本书共五部分内容，包括总论和原始创新篇、集成创新篇、持续巩固篇及重点突破篇等四个篇章。各篇章围绕作物种业前沿技术创新，分别从背景与需求分析、发展态势分析、瓶颈对策分析及未来战略构想四个方面，系统梳理了作物种业前沿科技创新现状与发展态势，分析了我国作物种业前沿科技创新未来发展方向与战略重点，提出了作物种业前沿技术理论创新和科学发展的保障措施与政策建议。

目录
总论 1
1 作物种业前沿科技研究的战略需求 1
1.1 作物种业科技战略需求 1
1.2 作物种业前沿技术创新需求 3
2 全球作物种业前沿技术发展与态势分析 6
2.1 全球作物种业技术创新的总体发展现状与态势 6
2.2 全球作物种业前沿技术的发展现状与态势 10
3 我国作物种业前沿科技发展的机遇与问题挑战 21
3.1 我国作物种业前沿科技发展的机遇 21
3.2 我国作物种业前沿科技发展的问题与挑战 23
4 作物种业前沿科技发展的战略构想 25
4.1 发展目标 25
4.2 发展思路 25
4.3 发展重点 26
4.4 政策保障和建议 27
一、原始创新篇
专题一 性状组学 31
摘要 31
1 背景与需求分析 31
1.1 性状组学的定义 31
1.2 性状组学研究的战略需求 32
1.3 性状组学育种对未来农业的潜在影响 35
2 发展态势分析 36
2.1 基础研究进展 36
2.2 知识产权分布 39
2.3 项目布局 39
2.4 主要研发力量 40
3 瓶颈对策分析 40
3.1 重要农艺性状之间协同调控的机制尚不明确 40
3.2 急需发展大规模低成本的表型评价体系 41
3.3 基于多组学信息的性状预测和智能化选择技术有待突破 41
3.4 精准培育智能化作物新品种迫在眉睫 42
4 未来战略构想 42
4.1 发展思路 42
4.2 发展目标 43
4.3 政策保障和建议 43
参考文献 44
专题二 从头驯化 46
摘要 46
1 背景与需求分析 46
1.1 从头驯化的定义 46
1.2 从头驯化研究的战略需求 47
1.3 从头驯化育种对未来农业的潜在影响 49
1.4 从头驯化的技术路线 51
2 发展态势分析 52
2.1 基础研究进展 52
2.2 知识产权分布 56
2.3 项目布局 56
2.4 主要研发力量 56
3 瓶颈对策分析 57
3.1 资源基础——种质资源保护收集评估与挖掘 57
3.2 设计基础——作物驯化规律的解析 57
3.3 技术基础——生物技术创新 57
3.4 制度保障——从头驯化作物的商业模式 58
4 未来战略构想 58
4.1 发展思路 58
4.2 发展目标 58
4.3 政策保障和建议 59
参考文献 59
二、集成创新篇
专题三 合成生物学. 63
摘要 63
1 背景与需求分析 63
1.1 合成生物学的定义 63
1.2 合成生物学在作物种业科技创新中的地位、战略需求和形势分析 64
2 发展态势分析 65
2.1 基础研究进展 65
2.2 知识产权分布 67
2.3 项目布局 68
2.4 关键词显示光合和固氮是当前植物合成生物学的研究热点 69
3 瓶颈对策分析 73
3.1 我国农业合成生物学技术创新能力不足 73
3.2 合成途径和模块的理论基础研究滞后 73
3.3 我国政府资助晚于英美等国约 10 年 74
3.4 研究主体及经费来源不符合颠覆性应用技术的定位 74
3.5 社会对合成生物学食品的认识不足及监管制度不完善 74
4 未来战略构想 75
4.1 发展思路 75
4.2 发展目标 75
4.3 政策保障和建议 76
参考文献 76
专题四 微生物组学 78
摘要 78
1 背景与需求分析 78
1.1 微生物组的定义 79
1.2 微生物组研究的发展沿革 79
1.3 植物微生物组推动作物育种发展 82
2 发展态势分析 82
2.1 植物微生物组领域进入快速发展期，我国距离世界很好水平还有一定差距 82
2.2 国内外微生物组研究计划和队伍 84
