——“小麥與冰草屬間遠緣雜交技術(shù)及其新種質(zhì)創(chuàng)制”獲國家技術(shù)發(fā)明二等獎 

 

 　　從2018年度國家科學(xué)技術(shù)獎勵大會上獲悉，中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物科學(xué)研究所李立會研究員牽頭完成的“小麥與冰草屬間遠緣雜交技術(shù)及其新種質(zhì)創(chuàng)制”獲國家技術(shù)發(fā)明二等獎。

 

　　小麥?zhǔn)侵饕诩Z作物，但是我國小麥常規(guī)育種進入艱難的爬坡階段。遺傳基礎(chǔ)狹窄和多樣性親本資源的缺乏成為限制小麥育種取得突破的瓶頸。遠緣雜交在小麥育種與生產(chǎn)上發(fā)揮了核心作用。冰草屬植物是小麥的近緣野生種，除作為優(yōu)質(zhì)牧草被廣為種植外，還具有多小穗、多小花的大穗特性，以及極強的抗寒、抗旱性，和對多種小麥病害表現(xiàn)出高度免疫性，因此冰草屬物種被認(rèn)為是小麥改良的最佳外源供體之一。將冰草屬植物中的優(yōu)異基因轉(zhuǎn)入小麥，用于小麥的遺傳改良，吸引了世界小麥科學(xué)家的廣泛關(guān)注。從上世紀(jì)30年代開始，國際上一些權(quán)威小麥專家White、Smith、Dewey等就開始了小麥與冰草屬間雜交的種種嘗試，但都以失敗終止了研究。將冰草基因向小麥轉(zhuǎn)移，成為一個國際難題，一直未能成功。

 

　　不畏艱難，國際難題終破解

 

　　1985年，剛剛到中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物科學(xué)研究所工作的李立會堅信小麥種質(zhì)資源的原始創(chuàng)新是小麥育種發(fā)展和保證國家糧食安全的關(guān)鍵。他投入了著名作物種質(zhì)資源學(xué)家董玉琛院士麾下開始了他的研究歷程。1988年，在董玉琛院士的指導(dǎo)下，李立會知難而上選題小麥與冰草屬遠緣雜交國際難題，帶著實習(xí)生在試驗田里開始了工作。通過圖書館查閱大量國內(nèi)外文獻資料后，他首先精挑細(xì)選了普通小麥品種Fukuho為母本，以來自新疆和內(nèi)蒙古的三份四倍體冰草為父本開始了雜交實驗。1988年在李立會的記憶里是滿眼小麥花和炎熱的日曬。由于冰草開花是在中午，為了克服遠緣雜交的不親和性，他要在小麥開花前的中午一點左右，柱頭還沒有完全開好，免疫蛋白尚未形成之前，將冰草的花粉用冰壺轉(zhuǎn)移到麥田里做雜交，而且為避免花粉破裂整個過程必須要在5分鐘內(nèi)完成。這樣來來回回、一朵一朵，一共雜交了幾萬朵花。功夫不負(fù)有心人，李立會終于成功收獲第一批可育雜交種子，也就此宣告挑戰(zhàn)這個遠緣雜交的國際難題獲得成功。

 

 

　　率領(lǐng)團隊，30年不輟結(jié)碩果

 

　　在之前研究的基礎(chǔ)上，李立會研究員率領(lǐng)團隊一干就是30年，團隊成員楊欣明高級農(nóng)藝師主要負(fù)責(zé)育種新材料創(chuàng)制與分發(fā)利用，劉偉華研究員負(fù)責(zé)小麥-冰草異源易位系的創(chuàng)制與新基因發(fā)掘，張錦鵬副研究員負(fù)責(zé)冰草特異分子標(biāo)記的開發(fā)與基因定位，李秀全高級實驗師負(fù)責(zé)育種新材料的選擇以及項目基礎(chǔ)材料的整理和匯總。這30年的堅守只為一個信念，那就是小麥種質(zhì)資源的原始創(chuàng)新和育種利用。自1989年以來，該項目獲國家發(fā)明專利8項、植物新品種權(quán)2項；發(fā)表論文77篇，其中在 Plant Biotech. J.等刊物上發(fā)表SCI論文40篇；《利用生物技術(shù)向小麥導(dǎo)入冰草優(yōu)異基因的研究》，獲首屆全國百篇優(yōu)秀博士學(xué)位論文；項目整體水平達到國際領(lǐng)先水平。該項成果攻克了利用冰草屬P基因組改良小麥的國際難題，實現(xiàn)了從技術(shù)研發(fā)、材料創(chuàng)新到新品種培育的全面突破，為引領(lǐng)育種發(fā)展新方向奠定了堅實的物質(zhì)和技術(shù)基礎(chǔ)，為我國小麥綠色生產(chǎn)和糧食安全做出了突出的貢獻。

