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交易棉花必备基本面:引种、转基因棉、基因测序,中国棉花如何打赢市场争夺战?

2018-05-30 07:55:46 和讯名家 
  文 | 中国农业科学院棉花研究所 喻树迅

  导言

  今日(5月29日)在美棉的带领下,利好因素发酵,资金大量流入,国内郑棉一改周一窄幅震荡的格局,在午前一举涨停。昨夜北疆再次经历了大风、阵雨、沙尘,今天风力开始减弱,气温有所下降,关注北疆积温情况,所以今日之涨停,在意料之中,又在意料之外,意料之中的是短期上涨趋势,意料之外的是上涨的急剧性。

  在棉花行情变化如此巨大的背景下,扑克投资家放眼更长远的产业图景,推送两篇阐述中国棉花产业百年发展历史、现状特性,以及未来发展趋势的文章,以期给业界人士更高维度的观察和思考空间。

  一、中国棉花品种的改良及棉花产业发展现状

  1. 中国棉花引种和品种演变

  棉花品种改良是棉花生产的基础,是每个棉花育种者的方向。纵观近代中国棉花的引种和品种演变,中国棉花品种的每一次更新换代都有不同的特点,且不同程度提高了中国棉花生产水平。随着经济水平和社会需求的变化,棉花的优良性状逐步强化、不利性状也正被逐步改良。1900年以来,中国棉花品种的更 换历经六次重大变化,每次都伴随丰产性、品质或者抗性的显著改良。

  第一次品种更替,从1904年开始,历时44年,这期间的主要特征是国外陆地棉逐步替代本地亚洲棉。当时,长江流域主要推广‘德字棉531’、‘珂字棉100’ 和‘岱字棉15’,黄河流域主要推广‘斯字棉4号’和‘斯字棉2B’,东北棉区主要推广特早熟品种‘木浦113-4’。截至1948年,陆地棉占据了全国棉田总面积的60%以上。

  第二次品种更替,发生在新中国成立的第一个十年间(1949-1958),主要特征是‘岱字棉15’的发展壮大。上一个阶段中,在长江流域主要推广的‘岱字棉15’,逐步取代了本区域的珂字棉、德字棉和黄河流域的斯字棉及其退化种,并且取代了中国种植两千多年的亚洲棉。这次更新换代,是中国棉花产业史上一次重要的革新。

  第三次品种更替 ,是随后的五年期间 (1959-1964),主要特征是中国自己选育的棉花新品种得到了推广。长江流域、黄河流域和西北内陆三大棉区的自育新品种逐渐代替了‘岱字棉15’。这次更新,中国棉花单产在之前的基础上增加了两成。

  第四次品种更替,延续了第三次的特点,直到20世纪70年代末期(1965-1979),这期间继续推广自育品种,主要特征是棉花丰产性的提高。这次更新换代,不同棉花产区的单产,较之前增加了10%~30%。自育品种表现丰产、稳产,且生育期短、适应性广,纤维长度有所增加,但综合品质仍然较低。

  第五次品种更替,历经了十年(1980-1990),主要特征是自育品种完全取代了国外品种,结束了美棉一统天下的局面。这期间,‘泗棉2号’、‘鲁棉2号’、‘冀棉11号’、‘中棉所12号’等新品种得到了极大的推广。长江流域主推‘泗棉2号’,其广适、高产、稳产,整体性能优秀;‘中棉所12号王’,累计推广面积达1000多万亩, 不仅集合了高产、优质、抗病性,而且稳产、适应性广。 这一阶段育成的品种极大地促进了棉花丰产、抗病性、 纤维品质的提升。

  第六次品种更替,从90年代至今(1991至今),主要特征是抗虫棉和杂交棉的推广。九十年代初期棉铃虫的危机,通过中国自主研发的外源抗虫基因转育技术得以解除,并因此获得了许多抗虫新品种。这个阶段还极大地利用了杂种优势,选育出一系列高产优质的杂交棉品种,完善了中国棉花产业的育种体系。

