“非一般”的玉米——对话2016年度国家技术发明奖
新年伊始，2016年度国家科学技术奖励大会传来喜讯：中国农业大学国家玉米改良中心李建生教授主持完成的“玉米重要营养品质优良基因发掘与分子育种应用”项目获得国家技术发明奖二等奖。
玉米是我国第一大粮食作物品种，其种植面积约占全国农作物总面积的1/4，产量则达到了全国农作物总产量的1/3。但2016年，在“化解玉米暂时性过剩”的忧虑中，我国玉米总产量同比2015年下降2.3%。
粮食总产量“十二年连增”就此止步。除其他自然条件因素的影响之外，玉米等作物种植结构的转变无疑是影响粮食产量的重大原因之一。
我国玉米产业的“阵痛”要痛多久？在行业“疲软”中，又如何能一举夺得国家科学技术大奖？带着这样的疑问，记者采访了李建生教授。
玉米的“供给侧”改革
从2004年开始，我国粮食生产进入了改革开放以来持续时间最长的粮食增产阶段。数据显示，从这一年到2015年，我国粮食总产量进入“十二连增”阶段。
2016年岁末，国家统计局公布的数据显示，2016年中国粮食产量为6.162亿吨，比去年减少0.8%。
全国粮食产量止步“十二连增”。究其原因，除了变化莫测的天气，“政府改革农业政策，促使农户减少玉米播种面积”也是主要原因之一。
统计局的数据显示，2016年中国玉米产量为2.196亿吨，低于2015年的2.246亿吨。
“我国的玉米生产面临一个暂时的、阶段性的过剩，从长远看，玉米还是一个刚性需求”。李建生说：“我们有13亿人口，我们对鸡鸭鱼、肉蛋奶的需求越来越多了，而所有这些东西都是谷物变的，是饲料变的。”
“差不多3公斤玉米可以转换成1公斤动物性产品，13亿人的生活需求还在不断增加”，李建生再一次强调说：“我们现在面临着改革中的一些问题，集中反映出一个暂时的、阶段性的过剩”。
“现在不是讲‘供给侧’改革吗？”李建生认为这是玉米种植调的一个重要原因。
这是一次“主动调整种植结构”的结果。去年，全国种植业结构调整，以我国第一大粮食作物品种玉米的种植区域、面积为减调重点，在我国的镰刀弯地区，采取“玉米改大豆”“粮改饲”和“粮改油”等措施调整农业种植结构。年初，我国政府在取消了实施多年的临时收储项目，玉米播种面积随之减少3.6%。
为什么要调整？
在粮食总产量连年增长的喜人局面背后，其资源环境代价也逐渐引起关注和忧虑。中国用不到7%的耕地养活地球上超过22%的人口，农业生产中的化肥和农药使用量占全球35%。但一方面，化肥、农药投入的报酬递减规律也日渐凸显，导致“增肥低增产”；另一方面，农业农村的生态环境为此付出了高昂代价。
在2016年3月十二届全国人大四次会议举行的记者会上，农业部部长韩长赋答记者问时就表示，“十三五”期间不追求粮食连续增产，而是要巩固和提升粮食产能。
早在2015年11月，针对“当前玉米供大于求，库存大幅增加，种植效益降低”等矛盾，农业部出台了《关于“镰刀弯”地区玉米结构调整的指导意见》。
2016年中央一号文件《关于落实发展新理念加快农业现代化实现全面小康目标的若干意见》中提出优化农业生产结构和区域布局，明确提出“在确保谷物基本自给、口粮绝对安全的前提下，基本形成与市场需求相适应、与资源禀赋相匹配的现代农业生产结构和区域布局，提高农业综合效益。”
紧随其后，《全国种植业结构调整规划（2016—2020年）》）出台。这一《规划》指出，我国农业发展环境正发生深刻变化，老问题不断积累、新矛盾不断涌现。新形势下，农业主要矛盾已由总量不足转变为结构性矛盾，推动农业供给侧结构性改革，加快转变农业发展方式，是当前和今后一个时期农业农村经济的重要任务。
“就玉米而言，过去我们重产量，对品质不是太重视”，李建生坦言，由于我国人口压力太大，过去“只能先把肚子填饱，粮食安全的压力非常大。”
