农业育种与栽培技术创新研究综述

摘 要：农业是国民经济的基础产业。从目前情况来看，农业发展离不开育种技术和栽培技术支撑，这是因为高品质种子和先进的栽培技术能显著提高农作物产量。笔者以农作物和相关植物为研究对象，着重研究育种和栽培过程中采用的新技术和方法，涵盖了基因编辑、基因组学、遗传学分析等现代科技手段及传统的选择育种和改良技术。研究结果显示，现代生物技术和信息技术的迅速发展为农业创新带来新机遇，有助于提高农作物产量、抗病性和适应性。同时，综合运用不同技术手段，可加快对新品种的培育和推广，对解决全球粮食安全问题和推动农业实现可持续发展起到至关重要的作用。笔者通过全面分析农业育种与栽培技术的创新研究，为相关领域的学术研究和生产实践提供参考。

关键词：栽培；育种；农业；创新

中图分类号：S31 文献标志码：B 文章编号：1674-7909（2024）2-97-4

DOI：10.19345/j.cnki.1674-7909.2024.02.022

0 引言

尽管我国国土面积辽阔，且农业基础较好，但耕地资源不足、人均耕地资源较少等问题依然突出。据国家统计局公布的数据，中国耕地总面积约为1.8亿 hm2，人均耕地面积约为0.11 hm2，远低于全球平均水平。科学技术的不断发展为农业生产提供了强大助力，为了创造更高的农业产值，必须以现有农业科技和生产条件为基础，全面创新育种方法和栽培技术。使用杂交育种与诱变育种技术培育新品种，同时将科学的栽培技术应用于农业生产中，可提高农作物种植收益。在育种和栽培技术创新方面，我国在杂交育种和诱变育种等现代育种技术方面已取得一定成就。由《中国农业科技发展报告》等相关研究报告可知，中国在水稻、小麦、玉米等主要农作物的杂交育种方面取得显著进展，新品种的推广应用为农作物增产做出重要贡献。

1 农作物育种面临的问题

目前，农作物育种主要面临以下3个方面的问题。

1.1 现代生物技术加速农作物育种竞争

不同农作物的育种方法不同，且科技发展使育种方法的竞争变得更为突出。因此，选择合适的育种方法已成为获得丰收及可观经济收益的关键所在。从目前情况来看，不同农作物在育种方面的竞争主要体现在以下4个方面。①育种效率竞争。育种技术（如基因编辑技术、基因组测序技术等）的发展使得育种效率得到显著提高，选用合理的育种技术能更快速、精确地培育出具有特定性状的新品种，有利于提高特定农作物的育种效率。因此，技术竞争是农作物育种需要考虑的竞争因素之一。②新品种竞争。现代生物技术的发展为农作物育种提供了更多可能，基因编辑技术可实现跨物种的基因重组，从而培育出具有优良性状的新品种。这种新品种的竞争使得育种者需要在众多新品系中筛选出符合市场需求和适合种植条件的品种。③抗病虫害能力竞争。育种技术的发展使得育种工作者相继培育出具有抗病虫害能力的新品种。这种新品种竞争需要育种者在提高产量和品质的同时，还要考虑如何提高农作物的抗病虫害能力。④市场需求竞争。育种技术的发展使得农作物育种更加注重市场需求，要求育种者根据市场需求确定育种目标。

1.2 粮食增产方面存在的问题

粮食生产面临的挑战是由多个因素相互交织而形成的。城市化进程、气候变化等是粮食生产面临的主要挑战，会导致耕地减少，给粮食生产带来不小压力。尽管国家相继出台一系列政策来增加粮食种植面积，但单位面积产量的增长并不明显。这意味着虽然有更多土地被用来种植粮食，但仍有可能无法完全满足日益增长的粮食需求。城市化进程加快和人口增长导致对粮食的需求也日益增长，随之而来的是粮食供需的紧张局势加剧。随着城市人口的增加和食品消费习惯的变化，人们对粮食的需求也在不断变化，这对农业生产提出更高的要求。因此，创新相关技术已成为增加单位面积粮食产量的必然选择［1］。