 

　　創(chuàng)建新技術(shù)。創(chuàng)建了以克服授精與幼胚發(fā)育障礙、高效誘導(dǎo)易位、特異分子標(biāo)記追蹤、育種新材料創(chuàng)制為一體的遠緣雜交技術(shù)體系，為破解小麥與冰草屬間雜交的國際難題提供關(guān)鍵技術(shù)。創(chuàng)建在授精蛋白識別免疫系統(tǒng)建成初期的幼齡授粉、激素處理和幼胚拯救雜交技術(shù)，首次獲得小麥與冰草屬3個物種間自交可育雜種。開發(fā)出P基因組特異標(biāo)記17萬5千余個，解決了小麥背景下外源染色體片段或基因的高效檢測與追蹤問題。

 

　　創(chuàng)制新材料。創(chuàng)制小麥-冰草異源附加系、代換系和缺失系等遺傳工具材料90份，創(chuàng)制異源易位系等育種材料211份，實現(xiàn)了向小麥轉(zhuǎn)移野生近緣種多個優(yōu)異基因的突破。創(chuàng)制高產(chǎn)、抗病、抗逆等小麥-冰草新種質(zhì)392份，向36個主要育種單位發(fā)放創(chuàng)新種質(zhì)3157份次。

 

　　驅(qū)動新發(fā)展。創(chuàng)建“在創(chuàng)新中利用與利用中再創(chuàng)新”的高效利用途徑，全國優(yōu)勢單位利用新種質(zhì)培育新品種7個、后備新品種24個，涵蓋7個主要產(chǎn)區(qū)，證實了新種質(zhì)能夠在高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、綠色生態(tài)等方面發(fā)揮重要作用。育成新品種累計推廣種植3196.9萬畝，經(jīng)濟效益21.33億元。利用創(chuàng)新種質(zhì)培育的新品種、后備新品種在引領(lǐng)育種發(fā)展新方向方面發(fā)揮著重要作用。

 

 

　　不忘初心，砥礪前行謀發(fā)展

 

　　利用冰草屬優(yōu)異基因改良小麥的研究走在了世界前沿。李立會研究員團隊在冰草屬優(yōu)異基因改良小麥的研究領(lǐng)域發(fā)表論文數(shù)占到世界發(fā)表總論文的27%。響應(yīng)習(xí)總書記科技創(chuàng)新的講話精神，李立會研究員正滿懷信心帶領(lǐng)團隊繼續(xù)創(chuàng)制小麥育種中急需的新種質(zhì)，并將這些創(chuàng)新種質(zhì)積極分發(fā)，應(yīng)用于小麥育種中以培育新品種，服務(wù)于我國的小麥產(chǎn)業(yè)。在科研道路上他不畏艱難、持之以恒，從經(jīng)典的細(xì)胞遺傳學(xué)方法發(fā)展為分子染色體工程技術(shù)，從傳統(tǒng)的表型選擇發(fā)展到冰草外源基因特異分子標(biāo)記的高效追蹤檢測，正逐步將冰草攜帶的多花多實、高粒重、廣譜抗白粉、條銹和葉銹病基因、株型改良的小旗葉性狀、氮素高效利用等基因轉(zhuǎn)入小麥，實現(xiàn)小麥的高產(chǎn)、抗逆和綠色生產(chǎn)。