近日，在中国(guo)农业科学院作物科学研究所的河南新乡试验基地里，小麦即将(jiang)成熟，落黄漂亮，一派丰收(shou)景象。
普冰资300田间长(chang)势良好(hao)。
中国(guo)农科院作物科学研究所李立会(hui)研究员（右(you)四）和团队成员察看田间材料(liao)表现。
5月24日，在中国(guo)农业科学院作物科学研究所的河南新乡试验基地，科研院校、种业企业等育种单位代(dai)表现场观(guan)摩“小麦—冰草”远(yuan)缘杂交(jiao)高产、稳产、强筋新品系（种）。以上(shang)图(tu)片均由中国(guo)农业科学院作物科学研究所提供
河南省西平(ping)县老王坡万亩高标准良田麦收(shou)现场。卫百民(min)摄
5月底，河南新乡的中国(guo)农业科学院作物科学研究所试验基地里，小麦即将(jiang)成熟，麦浪翻滚，一片金黄，这片地里种植的小麦品种中，中国(guo)农业科学院作物科学研究所研究员李立会(hui)团队创制的90个“小麦—冰草”远(yuan)缘杂交(jiao)创新种质，以每个种类0.5亩集中种植，场景蔚为壮观(guan)。该种质被认为是开辟中国(guo)小麦高产育种途(tu)径的重要基因资源，为小麦育种创新提供了优异种质资源，为实现种业科技自立自强、种源自主(zhu)可(ke)控注入了创新力量。
5月24日，由中国(guo)农业科学院作物科学研究所、中国(guo)农业科学院中原研究中心联合举办(ban)的“小麦—冰草”远(yuan)缘杂交(jiao)新品系（种）田间展示暨(ji)有效利用研讨会(hui)在新乡召开，40余家科研院校、种业企业等育种单位代(dai)表现场观(guan)摩了“小麦—冰草”远(yuan)缘杂交(jiao)高产、稳产、强筋新品系（种）90个，其(qi)中包括2023年国(guo)审小麦新品种“普冰03”和9个正在参(can)加国(guo)家区域(yu)试验的新品系。
小麦—冰草“联姻”为何如此受业界关注？“今年展示的‘小麦—冰草’远(yuan)缘杂交(jiao)系列种质经升级(ji)换代(dai)表现出显著的多样性。这些新材料(liao)不仅保持(chi)了多花多实的特性，还拥有紧(jin)凑的株型和直(zhi)立的叶片。值得一提的是，它们对当前的主(zhu)要病害如茎基腐病和赤霉病表现出了卓越的抗病性，并且(qie)还兼具优质强筋的特点(dian)。”中国(guo)工程院院士、中国(guo)农科院作科所研究员刘旭评价说。
攻(gong)克远(yuan)缘杂交(jiao)的世界难题
冰草属(shu)植物是小麦的近缘野生(sheng)种之一，生(sheng)命力极(ji)其(qi)顽强，具有优秀的抗旱、抗寒、抗病性。它的穗和小麦有点(dian)像，但穗子很大，具有小穗数和小花数多的突出特性，此外(wai)还具有极(ji)强的抗寒、抗旱性，对多种小麦病害表现出高度免疫性，被认为是小麦改良的最佳(jia)外(wai)源优异基因供体之一。
要想让小麦和冰草实现远(yuan)缘杂交(jiao)，谈何容易。“冰草和小麦外(wai)形看上(shang)去相(xiang)似，实际上(shang)亲缘关系很远(yuan)，杂交(jiao)起来非常困难。”李立会(hui)说。
20世纪(ji)30年代(dai)开始，一些国(guo)家的学者希望解(jie)决这一难题，但直(zhi)到20世纪(ji)80年代(dai)都(dou)未能成功(gong)。国(guo)际小麦研究界普遍(bian)认为：“小麦与冰草属(shu)间远(yuan)缘杂交(jiao)”是条死胡同。
1988年，硕士研究生(sheng)入学前，当李立会(hui)向自己(ji)的导师、著名作物种质资源专家董玉琛(chen)提出这一选题时(shi)，董老师好(hao)意劝他放(fang)弃(qi)。“我想试一试，做不通再换题目。”李立会(hui)的执着说服了老师，随后他带领两名助手在试验田开始研究。
36年后，河南新乡的试验田里，数十种小麦和冰草杂交(jiao)而成的小麦材料(liao)即将(jiang)成熟，用这些材料(liao)育成的新品种，已(yi)经有15个，后备新品种也有39个。
