2023年10月31日，北京市人民政府发布《关于2022年度北京市科学技术奖励的决定》，我院万向元教授主持完成的“玉米新型育种和制种技术及其应用”项目，荣获北京市技术发明奖一等奖。

（主要完成人：万向元，陈化榜，谢传晓，金危危，李玉玲，黄西林，吴锁伟，安学丽，魏珣，龙艳，赵丽，祁显涛，黄伟，董永彬，李金萍）

习近平总书记在党的二十大报告中指出，要“全方位夯实粮食安全根基”。玉米是重要的粮食、饲料和工业原料，2022年我国玉米种植面积6.46亿亩、总产量2.77亿吨，约占粮食种植总面积的35%，其产量接近全年粮食总产量的40%，是我国的第一大农作物，在保障国家粮食安全方面发挥着举足轻重的作用。但近年来，国内玉米供需缺口大，影响肉蛋奶供给，已成为我国“卡脖子”作物之一。与发达国家相比，我国玉米的单产和综合生产效益较低，主要技术瓶颈在于“三缺一低”，即缺乏稳定可用的母本不育系、优异父本系、突破性杂交种以及种子生产效率低。因此，亟需创建更高效、更安全的雄性不育技术等新型育种和制种技术体系，培育高产优质、绿色高效玉米杂交种并推广应用。

科技助力种业振兴。玉米种业科技具有研发周期长和生命科学前沿技术应用广泛的双重属性，是大国竞争的高科技领域，需要持之以恒、久久为功。为了从源头上解决我国玉米优异种质资源不足、育种和制种效率偏低、单产长期徘徊不前等生产难题，北京科技大学万向元教授团队联合国内相关优势单位中国科学院遗传与发育生物学研究所、中国农业科学院作物科学研究所、中国农业大学、河南农业大学、北京丰捷一佳农业科技有限公司、北京首佳利华科技有限公司和北京中智生物农业国际研究院，针对“三缺一低”的技术瓶颈，历时11年，通过对玉米核雄性不育、单向异交不亲和、高产抗病抗逆等重要性状形成的分子机制，以及单倍体诱导、基因编辑、分子育种等关键共性技术进行协作攻关研究，创建了国际领先的玉米新型雄性不育、无隔离制种、单倍体诱导、基因编辑、分子育种等种业核心育种和制种技术体系，形成母本不育系、优异父本系、优良杂交种和杂交制种四个维度的解决玉米“卡脖子”难题的系统方案。该成果获得2022年北京市科学技术奖技术发明奖一等奖。

01创制母本不育系，开拓育种新思路

针对缺乏母本不育系，可用不育基因少，提出创制玉米母本雄性不育系的生物育种新思路。万向元教授联合团队经过10余年的不懈努力，挖掘了30个玉米雄性不育基因，解析15个基因的作用机制，并遴选出4个可生产应用的不育基因；结合生物技术和智能机器色选技术，发明玉米多控不育、“一步法”可操控型不育、显性核不育三种优势互补的智能不育新技术体系，批量创制玉米核雄性不育系。其中，多控不育技术解决了玉米隐性核不育系难以保持和繁育的问题；可操控型不育技术实现了同步创制隐性核不育系及其智能保持系；显性不育技术由于雄穗不育可节约物质和能量，促使玉米籽粒增产10-28%。基于5个单向异交不亲和基因，发明1项玉米无隔离制种技术，确保母本自交系只接受目标花粉，解决杂交制种过程中物理和时间隔离的难题（图1）。采用上述发明技术创制的不育化及无隔离制种母本系，无需人工去雄，完全生殖隔离，为开展玉米不育化及无隔离种子生产提供母本材料，实现对常规人工去雄制种从0到1的突破。

图1 玉米新型不育技术和无隔离制种技术

02整合分子设计育种技术，创新优异父本系

针对缺乏优异父本系，育种技术落后的难题，挖掘了15个玉米育种优异基因并解析其功能机制，发明了玉米整合分子设计育种技术体系。发明玉米高效基因编辑与单倍体诱导技术，将创制父本系的周期从6-7代缩短到2代，单倍体诱导率由5%提高到13%；实现基因编辑、全基因组选择、单倍体诱导等前沿技术融合创新（图2）。分子聚合上述挖掘的15个优异基因，创制7个综合性状优异父本系，为培育优良杂交种提供父本材料。

图2 玉米整合分子设计育种技术创制优异父本系

03创新种业核心技术，提高育种和制种效率

利用上述创制的母本不育系和优异父本系的表型和基因型数据，进行不同杂种优势群之间的杂种优势预测，实现精准杂交配组，提高玉米优良杂交种培育的效率。先后育成玉米新品种30余个，其中7个代表性新品种累计推广超过650万亩，平均增产12%以上（图3），验证了本发明技术的先进性和可行性。针对上述优良杂交种，利用母本不育系进行不育化杂交制种，提高制种纯度约5%，每亩提高制种产量约60公斤。另外，在制种基地土地紧张的情况下，通过无隔离制种技术，可提高土地利用效率。

图3 玉米高效杂交育种和制种技术应用

04 新技术撬动玉米增产，保障国家粮食安全

近三年来，本项目形成的新型玉米育种和制种系统解决方案，通过品种转让、推广销售与技术服务等方式，新增收益1756万元，7个代表性玉米新品种累计推广超过650万亩，实现玉米增产约6.6亿斤，带动农民增收约7.6亿元（图4）。本项目发明的多项核心技术实现从0到1的突破，打破国外种业巨头垄断，助力打造民族种业中国芯；培育的玉米新品种，可显著提高单产，从源头上保障国家粮食安全；不育化育种和种子生产，有效保护生态环境，促进种子产业升级。此外，本项目的实施为北京打造种业之都提供重要的原创性成果、人才团队和科技创新平台，提升首都玉米种业的全国引领力和全球影响力。在当前国际形势、国家政策、农民增收等有利条件下，本项目发明技术正在推广应用，并将撬动我国6.46亿亩玉米增产，完全普及后每年增产3300万吨，有望填补我国玉米需求缺口，解除对国外玉米的依赖。

图4 玉米新品种示范推广

“种子和技术好不好，让市场来说话”，项目团队十余载磨一剑，怀揣北科人振兴民族种业的责任与初心，用技术创新守牢民族种业“中国芯”，把生产实践当作检验成果“试金石”，以累累硕果，发展民族种业，挺起民族脊梁，为加快建设农业强国、全面推进乡村振兴贡献北科力量！