然后覆蓋薄膜。⑥營養液管理。在農作物生長過程中，需要定期更換營養液，從而滿足農作物生長對養分和水分的需求。⑦病蟲害防治。采用水培技術并不能完全避免病蟲害的發生。因此，需要定期檢查農作物生長情況，發現病蟲害后要及時進行處理。⑧收獲。在農作物進入收獲期后，要及時進行收獲，從而保證農作物產量和品質。

3.1.2 氣培技術

氣培技術是一種將農作物生長所需的營養液進行霧化處理，并噴施到農作物根莖部的方法。在農作物栽培過程中，可用聚乙烯泡沫板為栽培板，根據最佳距離對栽培板進行打孔，方便噴施營養液。聚乙烯泡沫板具有以下優點：質地輕，便于搬運和安裝；透氣性良好，有利于農作物的根系呼吸；吸水性良好，可有效保持農作物根部濕潤。氣培板上的孔洞不僅能讓營養液均勻噴至每一株農作物，還能保證農作物根部的通氣性，從而防止農作物根部出現缺氧的情況。利用氣培技術可在一定的土地面積上收獲更多農產品，從而更好滿足我國人民對食物的需求［3］。

3.1.3 基質栽培

基質栽培在提供植物生長所需的水分和養分的同時，能最大限度減少土壤污染和病蟲害的發生［4］。在使用基質栽培農作物過程中，植物根系不生長在土壤中，而是生長在一種特制的基質中。基質栽培技術的關鍵在于基質的選擇和營養液的配制。基質是一種具有良好透氣性、保水性和肥力的材料，可為植物生長提供所需的水分和養分。植物根系在基質中生長，技術人員通過引流和規范灌溉等方式來補充農作物生長所需元素。基質栽培技術在提高農作物產量、改善農作物品質、降低農業生產成本等方面具有顯著優勢。

3.2 溫室栽培技術

溫室栽培技術是一項現代化農業生產技術，對促進農作物生長具有重要意義。溫室栽培技術是利用大量保溫、保暖設備來確保農作物在適宜的環境中生長，從而加快農作物發育過程［5］。采用溫室栽培技術可為農作物生長提供足夠的光照，使農作物實現快速增長。在溫室栽培過程中，相關人員要及時調整室內溫度、濕度和光照，從而加快農作物生長速度，以實現增產的目標。當前，溫室栽培技術已廣泛應用于農業生產中，尤其是在蔬菜、水果等的栽培中取得顯著成效。隨著科技進步和農業現代化發展，溫室栽培將有望實現自動化、智能化管理。

4 促進農業育種發展與提高產量的主要策略

4.1 選擇與培育優良品種

使用傳統育種方法和現代基因編輯技術（如CRISPR-Cas9）來篩選培育出具有抗逆性、抗病性、耐旱性、耐鹽堿性和高產等優良性狀的農作物品種，對促進農業發展具有重要意義。傳統的育種方法是通過選擇具有優良性狀的個體進行雜交，再從中選育優良品系。這種方法雖然有效，但需要耗費大量的時間和資源。相比之下，現代基因編輯技術（如CRISPR-Cas9）能在基因層面進行精確編輯和調控，大大縮短育種周期，提高育種效率。例如，通過基因編輯技術能將一種植物的抗逆基因導入另一種植物中，使其能在干旱、高鹽堿等惡劣環境中生長；也可將抗病基因導入農作物中，使其具有抗病害能力。這些技術的應用將大大提高農作物的產量和品質，為農業生產帶來巨大的經濟效益和社會效益。

但基因編輯技術也存在一些倫理和安全問題，如基因編輯可能會引發基因突變，對生物多樣性造成影響。因此，在使用基因編輯技術時，要充分考慮其可能帶來的風險和影響，并采取相應措施進行管理和控制。

4.2 雜交育種與多倍體育種

利用雜交技術將2個品種的優良性狀組合在一起，從而創造出新品種。這種技術能將2個品種的優點集中到一個新品種中，從而使其具有更強的適應性和更高的產量。例如，將抗病性強和產量高的2個品種進行雜交，得到既抗病又高產的新品種。除了雜交育種外，多倍體育種也是現代育種的重要手段。多倍體育種是指通過染色體加倍等方法，獲得生長旺盛、產量高、品質優良的新品種。新品種的基因組更加豐富，具有更強的生長能力和更好的品質。例如，使用秋水仙堿來誘導某些植物形成多倍體，可獲得比原品種更高、更粗壯、產量更高的新品種。

在實際應用中，會結合使用多倍體育種和雜交育種技術。例如，先通過雜交育種將2個品種的優良性狀結合在一起，再通過多倍體育種來增加其生長能力和產量。雜交育種和多倍體育種是現代育種中的重要技術手段。采用這些技術可將不同品種的優良性狀組合在一起，從而獲得具有更強適應性和更好品質的新品種。

4.3 分子標記輔助育種

隨著科技不斷發展，分子標記技術已成為農作物育種領域中的一種重要手段。其中，簡單序列重復（SSR）、單核苷酸多態性（SNP）等分子標記技術被廣泛應用于農作物基因的定位和標記，能快速、準確地鑒定出優良性狀基因，從而大大提高育種效率和準確性。利用SSR和SNP等分子標記技術對農作物基因組進行全面掃描，從而快速找出與優良性狀相關的基因，育種者可有針對性地對這些基因進行選擇和利用，從而加速育種進程。同時，通過分子標記技術對農作物遺傳的多樣性進行分析，了解不同品種之間的親緣關系和遺傳背景，為育種工作提供更加科學的依據。此外，分子標記技術還可用于堅定農作物的抗病性、抗蟲性、抗逆性等，為培育出更加優良的品種提供有力支持。

5 結束語

對我國農業經濟而言，育種與栽培技術的創新會從根本上提高農作物產量，從而滿足社會發展與人口增長對食物的更高需求，為我國經濟增長打下堅實基礎。相關單位應加大對農業科技研發的投入，培養一批致力于現代農業技術研發的專業人才，從而幫助農業從業者提高生產效率。

參考文獻：

［1］王雪玲，高豹華.淺析農業育種與栽培技術的創新［J］.種子科技，2021（15）：54-55.

［2］婁洪濤.農作物育種與栽培技術相關問題淺析［J］.種子科技，2016（6）：24.

［3］張敏建.農作物栽培管理技術創新與發展分析［J］.智慧農業導刊，2022（6）：63-65.

［4］張喜珍.淺析甜糯玉米育種及栽培技術［J］.南方農業，2021（20）：235-236.

［5］譚覃.山桐子的育種與栽培技術探討［J］.農業災害研究，2023（6）：49-51.