  一个多世纪以来,不同棉区选育了大量高产、优质、抗病、抗虫新品种,尤其是第五次更新换代中自育品种独当一面,到第六次更替时又迅速推广抗病虫新 品种,标志着中国棉花育种工作已经发展到了一个崭新的阶段。

  综上所述,前两次更新换代主要依靠引进外国品种,而从第三次更替开始,中国自育品种得到了推广,随后逐渐选育出适应不同棉区的优良新品种,建立了 较完整的育种体系。由此可以看出,中国棉花育种的发展趋势是:从国外引进到自主选育;从产量改良到品质改良;从感病虫品种到抗病虫品种;从常规棉品种到专用棉品种;从纯合型棉种到杂交棉品种。每一次棉种的更新换代,棉花的单产和抗性都逐步提高,纤维品质也得到了显著改良。

  2. 中国棉花种质资源的收集和保存

  良种在农业科技中始终占有较高的贡献率,而多样化的棉花种质资源则是棉花育种的物质基础。大力发展对国内外棉花种质资源的搜集、研究、利用和创新,对培养优质、高产、抗虫、抗病棉花新品种意义重大。

  1922年和1923年两年时间内,王善全、冯泽芳走访考察江苏、浙江、辽宁、山东等13个省份,共搜集到亚洲棉品种112个,中央农业实验所在1939-1947年搜集到来自全国各地的1200份亚洲棉品种材料,华北农业科学研究所在1952年搜集到73份亚洲棉种质材料。

  此后,依据棉花生产和科研需要,中国在1953-1957年和组织了一次大规模的棉花种质资源考察和搜集。1955年和1956年,农业部又曾两次发布全国征集各主要农作物原始品种材料的通知。历时4年,中国共收集到2000多份棉花种质。1970年以后,中国先后组织了棉花科技人员对全国棉花种质资源进行考察和搜 集,范围包括23个省 、自治区的100多个县(市)。

  1975-1983年,中国农业科学院棉花研究所等有关棉花研究单位科研人员组织了第二次大规模棉花种质资源的考察和搜集工作,对云南、海南、广西、贵州等省(区)行了考察,对当地的棉花种质材料进行了考察和搜集。农业部和国家科委在1979年又联合发出通知,要求各省、市、自治区棉花科研人员再次全面开展对棉花种质资源组织重点考察和补充征集。

  除国家大规模组织的种质资源搜集活动,中国农业科学院棉花研究所一直致力于棉花种质资源的研究和搜集工作,对中国主产棉区创新种质和各种质资源点进行了考察、搜集,共获得包括远缘杂交渐渗系等1000多份棉花种质资源。

  2002年10-11月,中国农业科学院棉花研究所科研人员组成三队再次进行了棉花种质资源的考察,在云南、贵州、广西等省、区少数民族居住的边远山区共搜集到棉种种质资源176份,其中,陆地棉43份、亚洲棉89份、海岛棉18份、混杂种子7份、棉花近缘植物19份。

  自20世纪20、30年代以来,中国开始着力开展棉种种质资源的保护工作,在20 世纪80年代迅速发展。国家作物种质库和中国农科院棉花研究所的国家棉花种质中期库保存有较完善的一套种质资源。

  截至2015年12月,国家棉花种质中期库共保存来自世界53个产棉国棉花种质资源10116份,其中陆地棉8620份、海岛棉918份、亚洲棉561份、草棉19份,国内资源6359份、国外资源3757份,资源总量同比增加14.1%。这些种质资源分别保存在北京国家长期库、青海省复库、和安阳中期库内。中国野生棉资源主要保存在海南三亚的野生棉种植圃内。与此同时,中国的棉花种质资源数据库系统也较为完善,以期为棉花育种及其他研究提供棉花资源的参考数据。

  二、中国棉花产业科技取得的创新突破和重要成果

  1. 陆地棉引种成功,开创棉花种植新纪元

  中棉(G. arboreum L.),又叫亚洲棉,是中国历史上种植时间最长的棉花栽培种,其纤维粗短,只能适于手工纺织。所以亚洲棉在中国两千多年的封建社会中,为男耕女织自给自足的小农经济的发展起到了重要作用。

