分子辅助的现代流程化玉米育种体系关义新
2015 海南九所
报告内容
一．
五．我国玉米育种现状与流程化育种的现状与二．
1.
2.
3.
三．
四．
1.
2.
3.
一、流程化（生产流水线）的概念与特点
1. 生产流程化的由来
点餐From（油
炸鳕鱼＆油煎土豆片＆豌豆糊＆饮料）－收钱油炸鳕
鱼
油煎＆
土豆片
豌豆糊饮料收银
2. 流程化生产的特点
◆
◆是每一道工序都有特定的人去完成，一步一步地加工．每个人做一个特定的工
◆
◆生产效率高，产品与服务可靠性强，可复制与推广性强，因为每个人只需要做一
◆
◆
◆
二、玉米流程化育种的形成的技术基础
1.杂种优势群的提出与简化
杂交育种理论、杂种优势群的提出与简化是流程化育种的基石。
1.1 玉米种质资源的整理与利用
◆和世界各地广泛搜集和整理了27 000余份原始资
含过渡带)种质3大生态类型，
放授粉品种(opv)，建立了国
◆年，中国农业科学院作物品种资源研究所共搜集整理玉米种质15961份，其中中
份来自云南、广西、贵州、
衣阿华坚秆综合种
明尼苏达13（Minn13
爱华马齿
兰卡斯特
1.3 世界通用杂优模式的演化
衣阿华坚杆综合种B73、B37,B 14
B73X MO
17品种的推
广
美国众多科研
单位、大学；
美国先锋、迪
卡等商业公司
的加入
美国通用的
杂优模式
跨国种业公司
的世界范围内
的不断发展和
扩张
Nss
SS
Nss-
NoTuxpe
no SS-
Tuxpeno
1.4 如何理解SS-NSS模式
◆
◆
1.5 杂优模式简化带来的进步
4
4 4
4 4 3 3 3 3 3 3 2 2 2 2 SS 群
NSS 群
◆
◆◆◆
2. 杂交种的数字化测试筛选
农民或育种家的表观选
择
田间部分测
试
按统计学要求设计的田间测试
多点田间测
试
广泛的田间测试与生态定位
1970,农户多点测试；数据选择时代，
1960育种研究站多点测试；数据选择时代，流程化育种的兴起.
1990s,农户多点测试；大数据选择时代
1930农户表观选择
农学家 统计学 生态学家+农民
农民
育种家
1960育种家表观选择
经验依赖性
数据依赖性
先锋成功的秘诀是什么？测试、测试再测试（test, test and test）
先锋公司是世界上第一个
全面进行玉米组合多环境全区快速测产技术的公司。
杂交种及测交组合多环境多点测试已经成为世界一流种业公司的标准育种技术。
小区多点测试流程设计与优化
专用设备的研制与应用：
•小区播种机（已商业化）
•小区脱粒测产系统（已研制成功并应用）•小区田间收获测产系统（已商业化）
•小区穗部性状快速测试系统（先锋内部）•用于品种比较田间优化设计与数据分析系统（已商业化及大公司内部专用结合）
对比法
间比法
区组及随机区组
拉丁方等设计
增广设计
空间分析增广设计
直接比较
直接比较
方差分析
方差分析
基于方差分析的最优线性无偏估计（BLUE）
基于方差分析与空间分析的最佳线性无偏估计（BLUP）
产量测试试验设计与统计技术快速发展
多年、多点测试
第二年，118个点
第一年，23个点
第三年，140个点第四年，1470个点
品种环境定位与风险评估Corn Hybrid EnClass
基因型 环境
生产表现
气候
土壤
管理
光温水及矿质养分
3. 自交系的早代数字化测选的发展
◆博士的研究
测试优缺点的比较，家系选择和个体选择优缺点的比较都为业界育种流程建立提供了理论基础”
◆
◆
◆
◆
◆
◆
◆
S0
S1 S6
S5 S2 S4 S3 X
测验
种 p 3 p 4 P 2 P 1 p 3 p 4 P 2 P 1 p 3 p 4 P 2 P 1 p 3