“小麦—冰草”远(yuan)缘杂交(jiao)有哪些挑战？
“远(yuan)缘杂交(jiao)有三大障碍，杂交(jiao)不亲和、杂种不育、后代(dai)‘疯狂分离’，这几个难题一直(zhi)都(dou)解(jie)决不了。”中国(guo)农科院作物科学研究所研究员张锦鹏说，举例来说，小麦通常5月下旬成熟，而冰草生(sheng)长(chang)在高纬度地区，此时(shi)才刚开花，让两者杂交(jiao)，首先要把花期(qi)调(diao)节到同一时(shi)期(qi)。其(qi)次，还需要解(jie)决“小麦—冰草”授粉受精中的生(sheng)殖隔离问(wen)题。即便授粉成功(gong)，胚也不能正常发育，还需要开发一套幼胚拯救技术(shu)才能获得杂种植株。
常规育种技术(shu)路(lu)线走不通，就另辟蹊径，研究人员通过种质资源创新培(pei)育，终于突破了小麦与冰草的“生(sheng)殖隔离”。在李立会(hui)的带领下，中国(guo)农业科学院作物科学研究所小麦种质资源创新与利用团队通过不懈(xie)努力，创建了一套小麦远(yuan)缘杂交(jiao)新技术(shu)体系。通过幼龄授粉、幼胚拯救、幼穗体细(xi)胞培(pei)养、高频率诱导异源易位、特异分子标记开发技术(shu)等一系列创新，攻(gong)克了“小麦—冰草”远(yuan)缘杂交(jiao)难题，实现了小麦育种上(shang)利用冰草属(shu)外(wai)源优异基因从“0”到“1”的重要突破。
团队还完成了对野生(sheng)供体种冰草的基因组测序和衍生(sheng)后代(dai)的重测序，不断推动创新种质的有效利用与新品种选育。利用“小麦—冰草”多粒渐渗系亲本(ben)材料(liao)，选育出显著增产的普冰资300、具有氮素养分高效利用的普冰资301、具有多生(sheng)态区稳定表现的优质强筋新品系普冰资4696，这些品系正在参(can)加国(guo)家小麦品种审定试验。
创新种质的利用空间很大
“过去，改进小麦品种、提高产量主(zhu)要依靠现有推广品种之间的杂交(jiao)来实现。然而，长(chang)期(qi)品种间杂交(jiao)及对少数骨干亲本(ben)的大量应(ying)用，造成遗传变异范围缩(suo)小，品种抗原日趋单一，小麦育种进入瓶颈期(qi)。”李立会(hui)说，“因此，通过远(yuan)缘杂交(jiao)将(jiang)冰草优异基因导入小麦，是一项意义(yi)重大的工作。在小麦野生(sheng)近缘种中，冰草属(shu)物种具有小麦育种的众多优异目标性状，通过远(yuan)缘杂交(jiao)，引入当前栽培(pei)小麦缺乏的关键优异基因，不仅产量能提高，抗逆抗病害能力也会(hui)增强。”
小麦和冰草结合后，最直(zhi)接的好(hao)处就是高产。李立会(hui)介绍，传统育种中，亩穗数、穗粒数和千粒重是影响产量的三个要素，但这三者互为负(fu)相(xiang)关，即一个要素的提高往(wang)往(wang)会(hui)造成其(qi)他两个要素的下降，难以同时(shi)提高。而“小麦—冰草”创新种质解(jie)决了这个问(wen)题，具有多花多实的高产特性，比小麦主(zhu)栽品种增产可(ke)以超过10%，解(jie)决了中国(guo)突破性高产小麦种质匮乏问(wen)题，特别是发现了“多粒—高千粒重—有效分蘖(bo)”优异基因簇(cu)，其(qi)穗粒数和千粒重显著提高。
抗逆抗病害能力也大大增强。研究发现，“小麦—冰草”创新种质对白粉、条锈、叶锈菌等病害具有广谱抗性，为培(pei)育持(chi)久抗性且(qie)兼具多种病害抗性新品种提供了强力支撑。截至目前，“小麦—冰草”衍生(sheng)系发放(fang)全国(guo)育种单位，培(pei)育出携带冰草外(wai)源目标基因新品种21个、参(can)加国(guo)家和省级(ji)区试新品系39个，覆盖(gai)全国(guo)小麦主(zhu)产区。其(qi)中，甘肃、陕西两省审定的小麦新品种普冰151，已(yi)成为当地条锈病等病害流行(xing)和旱地麦区的主(zhu)栽品种，实现了多抗育种新突破。