  陆地棉(G. hirsutum L.)又叫美棉或洋棉,原产于中美洲墨西哥南部的高地,近代在美国种植较多。纤维细长,品质良好,商业上称为细绒棉。

  鸦片战争后,美、日等国相继在中国兴建纱厂。中国的近代棉纺织业也在这时候兴起。纺织工业的发展引起了对原棉的大量需求,也大大刺激了农民植棉的 积极性。然而原先种植的中棉产量低,纤维粗短,不适合于机器纺织,所以每年还需要进口大量的美棉或印棉。

  陆地棉的成功引入为棉纺织业的发展做出了重要贡献。19世纪中期,把陆地棉引进中国来的是西洋传教士,但关于传教士如何将美棉引入中国没有记载,难 以断定。有据可查的是,陆地棉在清朝同治四年即公元1865年引入中国,这是最早的引进美棉记载,但由于没有人注重,加上规模小,所以没有大量推行。

  中国大量引种陆地棉的最早官方记录是清光绪十八年(公元1892年),从湖广总督张之洞开始的。引进陆地棉和大力推广陆地棉,促进了我们棉花生产发展。张之洞拉开了中国美棉引种的大幕,虽然这次引种的直接效果并不是很好,但是对于引进陆地棉这一重大战略部署,影响深远,意义重大。

  2. 短季棉育种获突破,实现麦棉两熟耕种制度

  中国人多地少,土地利用最大化,是中国农业生产实现自给自足的基石。早熟棉生育期较短,可以进行晚春播、初夏播或夏播。利用早熟棉进行初夏播或夏播,可以在长江流域棉区和黄河流域棉区发展粮(油)棉两熟乃至多熟种植模式,提高复种指数;通过晚春播种,能够在春季气温低、秋季气温下降快、光热条件较差、降水少的新疆、内蒙、甘肃等西北内陆地区,以及北部内陆旱地和滨海盐碱地地区种植棉花。因此,早熟陆地棉品种的培育有利于缓解粮棉争地矛盾,对粮棉双收和盐碱旱地的利用有重要意义。

  20世纪40年代中国选育的早熟棉花品种‘黑山棉1号’,推广面积最多时曾达10多万公顷,获国家重大科技成果奖。20世纪70年代后,中国又陆续选育出‘中棉所 10 号’、‘中棉所16号’、‘鲁棉10号’、‘豫棉7号’、‘豫棉9号’、‘皖棉6号’、‘鄂棉13 号’等早熟棉品种。

  这些早熟棉品种在生产上的推行利用,有力地促进了粮(油)棉两熟制迅速发展。特别是‘中棉所16号’,1989-1994年累计推广367.06万公顷,1994年推广面积最多时已超过93.3万公顷,获国家科技进步一等奖。20世纪90年代中国还选育出‘中棉所18’、‘中棉所20’、‘辽棉13’等低酚早熟棉品种在生产上大面积推广应用,‘中棉所20号’因其综合性状优良,1992-1998年累计推广52.28万公顷,1999年获得了国家科技进步二等奖。

  2000年以后,中国黄河流域和长江流域的早熟棉培育以早熟、丰产、抗虫为主要目标,此后的品种多为转基因抗虫棉,如‘鲁棉研19号’、‘中棉所50’、 ‘中棉所 58’、‘鲁棉研35’、‘中棉所73’、‘中棉所74’ 等。其中‘中棉所50’连续7年被农业部作为黄河流域麦棉两熟的主推品种,并在河南、安徽、湖北、江苏等地进行了连续多年的麦后直播示范,取得了良好的效果。

  在新疆棉区,早熟、优质、适合机械化采收为目标,育种单位先后选育了早熟陆地棉品种‘中棉所49’、 ‘新陆早32号’、‘新陆早33号’、‘新陆早42号’等棉花品种。‘新陆早33号’具有早熟、高产、优质、适宜机采等优点,截至目前累计推广 67万公顷,是北疆棉花主推品种之一;‘新陆早42 号’具有早熟性好,丰产性突出,纤维品质优良,抗枯萎,适应于北疆、南疆等早熟棉区种植,累计推广20 万公顷左右。