p 4
P 2
P 1
测配组合田间表现
自交系的经验评估
S0
S1 S6
S5
S2
S4 S3 测验种
根据测配组合的多点表现每两代进行一次选择
经验依赖性向数据依赖性的转变
早到什么时候，S0还是S1,测试规模的大小
自交系早代测选-以配合力为基础的自交系的筛选
与测验种测交F1
种
子
多点小
区产量
测试
产量
结果
自交后代
的去留
基于高通量标记的
特异性状辅助选择
基于高通量标记的
配合力辅助选择
三、玉米流程化育种的形成与特点
简化的SS~NSS 杂种优势
模式
数字化自交系选育体系
数字化品种筛选评价体系
数字代替经验有利于育种过程的规范化操作，促进了流程化育种的形成。
形成了以“数据选择”为核心的材料改良利用与选择的育种操作技术流程。
育种从育种家的神秘活动变成了公司统一掌控的工厂化生产。
育种家的的贡献在于流程的不断优化，以及整个流程的正常运行。
玉米育种流程化的内容
◆集成了多学科的专业优秀人才，符合系统工程学的要求； ◆提高了工作效率和工作成效； ◆解放了育种家，发挥知识的作用； ◆
减少了对育种家的非依赖性。
•资源 •原料
原料选择 •选育 •加工 成品半成品加
工 •评价 •质检
质量检验及市
场 配套的机械电子设备；信息管理编码追踪系统；分子图谱系统；试验设计与数据分析系统；自交系晋级系统；品种评价系统（生态定位与风险评估系统）；种质分类与种子库管理系统
育种目标
流程化育种的特点：
环节的同等重要性
运转的连续性
运转的流畅性
流程的不断优化
流程启动后-育种就转变为另一外学科-育种管理学
Pioneer step
1971,农
户多点测试；数据选择时代，流程化育种的兴起1990,
数据驱
动冬繁，
自交系
早代测
试
孟山都
大规模
合并及
转基因
玉米时
代
分子设
计及辅
助育种
阶段
流程化育种及分子育种带来的进步
四、玉米流程化育种的发展
1.测试技术不断提高（试验设计与统计分析技术）-将好
促进了从试验设计-田
数据采集与分析的测试技术的快速发展。
如：玉米植株性状与穗部性状的快速采集与分析系统、
2.不断整合新技术特别是单倍体技术与分子辅助技术。
3.
4. 育种目标确定的客观化
◆育种目标确定的连续性：实现连续循环改良，目标
过高过低均导致育种效率不高，投资回报率低下。
◆年的生产需求。
◆育种目标确定的客观性：未来生产需求分析是一种
科学预测，是建立在试验基础的预测，育种目标决
定着流程的方向和产品的水平，不应简单做出结论。
◆育种目标的决策是一门科学。
数据来源 USDA 2013
2014美国高产记录
用转基因技术
改造核不育生
产非转基因的
种子Spt
转基因技术种子生产技术
多技术进步相结合--现代流程化育种体系育种目
标决策
体系
整合单双倍体的技术流程
基础组合配置
F1或
F2~F4群
体
单倍体工程中心（流程）
诱
导
鉴
别
加
倍
观
察多点测配广泛测试
大流程
例：分子辅助流程化育种的两个子过程
早代分离材料种子500plants
种子自动编码与样品采集系统
ＤＮＡ的自动研磨提取与标记测定 标记分析与种子选择系统10%-50plants
正常流程－大田分离与测配
S0-s3植株单倍体诱导 单倍体高效鉴别与加倍 样品采集与自动编码
用转基因技术改造核不育生产非转基因的种子Spt
转基因技术
种子生产技术
五、我国玉米育种现状及国内外育种技术对比
农家种双
交
种
单
交
种
育种家经验选择时代1950~1970
先玉33 5
杜邦先锋
孟山都
基于经验的
性状改良
模仿育种3年5~7年8~10年
+5
%
如何追赶？
联想是传统行业从落后到领先逆转的典范！
谢谢！请提出宝贵意见！。