3 瓶颈对策分析 85
3.1 微生物组功能及机制研究还不完善 85
3.2 微生物组育种与不同土壤环境 86
4 未来战略构想 86
4.1 发展目标 86
4.2 发展思路 87
4.3 政策保障和建议 87
参考文献 88
专题五 表型组学 90
摘要 90
1 背景与需求分析 90
1.1 作物表型组学的定义 90
1.2 作物表型技术在作物种业科技创新中的地位、战略需求和形势分析 91
2 发展态势分析 92
2.1 各国高度重视表型基础设施布局建设 92
2.2 表型组学论文数量呈快速增长趋势 96
2.3 表型组学技术的研究热点与发展趋势 98
3 瓶颈对策分析 100
3.1 表型组数据缺乏统一的表型组数据元数据、元标准及存储管理标准 100
3.2 缺乏具有自主知识产权的表型组数据解析软件和平台 101
3.3 缺少国产的表型设备核心传感器部件 101
3.4 尚缺乏融合基因型和表型辅助育种操作所需的单株和群体选择的设备 102
3.5 缺乏一个多生境、多维度、全生育期表型与基因型规模化精准鉴定平台 102
4 未来战略构想 103
4.1 发展思路 103
4.2 发展目标 103
4.3 政策保障和建议 104
参考文献 104
专题六 育种工业技术 107
摘要 107
1 背景与需求分析 108
1.1 育种工业技术的定义 108
1.2 育种工业技术在作物种业科技创新中的地位、战略需求和形势分析 108
2 发展态势分析 110
2.1 育种工业技术演化与发展历程 110
2.2 植物工厂育种的全球发展态势呈现稳步突破 112
2.3 快速育种发展态势呈现陡然崛起 115
2.4 我国育种工业技术取得长足进展，与领先国家差距缩小 118
3 瓶颈对策分析 119
3.1 作物品种复杂性状在人工环境与田间表现差异产生转化难题 119
3.2 育种研究团队大多难以负担育种工业技术依赖的设施建造与运行成本 120
4 未来战略构想 121
4.1 发展思路 121
4.2 发展目标 121
4.3 政策保障和建议 122
参考文献 123
三、持续巩固篇
专题七 表观遗传学 127
摘要 127
1 背景与需求分析 127
1.1 表观遗传学的定义 127
1.2 表观遗传育种技术在作物种业科技创新中的地位、战略需求和形势分析 128
2 发展态势分析 130
2.1 基础研究进展 130
2.2 知识产权分布 135
2.3 项目布局 136
2.4 主要研发力量 137
3 瓶颈对策分析 138
3.1 农作物复杂性状形成的表观遗传基础研究较薄弱 138
3.2 RNA表观遗传育种理论与应用研究基础薄弱 138
3.3 亟待开发以表观遗传调控为核心的倍性育种技术 138
3.4 尚缺乏作物可再生机理研究及实操工具 139
3.5 靶向表观基因编辑技术缺乏高效工具及原始核心专利 139
4 未来战略构想 140
4.1 发展思路 140
4.2 发展目标 140
4.3 政策保障和建议 141
参考文献 141
专题八 递送与再生 144
摘要 144
1 背景与需求分析 144
1.1 植物细胞递送与植株再生助力作物育种技术的更新 145
1.2 递送与再生效率成为新型育种技术的制约因素 145
1.3 新一代递送与高效再生技术成为种业科技创新的驱动力 146
2 发展态势分析 146
2.1 传统递送技术发展进入瓶颈期，中国明显落后于美国 146
2.2 我国在新一代递送技术的研究与应用领域与美国的差距正在缩小 150
2.3 植物再生机制的研究与应用是持续热点，我国有体量的优势而美国有核心理论和技术 152
2.4 我国在作物再生基础研究领域具有一定的亮点 154
3 瓶颈对策分析 155
3.1 我国新材料和新介质的基础研究不足，新一代递送技术开发具有一定瓶颈 155
3.2 新一代递送技术安全隐患和监管体系不明确，在植物/作物中的应用会受到制约 156