  截止到2016年,经过棉花科技工作者努力,中国总共育成了‘中棉所10’、‘中棉所16’、‘中棉所36’等早熟棉花品种20多个,为中国麦棉两熟耕作制度的形成和大面积应用做出了突出贡献。

  3. 自主研发转基因抗虫棉,打赢棉种市场争夺战

  棉花生长周期较长,在其生长过程中极易受到虫害影响,特别是棉铃虫的侵害,严重影响其产量和品质,给棉花产业造成巨大损失,因此棉花虫害的防治成为影响棉花产业经济效益的一个重要方面。传统的防治方法成本高,污染大,而且还会造成棉虫的抗药性,效果并不理想。随着转基因技术的发展和广泛应用,棉虫防治工作的研究也迎来了一个全新的时代。

  转基因抗虫棉技术是将外源基因通过农杆菌介导法、花粉管通道法和基因枪轰击法等方法转入棉花基因组中,使之获得抗虫这一靶标性状,并可进行稳定遗 传。中国对转基因抗虫棉的研究始于20世纪90年代初期,转入棉花中的抗病基因主要分为3类:杀虫蛋白基因(Bt)、昆虫蛋白酶抑制剂基因(PI)和植物凝集素 基因(1ectin)。1992年,在棉铃虫害严重危害中国棉田的背景下,中国人依靠自己的力量培育出转基因抗虫棉,使中国成为世界上第二个具备抗虫基因自主知 识产权的国家,拯救了中国的棉花产业。

  转基因棉花培育成功后,也经历了艰难的推广时期。中国农业科学院棉花研究所牵头建立了转基因平台,该平台结合了多个科研单位以及棉花企业,利用 上、中、下游资源的优势互补,形成上中下游三位一体的联合体,最终在各方的合作努力下,强强联合,形成了棉花“基因转化-种质创新-品种培育-产业化”的一条龙服务体系。

  目前,在中国已被大规模生产和应用的转基因抗虫棉主要为单价抗虫棉和双价抗虫棉,其转化的抗虫基因为Bt杀虫基因GFM Cry1A和豇豆胰蛋白酶抑制剂基因Cpti。单价抗虫棉代表品种有GK1(‘国抗1号’)、GK12(‘国抗12号’)等,双价抗虫棉代表品种有‘中棉所41’、‘中棉所45’等。

  截至目前,中国已经培育出多个转基因抗虫棉品种,并在全国范围内推广种植,从1999年到2012年,国产抗虫棉的市场占有率从5%逆转为98%,打破了国外抗虫棉的垄断。中国转基因抗虫棉研发和产业化的成功,促进了中国棉花产业的发展,并对其他相关产业 起到了一定的带动作用,其所带来的巨大的经济效益和社会效益堪称中国近代农业科学发展史上的奇迹,我们也相信,转基因抗虫棉的研究会迎来更加崭新的未来。

  4. 完成棉花基因组测序,奠定国际棉花基础研究领先地位

  棉花属锦葵科、棉属,目前已发现46个二倍体棉种和5个四倍体棉种,经研究发现,46个二倍体棉种共分为8个基因组,包括A、B、C、D、E、F、G和K,5个四倍体棉花种均是由A基因组亚洲棉和D基因组雷蒙德氏棉进行种间杂交加倍形成。解码棉花基因组能够深入了解棉种起源进化及棉花重要农艺性状形成的遗 传基础。