“未来将(jiang)建立‘小麦—冰草’创新种质利用联合体，大力提升利用效率，并加强创新种质中来自冰草P基因组高产、优质、多抗等重要基因的功(gong)能解(jie)析。”李立会(hui)说。
今年展示的“小麦—冰草”远(yuan)缘杂交(jiao)系列种质材料(liao)还具有优质强筋的特点(dian)。
面条是否筋道，和小麦品质有关。中筋小麦主(zhu)要用于面条、馒头等传统面食的制作，而弱筋小麦多用于酿酒等工业生(sheng)产，强筋小麦则多用于制作面包、水饺、拉面等食品。过去，中国(guo)弱筋、强筋小麦生(sheng)产不足，品种不佳(jia)。随着农业科技的发展，如今，中国(guo)自己(ji)的弱筋、强筋品种，已(yi)经普遍(bian)赶上(shang)国(guo)际先进水平(ping)。
“从种质创新到有效利用，虽然时(shi)间通常比较长(chang)，但影响深远(yuan)。我们期(qi)待‘小麦—冰草’远(yuan)缘杂交(jiao)研究将(jiang)推动小麦育种取得新突破。”李立会(hui)说，“‘小麦—冰草’创新种质的利用空间很大，一些潜(qian)力有待深入挖掘。团队从新乡基地收(shou)获材料(liao)中，筛选出强筋类型普冰新种质12个，这些新品系的蛋白质含量高，适合制作高档面包，具有很高的市场价值。”
“这表明(ming)‘小麦—冰草’的利用上(shang)了一个新台阶。”中国(guo)工程院院士、中国(guo)农业大学校长(chang)孙(sun)其(qi)信说，从种质材料(liao)到新品种，从多花多实到多抗，这些品系（种）的潜(qian)力还是蛮大的，应(ying)该把这个优势转化为生(sheng)产的优势，造福小麦育种。
中国(guo)工程院院士、西北农林科技大学教授康振生(sheng)最近一直(zhi)在关注如何提高小麦品种的综合抗病能力，“普冰的抗病性就是综合性的。”康振生(sheng)说，希望未来对普冰的品种利用上(shang)，通过挖掘不同的抗性资源，合理布局，形成生(sheng)物屏障，对多种小麦病害产生(sheng)持(chi)续(xu)的控制力。
此次研讨会(hui)上(shang)，展示的“小麦—冰草”远(yuan)缘杂交(jiao)新品系和新品种，大家称之为“普冰”，它们与现在生(sheng)产上(shang)推广种植的小麦品种间遗传差异大于60%。这些品系（种）有20—40个姊妹系，将(jiang)尽可(ke)能满足推广区域(yu)的不同要求。来自企业的代(dai)表对“小麦—冰草”新品系的高产潜(qian)力、抗病性、抗倒伏(fu)、抗穗发芽逆境能力和强筋品质特性给予了高度评价，对下一步的合作开发和推广表达强烈意愿。
“普冰系列我跟了3年，试种了两年，特别是去年出现‘烂场雨’的情况下，我们看到了普冰300品种是非常耐穗发芽的，千粒重能达到42至43克。”河南科林种业有限公(gong)司董事长(chang)李松科说，“我注意到，普冰系列小麦的穗层比较厚，有三层穗，特别是最下面的小穗，我数了数都(dou)在15粒左(zuo)右(you)，而且(qie)它的成熟期(qi)跟上(shang)面大穗的成熟期(qi)很接近，这也就是说小穗也能产粮(liang)，由此可(ke)以提高产量，生(sheng)产潜(qian)力很大。我们在基地今年种的是第二年，每年试种了一亩地，穗粒数还是很高的。所以从市场的角度看，我们觉得这个品种值得拓展。”
发挥育种国(guo)家队牵头作用
农业现代(dai)化，种子是基础。今年是种业振兴行(xing)动由“三年打基础”转向“五年见成效”的关键一年。黄淮麦区小麦生(sheng)产功(gong)能区，是全国(guo)粮(liang)食生(sheng)产的核心区。种业振兴行(xing)动以来，加快培(pei)育具有原始创新性的突破性新种源，成为种业科技创新的重中之重。
中国(guo)的小麦育种，早在20世纪(ji)上(shang)半叶就已(yi)经开始，得益于一代(dai)又一代(dai)育种家们的不懈(xie)探索，逐步走到了世界前列。种子是农业的“芯片”，种业技术(shu)的进步，是农业发展的基础，也是保障粮(liang)食安全的重要前提。