“今天，我们所说的玉米不再是传统的玉米，玉米不光可以做饲料，还能生吃的鲜食玉米、榨油等，这都需要提高玉米的品质。”
这是“非一般”的玉米
“我们通过对玉米品质的改良，调整种植结构，增加农民收入，对‘供给侧’也是有意义的！”
2002年，“玉米重要营养品质优良基因发掘与分子育种应用”立项之初，玉米还是我国种植面积第二大作物。但在那时，李建生团队就已经意识到，不断提高农作物品质将是未来我国农业生产的必然结果。
“新世纪以来，我国的粮食安全逐步有了保证，在解决了温饱问题的同时，我们就面临着一个新的问题，那就是营养问题，”李建生说：“你吃饱之后，就要考虑怎么样吃好！”
农产品从产量增长到品质提升，早已是一个世界范围的共识。20世纪70年代，联合国粮农组织（FAO）提出了“粮食安全”这一概念，2015年则进一步提出了《全球粮食安全和营养战略框架》，开始关注日益复杂的全球营养挑战，提出了“粮食和营养安全”的概念。
李建生的项目团队，其初心正是要培育出一批营养品质“非一般”的玉米。
玉米籽粒维生素A原、维生素E和油份是对人类健康和动物生长发育有益的重要品质性状。其中，玉米油富含不饱和脂肪酸，是健康食用油，也是高能饲料原料；维生素E是最主要的抗氧化剂之一，对心血管等疾病有保健作用；维生素A具有维持正常视觉功能、维护上皮组织细胞的健康和促进免疫球蛋白的合成、维持骨骼正常生长发育、促进生长与生殖等重要生理功能。
维生素A缺乏是发展中国家公共健康面临的巨大挑战。2003年，世界银行、盖茨基金会等资助启动了国际生物强化项目，旨在提高玉米维生素A原等营养元素的含量。
“新中国成立以来，我国玉米单产和总产的增加很大程度上依赖于玉米育种水平的不断提高。在诸多增产因素中，玉米新品种的贡献率达到35%左右。”李建生说：“近20年来，随着植物分子生物学技术的发展和应用，对作物遗传育种产生了极其深远的影响。生物技术与常规育种技术的有机结合，可以实现了作物遗传育种新的技术突破。
李建生团队利用先进的基因组学技术，针对玉米油份、维生素E和、维生素A原，利用高密度的分子标记定位数量性状位点（QTL），克隆控制玉米营养品质性状QTL的基因，阐明这些基因的遗传机理，挖掘优良等位基因，开发功能分子标记，并将其应用于分子育种。
经过了14年的努力，“玉米重要营养品质优良基因发掘与分子育种应用”项目进展显著，具备三大创新：
——阐明了玉米油份提高的遗传学基础，挖掘了油份优良等位基因及功能标记，开启了玉米油份分子育种的先例。李建生团队通过全基因组关联分析发现72个影响总油份和脂肪酸组分及比例的基因，验证了COPII、ACP、LACS、GAPT、TAGL 等五个基因的功能，开发了相应功能标记，获得了4 项发明专利。针对一个主效高油基因，利用功能分子标记辅助回交，将我国推广面积最大的杂交种“郑单958”籽粒含油量提高了26.5%，并开始示范推广。
——挖掘了维生素E优良等位基因及功能标记，建立了分子育种体系，开辟了玉米品质育种的新方向。李建生团队开发了InDel7和InDel118两个可以显著提高维生素E含量的功能标记。利用开发的功能分子标记鉴定ZmVTE4（生育酚甲基转移酶基因）最优单倍型，筛选出“中农大甜419”等5个维生素E总含量（干基）平均比对照提高70.43%的高维生素E甜玉米新品种，以及一系列高维生素E的新材料。
——发现了高维生素A原优良等位基因分布的遗传规律，开发了功能标记，提高了国际生物强化项目的育种效率。李建生团队克隆了控制玉米维生素A原含量的基因-crtRB1（β胡萝卜素数量性状基因）。首次发现crtRB1的优良等位基因在热带及亚热带和温带玉米材料中分布频率明显不同的遗传规律，提出了利用温带玉米优良等位基因改良热带玉米维生素A原含量的新思路。开发了InDel1等6个控制维生素A原含量的功能标记，创制了籽粒维生素A原含量提高了37.7%以上的新材料，国际玉米小麦研究中心等国内外单位应用该成果选育的品种已经得到推广应用。