  2012年,研究员完成了棉花D基因组雷蒙德氏棉(Gossypium raimondii)的全基因组测序工作,研究成果分别在Nature genetics和Nature杂志上发表;2014年,研究员完成了棉花A基因组亚洲棉(Gossypium arboretum)‘石系亚1号’的全基因组测序及组装工作,绘制出的亚洲棉基因组约为1694Mb;在上述成果的基础上,2015年,研究员完成了异源四倍体棉花品种陆地棉(Gossypium hirsutum)‘TM-1’的全基因组测序及组装。首次从全基因组水平揭示了四倍体棉花是由A基因组的祖先和D基因组的祖先通过染色体融合而形成,并初步揭示了四倍体棉花基因组的进化规律。

  棉花全基因组测序的完成,极大地推进了棉花基因组重测序及全基因组关联分析工作的进程。研究员利用31份陆地棉野生种和321份陆地棉栽培种进行了基因组重测序,通过全基因组关联分析,检测到19个与纤维品质性状相关的位点,其中8个位于A亚基因组,11个位于D亚基因组,其中有16个位点是新发现的位点。研究员利用35个地方品种,271份全球现代改良的棉花品种及8个海岛棉、3个野生棉、1个长梗肖槿品种等318份材料,进行全基因组关联分析,检测到71个与产量性状相关的位点,45个和纤维品质相关的位点,3个与黄萎病抗性相关的位点。

  3个棉种全基因组测序工作的完成,以及多个棉种重测序工作的完成,标志着中国棉花基因组学研究达到了国际领先水平,确立了中国在棉花基础研究领域的领先地位。

  三、中国棉花产业科技涌现的重要人物和团队

  1. 陆地棉引种第一人——张之洞

  中国大量引种陆地棉的最早官方记录是清光绪十八年(公元1892年),从湖广总督张之洞开始的。

  作为清朝洋务派官员的张之洞,在湖北武昌创办机器织布厂及纺纱厂,当时两个工厂每年所需要原棉在十万担以上,但是中国中棉产量低,纤维粗短,并不 能满足其需求,为了解决机器纺织所需要的棉花原料,开始引进陆地棉。

  1892年,张之洞出使美国,大臣崔国因花2000两白银在美国选购了两个陆地棉品种34担,当年分发至湖北省武昌、孝感、麻城、天门等15个州县试种。这次试种由于缺乏经验,没有掌握陆地棉的特性,播种时间晚,密度大,导致产量不高,成效不大。

  第二年,张之洞又从美国引入陆地棉种子100担, 再次发给棉农种植。第二次种植,张之洞翻译印刷了 “畅种美棉说”和“美棉种法”十条,从深耕、施肥、播种 时节及间距、防治虫害直到收花,详细的说明了种植美棉的技术要领,免费分给江夏、汉阳、黄冈、武昌、应城5个县的棉农种植。第二次试种的时节合宜,范围较大,掌握了种植美棉的技术要领,准备充分,相比于第一次试种,第二次获得初步成效。此后,清朝政府、在,陆地棉是中国最主要的栽培品种,为中国现代植棉业和棉纺业做出了巨大贡献。

  2. 现代棉作科学奠基人——冯泽芳

  冯泽芳是中国著名的棉花科学家和农业教育家,也是中国现代棉作科学主要奠基人之一。冯泽芳对棉花研究的卓越贡献有如下几个方面:(1)深入研究了亚洲棉的形态分类和遗传,以及亚洲棉与美洲棉杂种的遗传学和细胞学;(2)推广了斯字面和德字棉;(3)鉴定并发展了离核木棉。

  冯泽芳撰写的《中棉形态及其分类》是中国关于种植亚洲棉的最早著述;冯泽芳撰写的《中棉之孟特尔性初次报告》是中国首次将孟德尔定律应用于中棉性状的遗传研究;冯泽芳在美国康奈尔大学攻读硕士和博士学位的论文分别是《棉作田间试验技术概论》和《亚洲棉与美洲棉杂种之遗传学及细胞学的研究》,就棉花遗传育种的实践和理论知识进行了研究。

