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张兴平:育种要让农民好种、流通商好运、产品好卖、消费者爱吃
他育成了多个突破性品种,改变了无籽西瓜的生产模式和品种构成,在南美、北美等地区创造了一系列引领性品种,育成的西瓜在巴西的市场占有率达80%。他带领团队先后攻克爆米花玉米、功能南瓜等新品种,推动基因编辑从“黑科技”走向产业化应用。
作为国际知名西瓜育种专家,张兴平曾担任先正达科技院士,并参与北京大学现代农业研究院的建院工作。
对话北京大学现代农业研究院副院长张兴平。
Q1、生物育种当前备受关注,您认为这个“风口”能持续多久?
张兴平:生物育种的“风口”定义,需结合技术发展阶段来看。从本质而言,育种本就以生物特性为基础,但当前大众关注的生物育种,主要聚焦于基因编辑、转基因技术、全基因组选择等新兴技术——这些技术因出现时间短、应用潜力大,被视为“风口”。
但所有技术都会随需求升级而从“黑科技”转变为“基本功”。就像早年的DNA分子标记技术,在我读博时曾是极具热度的“时髦技术”,如今已历经多轮迭代,成为常规育种手段。基因编辑技术亦是如此,自2012-2013年兴起至今,中国科学家自2020年起发表的相关研究论文数量已居世界首位;尽管我们尚未掌握底层底盘专利,但在编辑方法优化、效率提升等方面取得了显著突破。
只要国家建立科学合理的监管体系,让消费者快速享受到技术红利,生物育种的价值便会长期存在。基因编辑技术可精准调控基因表达,既能让基因不表达,也能实现高表达或低表达。例如舜丰生物培育的高油酸大豆,通过基因编辑将油酸含量从20%多提升至80%以上,同时将对健康不利的亚油酸含量从50%降至4%左右,油品质量甚至优于橄榄油;在番茄育种中,通过调控基因可培育出高伽马氨基丁酸、高维生素D或高多巴胺的品种,日本已将此类番茄推向市场,不同食用量可实现从稳定情绪到改善肤质的不同功效。
不过,技术研发与产品落地存在时间差。此前我们举办峡山会议,邀请了全球基因编辑领域的科学家与企业家,分享中国在该领域的成果、国际地位,以及已获得安全评估批准的产品,但如何推动基因编辑技术产业化,仍需国家出台适配的管理办法,比如通过基因编辑提升品种功能化合物含量后,其除目标性状外与原品种一致,未形成新性状,这类品种的审定标准需进一步明确。
Q2、分子设计育种对品种改良的核心关键,要聚焦哪些层面?
张兴平:第一个层面是“锦上添花”,即依托优质地方品种,叠加优良供给性状。若缺乏好的基础品种与核心性状资源,改良便无从谈起。比如黄瓜抗新德里病毒育种,若没有优质抗原作为基础,即便有先进技术也难以实现突破。优质地方品种提供了“底盘”,优良供给性状则是“升级包”,二者结合直接决定分子设计育种的效率与质量。
第二个层面是“从零到一”的全新创新,这取决于我们对作物基因组构成、性状调控机制的理解深度,以及基于产业需求的设计能力。
如果说第一个层面是对现有品种的优化,第二个层面则是像“建造高楼大厦”,需先摸清作物的基因“蓝图”,再结合产业痛点,整合优质基因资源,培育出满足全新需求的品种。
Q3、目前,您的课题组正在进行哪些研究?
张兴平:我们课题组以“作物遗传与种质创新”为核心,围绕多个经济作物开展育种研究,重点突破产业痛点。
爆米花玉米:打造“中国版”DIY品种
爆米花玉米的全球研发与生产中心长期位于美国,且经济价值较高,但我国此前面临遗传资源匮乏的问题。我们首先通过单倍体诱导技术,快速培育出一系列优良自交系,目前已研发出球形、碟形、半球半碟形三种爆米花玉米品种。
与传统爆米花玉米相比,我们的品种更适配中国人的口味,且实现了“便捷化”突破。传统爆米花需用普通玉米在高压条件下制作,而我们的品种只需放入微波炉加热1-2分钟,或直接倒入炒锅加热即可爆裂。未来计划推出预包装产品,将玉米与定制香料装入纸袋,进一步降低家庭DIY门槛。
南瓜:兼顾“农民好种”与“消费者好吃”
南瓜是助力乡村振兴、带动农民增收的重要作物。它营养丰富,富含胡萝卜素与多糖,口感佳且不会导致糖尿病人血糖升高,同时耐贫瘠、耐储运,适配多种种植环境。当前南瓜育种的核心痛点是白粉病病害严重、品质有待提升。
针对这些问题,我们已完成南瓜完整参考基因组的组装,构建了EMS突变体库,通过筛选突变体挖掘关键基因;同时通过品种间杂交,将中国南瓜的抗病基因导入板栗南瓜(即贝贝南瓜),大幅提升其抗病性,让农民更易种植。此外,我们还研发了红皮南瓜品种,并通过远缘杂交进一步优化板栗南瓜的品质。去年广东一位客户考察后,当即提出需500亩种植规模的种子,足见市场对品种的认可。
甜瓜:聚焦“差异化”与“耐储运”
当前甜瓜育种中,哈密瓜类型品种竞争激烈,我们选择走差异化路线,重点研发网纹、绿肉品种,同时攻克耐储运难题。这不仅能满足国内消费者的多元需求,还为产品出口奠定基础。
在育种效率上,我们应用快速育种技术,西瓜、甜瓜一年可完成四代育种。其中,两代在研究院大棚内开展,另外两代借助海南的气候条件进行,大幅缩短了育种周期。我们的目标是培育出“农民好种、流通商好运、销售方好卖、消费者爱吃”的品种,让营养健康的甜瓜产品走进更多家庭。
Q4、您如何看待EDV,育种家应如何用好EDV?
张兴平:我认为EDV的推广核心,是鼓励育种领域的真正创新,但育种家无需过度担忧其带来的限制。知识产权保护的本质,既是保障研发者的权益,也是为了让优质资源得到最大化利用。它并非禁止他人使用,而是要求使用者与原始创新者达成协议,在成果转化后给予合理回报。
很多人将EDV理解为“壁垒”,觉得标注EDV的品种就完全不能触碰,这种认知存在偏差。中国育种家需要更加开放的心态。以跨国公司为例,孟山都(现为拜耳)的主要收入来源正是专利授权。这些专利并非全部由自己研发,很多是通过交叉许可实现的共赢模式,如果我使用了你的专利,你也可以使用我的,双方互相豁免许可费。
EDV制度的根本目的,是让原始创新者在商业化过程中真正获益,从而获得持续创新的经济动力。当前品种同质化严重,EDV制度将有效改善这一状况。
特别是在玉米育种中,现在要求提供详细的育种系谱和证据材料。在跨国企业工作时,我们每年都有详细的田间育种记录本,虽然数字化程度很高,但纸质记录作为原始凭证仍然不可或缺,这为品种溯源提供了最可靠的证据。
育种家需要与时俱进,既要标准化操作,也要保持创新个性。我们从事育种工作的初衷是为社会做贡献,如果EDV制度能促进创新,为何不积极拥抱呢?