“目前中国(guo)小麦单产水平(ping)位居世界前列，在自主(zhu)品种种源自给方面优势明(ming)显，但也面临着产量提升进入瓶颈期(qi)、绿(lu)色多抗优质品种供给不足等问(wen)题。回顾种业科技创新发展历(li)程，每一次产量品质的大面积提升，都(dou)是得益于突破性新种质的产生(sheng)，及其(qi)衍生(sheng)出一大批突破性的重大新品种。”中国(guo)农业科学院副院长(chang)叶玉江说，比如李立会(hui)研究员带领团队，通过30多年的艰苦努力，在破解(jie)了小麦与冰草属(shu)间远(yuan)缘杂交(jiao)难题基础上(shang)，围绕突破性重大新品种培(pei)育需要，创制出一批育种家能用、好(hao)用、想用的多穗粒数、绿(lu)色抗病、优质强筋小麦新种质，进一步拓宽(kuan)小麦育种的新基因源，增强了中国(guo)小麦种业的竞争力。
种子是农业的根本(ben)，种质资源则是种业的基石。位于北京的国(guo)家作物种质库中，零下18摄氏度的低温中，保存着5万多份小麦种质资源。“这些被妥善保存的丰富基因，是中国(guo)作物育种和种业振兴的希望。作物种质资源，在遗传育种中起到很大的作用。中国(guo)的农业科学家，培(pei)育了许许多多新品种，都(dou)是利用作物种质资源来培(pei)育的。这些新品种培(pei)育以后，农民(min)种植了新品种，使原有的单产提高了4到5倍，甚至8到9倍。”刘旭说。
在河南新乡的中国(guo)农科院作物所的基地中，20多个研究组每年在这里进行(xing)着60多项科研任务，面向黄淮海(hai)及周边地区，培(pei)育一个个新的品种，同时(shi)也为众多科研单位提供育种的材料(liao)。
“这片1100亩左(zuo)右(you)的新乡基地，自1993年开始建设，2003年正式入驻，是黄淮海(hai)小麦主(zhu)产区唯一的综合性实验基地，在支撑研究所科技创新和推动成果(guo)转化中发挥重要作用。基地育成了多个系列的粮(liang)食作物新品种。”张锦鹏介绍，其(qi)中，“矮败小麦及其(qi)高效育种方法的创建与应(ying)用”获国(guo)家科技进步一等奖，“小麦与冰草属(shu)间远(yuan)缘杂交(jiao)技术(shu)及其(qi)新种质创制”获国(guo)家技术(shu)发明(ming)二等奖。中麦、航(hang)麦、轮选、普冰系列小麦，中单、中玉系列玉米，中黄系列大豆等386个品种通过国(guo)家和省级(ji)审定，累计(ji)推广面积4亿余亩。
“作科所发挥了育种国(guo)家队的牵头作用。”中国(guo)农业科学院作物科学研究所所长(chang)周文(wen)彬说，作科所以小麦、玉米、大豆、水稻和杂粮(liang)等作物为重点(dian)，瞄准世界作物科技前沿，面向国(guo)家现代(dai)农业发展需求，以资源研究为基础，基因挖掘为核心，品种培(pei)育为目标，耕作栽培(pei)为保障，开展作物科学基础与应(ying)用研究，为国(guo)家粮(liang)食安全和农业高质量发展提供科技支撑。
“在种质资源鉴定和推进转化应(ying)用方面仍(reng)需持(chi)续(xu)发力，要加强科企合作，解(jie)决新种质到新品种‘最后一公(gong)里’问(wen)题，持(chi)续(xu)加快创新种质的释放(fang)利用和成果(guo)转化，为小麦稳产保供做贡献。”周文(wen)彬说。
农业农村部种业管理司司长(chang)刘莉华(hua)认为，在如期(qi)完成了第三次全国(guo)农作物种质资源普查基础上(shang)，种质资源保护利用要通过在资源精准鉴定上(shang)加力加速、在资源挖掘创制上(shang)改良突破、在资源共享利用上(shang)创新机制，把资源优势转变为创新优势、产业优势，让资源用得上(shang)、用得好(hao)，真正发挥作用。（本(ben)报记者 叶晓楠）
《 人民(min)日报海(hai)外(wai)版 》（ 2024年06月12日 第05 版）
责编(bian)：侯兴川、张荣耀