  冯泽芳学成归国后,先后担任过南京全国经济委员会下属的棉业统制委员会任技术专员、中央棉产改进所副所长兼植棉系主任等职务。在任南京全国经济委员会下属的棉业统制委员会任技术专员、中央棉产改进所副所长兼植棉系主任时, 冯泽芳主持了全国棉花品种区域试验,筛选了2个美棉品种并积极进行了引种和推广,使中国棉花产量和品质显著提高;在云南工作期间,冯泽芳全力倡导和推广多年生的离核木棉,并与有关部门协作积极建设中国西南地区的长绒棉区;冯泽芳任中央大学教授兼农学院院长时,主讲棉作学和农学概论,同时进行棉区分布的研究。

  冯泽芳任农林部棉产改进处副处长时,积极倡导创办“中国棉业出版社”,出版发行了棉花专业性期刊《中国棉讯》、《中国棉业》和《中国棉业副刊》,以及其他一批与棉花研究有关的图书;冯泽芳1957年就任中国农业科学院棉花研究所首任所长后,放弃了大城市优越的工作和生活条件,怀着极大热情来到河南省安阳县白璧乡主持中国农业科学院棉花研究所的建设和科研工作,为中国棉花生产事业贡献了毕生精力。

  3. 中国现代棉花产业团队

  目前,中国除了中国农业科学院棉花研究所、各省市棉花研究所专职从事棉花研究的团队外,在各大农业院校和高校都有从事棉花研究的团队。

  中国农业科学院棉花研究所是中国唯一的国家级棉花专业科研机构和全国棉花科研中心,涵盖棉花应用和基础研究。中国农业科学院棉花研究所以解决棉花生产中的重大科技问题为己任,与国际和国内开展广泛的棉花科技合作和交流,在培养棉花科技人才的同时,不断为中国推广先进的科研成果和的植棉技 术。建所至今,中国农业科学院棉花研究所主持或参加研究项目(专题)近 300项,获省部级以上成果奖励66项,其中国家级奖22项;先后培育83个棉花新品种,种植面积曾占全国的50%。以中国农业科学院棉花研究所的研究平台为支撑,先后培养了中国工程院院士1人、国家“万人计划”领军人才2人、国家“万人计划”青年拔尖人才1人、国家百千万人才工程4人、全国农业科研杰出人才4人。

  除了中国农业科学院棉花研究所外,中国农业大学、华中农业大学、南京农业大学、河北农业大学、浙江大学等农业院校和高校,以及山东省棉花研究中心、山西省农业科学院棉花研究所、湖南等棉花科学研究所、辽宁省经济作物研究所、新疆建设兵团等地方科研院所都有专职从事棉花研究的科研人员。中国棉花育种团队一直秉承艰苦奋斗、甘于奉献、 勤于实践、勇于创新的精神,推进着中国棉花应用研究 达到国际领先水平、基础研究进入国际先进水平、产业 开发参与国际竞争的棉花产业目标。

  四、中国棉花产业的发展前景和趋势

  中国棉花产业不仅在国民经济中占有重要地位,而且对国际棉花市场以及世界棉花产业的发展亦有举足轻重的影响。坚持可持续发展观,推动中国棉花产业的可持续发展,是棉纺工业加速发展的需求,也是确保国家棉花安全的需求,还是促进社会、经济协调发展的需求。

  依据中国棉花产业的历史和棉花产业发展现状,未来原棉需求的战略定位应以稳定棉花生产、确保中国棉花产品的有效供给为基本目标,并做好如下几个 方面的战略部署:

  1. 调整优化棉区布局,适当发展长江和黄河流域棉区、重点布局新疆棉区、拓展旱地盐碱地棉区;

  2. 强化改革耕作制度,发展粮棉两熟连作制度;

  3. 转变生产方式,发展轻简化、机械化、社会服务化植棉;

  4. 推进农机农艺的融合,协同发展棉花农机、 棉花栽培和棉花品种的相互配套;

  5. 加强优异棉花基因资源的挖掘、利用,以及分子育种技术的研究,占领棉花科技制高点。

    本文首发于微信公众号:扑克投资家。文章内容属作者个人观点,不代表和讯网立场。投资者据此操作,风险请自担。

(责任编辑:陈姗 HF072)
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