国际玉米小麦改良中心种质资源项目主任Kevin Pixley称赞说：“这些分子标记在国际生物强化育种项目中的应用，是全球分子育种中最成功的例子。”
目前，“玉米重要营养品质优良基因发掘与分子育种应用”项目共获得授权的优良等位基因发明专利4项；培育通过审定的玉米新品种9个、新组合1个；获得品种权1项，申请品种权1项。在国内外学术期刊发表原创性论文37篇，其中SCI收录论文31篇。2010和2013年分别在《自然遗传学》（Nature Genetics）发表论文各一篇，在国内外引起广泛反响。论文总影响因子达到136，总引用次数813次，其中他引610次。
2012年至2015年，这一项目培育的优质甜玉米新品种在全国累计推广354.14 万亩,占全国甜玉米种植面积的21.54%，农民累计新增产值28.33 亿元，企业累计新增利润4244.4万元。
玉米中心第二个十年
“这既是一个国际合作项目，也是一个国内合作项目。”作为国际生物强化育种项目的中国项目课题，“玉米重要营养品质优良基因发掘与分子育种应用”以李建生研究团队为主，联合国内优势单位华中农业大学严建兵教授、广东省农业科学院作物研究所胡建广研究员和中国农业科学院作物科学研究所王国英教授共同完成。
“这是一个理论与实践相结合，高新技术与传统技术相结合，学科发展与人才培养相结合的项目”，李建生说，这一项目“既瞄准国际科技前沿，又面对国内重大需求”，既开展了基础理论研究，发表了高水平论文，也应用到育种的实际问题当中；将传统育种技术与分子育种技术结合；在14年里培养了10名博士研究生，也培养出了年轻的“杰青”“长江学者”和教育部“跨世纪人才”……
这次收获的国家科技奖励，也是国家玉米改良中心面向种业重大技术需求，瞄准国际科学发展前沿的发展缩影。
2017年，李建生伴随国家玉米改良中心的发展走过第19年头，这既是硕果累累、人才凝聚的19年，也是团结协作、走向世界的19年。
自上世纪50年代开始，我国老一辈科学家李竞雄院士作为我国杂交玉米的先驱，亲自向周恩来总理等国家领导人进言，积极倡导玉米杂种优势利用，育成了我国第一代玉米双交种，实现了农家品种到杂交种的飞跃，为我国玉米增产做出了重大贡献。之后，以戴景瑞、许启凤、宋同明教授为代表的创新研究团队，相继在高产育种、高油玉米等资源创新方向取得了重大成果。
在此期间，2002年“优质高产杂交玉米品种农大108选育与推广”获国家科技进步一等奖；2005年“优良玉米自交系综3和综31的选育与利用”获国家科技进步二等奖；2006年“高油玉米种质和生产技术系统创新”获国家发明二等奖。
2015年，中国农业大学图书馆情报研究中心研究者李晨英、静发冲对2005年以来发表的相关玉米研究文章进行的数据统计分析显示：我国玉米研究在数量上已经成为领跑者，而在质量上也跻身第一梯队。进一步对统计数据细读，国家玉米改良中心为这一论文产出的“成绩单”带来了1/3以上的贡献。
“与时俱进”，展望国家玉米改良中心的未来，李建生强调，“学科的发展要与生产相结合，要与国家的发展相结合，我们的研究要面对国民经济的重大需求，也要继续聚焦国际科技前沿。”
“十年以前，我们戴景瑞老师、宋同明老师都还是传统玉米育种研究；在过去的十年里，我们传统育种和高新技术育种结合了，未来的十年，我们也将迎来新的变化，在学科发展中我们需要更多注重一些基础理论的研究。”李建生解释说：“我们要注意应用研究和基础研究的平衡，当然，他们不是互相排斥的。”
“未来，我们一方面要强调高技术的深入研究，另一方面要加快高技术向种子企业转移，真正的、全面的提升我国玉米产业的竞争力。”
悄然间，国家玉米改良中心的第二个十年之庆，已经不远了……