3.3 植物/作物再生过程的分子机制尚不明确 156
3.4 影响不同作物再生效率的关键调控机制有待挖掘 157
3.5 作物中缺乏无须组织培养的高效递送-遗传转化技术体系 157
4 未来战略构想 158
4.1 发展思路 158
4.2 发展目标 158
4.3 政策保障和建议 159
参考文献 159
专题九 杂种优势与无融合生殖 162
摘要 162
1 背景与需求分析 162
1.1 杂种优势显著提高作物产量、品质和抗逆性 162
1.2 杂交制种的困境 163
1.3 无融合生殖技术有望克服杂交制种困境 163
1.4 无融合生殖技术长期受到国际关注 164
2 发展态势分析 164
2.1 基础研究进展 164
2.2 专利及主要研发力量分析 168
3 瓶颈对策分析 171
3.1 玉米杂种优势利用效率有待提高 171
3.2 水稻杂种优势利用体系有待优化 172
3.3 无融合生殖基础研究瓶颈 173
4 未来战略构想 175
4.1 发展思路 175
4.2 发展目标 176
4.3 政策保障和建议 176
参考文献 177
专题十 倍性育种 178
摘要 178
1 背景与需求分析 178
1.1 倍性育种的定义 178
1.2 倍性育种技术在作物育种中举足轻重 179
2 发展态势分析 180
2.1 基础研究进展 180
2.2 知识产权分布 184
2.3 项目布局 185
3 瓶颈对策分析 185
3.1 不同作物的单倍体育种关键共性技术有待突破 185
3.2 大规模DH系的表型评价困难 186
3.3 多倍体作物遗传育种难度大 186
4 未来战略构想 186
4.1 发展思路 187
4.2 发展目标 187
4.3 政策保障和建议 187
参考文献 188
四、重点突破篇
专题十一 基因编辑 193
摘要 193
1 背景与需求分析 193
1.1 基因编辑是生命科学领域的颠覆性技术 194
1.2 基因编辑技术在作物种业科技创新中的地位 194
1.3 基因编辑创新与应用在保障种业安全中的战略需求和形势 194
2 发展态势分析 195
2.1 全球基因编辑研究和专利态势分析 195
2.2 中国在农作物基因编辑领域具有一定的优势地位 197
2.3 我国农业生物基因编辑技术仍受制于国外核心专利 199
2.4 我国农业生物基因编辑产业化发展缓慢 199
3 瓶颈对策分析 199
3.1 基础研究薄弱、理论创新不足、原始创新乏力 200
3.2 相关学科融合不足，原创性共性技术研发乏力 200
3.3 缺乏高效的基因编辑组分递送技术 201
3.4 基因编辑产品监管及产业化政策滞后 201
4 未来战略构想 202
4.1 发展思路 202
4.2 发展目标 202
4.3 政策保障和建议 203
参考文献 203
专题十二 智能育种 205
摘要 205
1 背景与需求分析 205
1.1 智能育种是作物育种技术发展的高级阶段，将推动育种从“经验”走向“科学”、从“运气”走向“精准” 206
1.2 组学大数据是解析智能育种理论问题的关键基础 209
1.3 智能育种涉及多项前沿技术交叉融合 211
1.4 小结.. 212
2 发展态势分析 212
2.1 研究论文分析 212
2.2 知识产权分布 214
2.3 重要研究进展概述 214
2.4 育种信息化研究前沿布局及应用研发进展简述 215
2.5 小结 217
3 瓶颈对策分析 217
3.1 在遗传育种材料中获取新基因变异及不同变异组合的效率有限 217
3.2 育种材料的基因型鉴定成本太高 218
3.3 种质材料的表型鉴定技术远未成熟 218
3.4 公共育种大数据分析应用平台及技术人才缺乏 218
3.5 政策法规、科技计划、评价考核机制不完善 219
4 未来战略构想 221
4.1 发展思路和重点 221
4.2 发展目标 224
4.3 政策保障和建议 224
结语 226
参考文献 226