1.3 科研资金投入不足

目前，我国政府在农业科研领域投入的资金相对不足，远远低于发达国家水平。我国农业科研经费与农业生产总值的比例未达到世界平均水平。育种技术研发需要投入大量资金，科研经费不足导致育种技术研发进度缓慢。同时，栽培技术的推广应用也需要投入大量资金。通常情况下，农业推广应用经费应占农业总投入的5%～10%。然而，当前农业推广应用经费不足，已严重制约相关技术的推广进度。

2 农业育种技术创新

2.1 杂交育种技术

杂交育种技术主要有以下3种。

2.1.1 增殖杂交育种技术

增殖杂交育种技术是将2个不同品种的农作物进行杂交，从子代个体中筛选出优良个体进行自群配种，并在后代中筛选出新品种的育种方法。这种方法能有效提高农作物产量，使优良基因得到更广泛的传播。增殖杂交育种技术的主要步骤如下。①杂交。将2个不同品种的农作物进行杂交，从而产生子代个体。这些子代个体具有2个不同品种的优良基因，使其具有较高的产量和抗病性。②自群配种。从子代个体中筛选出优良个体，并进行自交，从而产生后代个体。这种方法能有效保留优良基因，从而提高后代产量和抗病性。③选择新品系。选择新品系时需要综合考虑产量、抗病性、品质等因素。通过选择优良个体进行自群繁殖，可提高后代优良基因概率，从而提高新品种的产量和抗病性［2］。

2.1.2 回交育种技术

回交育种技术是一种将经过基因转移的农作物与原始农作物进行交配，从而培育出具有优良性状新品种的方法，是将某个农作物的优良性状转移到另一个农作物中，从而实现对特定农作物品种的优良化。等到回交繁育多代后，新品系会逐渐稳定表现出优良性状，继而通过连续多代的近亲繁殖，使新品种的基因型更加纯合，从而提高其稳定性和一致性，保证新繁育的品种具有稳定的有益性状，并以亲本方式将性状遗传给子代。例如，利用回交育种技术成功将水稻的优良性状转移到小麦中，培育出既抗病又高产的小麦新品种。在育种过程中，先将水稻的优良性状转移到小麦中，再通过回交繁育多代后，使新品种表现出的优良性状逐渐稳定，并通过连续多代近亲繁殖的方法来提高新品种的纯合度，最后通过亲本遗传使优良性状得以传承。

2.1.3 复合杂交育种技术

复合杂交育种技术是通过重组农作物优良性状来培育具有更多优良性状的新品种。在复合杂交过程中，先选出具有不同优良性状的亲本进行杂交，获得具有多个优良性状的杂交后代，再通过连续多代的选育和改良，从而筛选出具有稳定优良性状的新品种。这种新品种通常具有产量高、品质好、抗逆性强等优点。例如，河南省某种子管理站将六倍体黑小麦、八倍体黑小麦与普通小麦进行杂交，其后代的结实率分别为22%、18%。通过应用复合杂交育种技术，成功将黑小麦的优良基因插入普通小麦中，培育出抗锈病、颗粒饱满的新品种，从而显著提高小麦产量。

2.2 诱变育种技术

传统的育种技术复杂且周期长，对生长环境要求较高。因此，对育种技术进行创新就显得尤为重要。诱变育种作为一种新兴的育种技术，是通过改变农作物种子内部的DNA结构来改变其性状的，可实现对优良品种的快速筛选。诱变育种方法具有用时短、应用范围广等优点。其中，物理诱变因素包括射线、超声波等，化学诱变因素主要是化学试剂，通过浸渍或注射化学试剂来完成诱变育种。例如，某个种子管理站利用激光辐射小麦种子，从而促使小麦种子发生基因突变，让小麦种子形成抗病性状，最终获得抗锈病新品种。

3 农业栽培技术创新

3.1 无土栽培技术

无土栽培技术包括水培、气培、基质栽培这3种方式。

3.1.1 水培技术

水培技术是一种将农作物根茎浸泡在营养液中进行培育的方法，能使农作物吸收到更多养分，从而满足农作物生长需求。水培技术可提高农作物对养分的吸收效率，从而提高农作物产量和品质。此外，水培技术的应用还可减少化肥和农药的使用量，从而减少对环境的污染。目前，水培技术已被广泛应用于蔬菜、水果、花卉等农作物的栽培中。水培技术具体应用过程如下。①准备营养液。营养液可为农作物生长提供所需的养分和水分。需要根据农作物的种类和生长阶段对营养液配方进行调整，从而满足农作物生长对养分和水分的需求。②准备育苗基质。育苗基质是农作物根茎生长的载体，需要具有良好的保水性和透气性。常用的育苗基质有蛭石、珍珠岩、腐殖土等。③准备农作物种子。选择优良的农作物种子是水培技术成功应用的关键，优良的农作物种子具有较高的发芽率和生长潜力。④种子处理。种子处理包括浸泡、消毒、催芽等，有利于提高种子的发芽率和生长潜力。⑤播种。将处理好的种子播种到育苗基质中，然后覆盖薄膜。⑥营养液管理。在农作物生长过程中，需要定期更换营养液，从而满足农作物生长对养分和水分的需求。⑦病虫害防治。采用水培技术并不能完全避免病虫害的发生。因此，需要定期检查农作物生长情况，发现病虫害后要及时进行处理。⑧收获。在农作物进入收获期后，要及时进行收获，从而保证农作物产量和品质。

3.1.2 气培技术

气培技术是一种将农作物生长所需的营养液进行雾化处理，并喷施到农作物根茎部的方法。在农作物栽培过程中，可用聚乙烯泡沫板为栽培板，根据最佳距离对栽培板进行打孔，方便喷施营养液。聚乙烯泡沫板具有以下优点：质地轻，便于搬运和安装；透气性良好，有利于农作物的根系呼吸；吸水性良好，可有效保持农作物根部湿润。气培板上的孔洞不仅能让营养液均匀喷至每一株农作物，还能保证农作物根部的通气性，从而防止农作物根部出现缺氧的情况。利用气培技术可在一定的土地面积上收获更多农产品，从而更好满足我国人民对食物的需求［3］。

3.1.3 基质栽培

基质栽培在提供植物生长所需的水分和养分的同时，能最大限度减少土壤污染和病虫害的发生［4］。在使用基质栽培农作物过程中，植物根系不生长在土壤中，而是生长在一种特制的基质中。基质栽培技术的关键在于基质的选择和营养液的配制。基质是一种具有良好透气性、保水性和肥力的材料，可为植物生长提供所需的水分和养分。植物根系在基质中生长，技术人员通过引流和规范灌溉等方式来补充农作物生长所需元素。基质栽培技术在提高农作物产量、改善农作物品质、降低农业生产成本等方面具有显著优势。

3.2 温室栽培技术

温室栽培技术是一项现代化农业生产技术，对促进农作物生长具有重要意义。温室栽培技术是利用大量保温、保暖设备来确保农作物在适宜的环境中生长，从而加快农作物发育过程［5］。采用温室栽培技术可为农作物生长提供足够的光照，使农作物实现快速增长。在温室栽培过程中，相关人员要及时调整室内温度、湿度和光照，从而加快农作物生长速度，以实现增产的目标。当前，温室栽培技术已广泛应用于农业生产中，尤其是在蔬菜、水果等的栽培中取得显著成效。随着科技进步和农业现代化发展，温室栽培将有望实现自动化、智能化管理。

4 促进农业育种发展与提高产量的主要策略

4.1 选择与培育优良品种

使用传统育种方法和现代基因编辑技术（如CRISPR-Cas9）来筛选培育出具有抗逆性、抗病性、耐旱性、耐盐碱性和高产等优良性状的农作物品种，对促进农业发展具有重要意义。传统的育种方法是通过选择具有优良性状的个体进行杂交，再从中选育优良品系。这种方法虽然有效，但需要耗费大量的时间和资源。相比之下，现代基因编辑技术（如CRISPR-Cas9）能在基因层面进行精确编辑和调控，大大缩短育种周期，提高育种效率。例如，通过基因编辑技术能将一种植物的抗逆基因导入另一种植物中，使其能在干旱、高盐碱等恶劣环境中生长；也可将抗病基因导入农作物中，使其具有抗病害能力。这些技术的应用将大大提高农作物的产量和品质，为农业生产带来巨大的经济效益和社会效益。

但基因编辑技术也存在一些伦理和安全问题，如基因编辑可能会引发基因突变，对生物多样性造成影响。因此，在使用基因编辑技术时，要充分考虑其可能带来的风险和影响，并采取相应措施进行管理和控制。

4.2 杂交育种与多倍体育种