作者：葉興國（中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物科學(xué)研究所 研究員）
小麥是重要的糧食作物之一，面粉可以用來制作面條、饅頭、面包、糕點(diǎn)等樣式繁多的美味食品。小麥產(chǎn)量和品質(zhì)與日常生活及社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展密切相關(guān)。
培育優(yōu)良小麥新品種是提高小麥產(chǎn)量、改進(jìn)面粉品質(zhì)的主要措施。我國1950年前小麥生產(chǎn)以種植農(nóng)家品種為主，畝產(chǎn)不足90斤，人均年占有量僅為50多斤，為了能夠吃飽，小麥只能過度加工為粗糙的黑面粉，能吃到白面饅頭是人們的奢望。新中國成立后雜交育種成為小麥主要育種手段，遠(yuǎn)緣雜交育種和輻射誘變育種技術(shù)也得到了應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了優(yōu)良基因在小麥品種間或小麥亞族內(nèi)的交換，及人工創(chuàng)造新的遺傳變異，培育了碧瑪1號、南大2419、泰山4號、內(nèi)鄉(xiāng)5號、濟(jì)南2號、百農(nóng)3217、豐產(chǎn)3號、小偃6號、北京8號、揚(yáng)麥158、寧春4號、濟(jì)麥22、鄭麥7698、矮抗58、西農(nóng)979等著名小麥品種，小麥畝產(chǎn)提高到了800斤左右（比1949年增加了9倍之多），人均年小麥占有量達(dá)到260多斤（比1949年增加了4.5倍），面制品也變得豐富多彩。
然而，上述常規(guī)育種存在育種周期長、基因型純合速度慢、性狀改良精準(zhǔn)性差等缺點(diǎn)。近年來，單倍體育種、分子標(biāo)記輔助育種、轉(zhuǎn)基因育種和基因編輯育種等生物技術(shù)先后用于小麥品種改良，極大豐富了小麥育種技術(shù)。
通過單倍體誘導(dǎo)技術(shù)縮短小麥育種周期
小麥單倍體育種是對優(yōu)良親本雜交后代進(jìn)行花藥培養(yǎng)或小孢子培養(yǎng)，誘導(dǎo)雄配子發(fā)育成單倍體植株；或利用玉米花粉誘導(dǎo)產(chǎn)生小麥單倍體胚，通過幼胚拯救培養(yǎng)獲得單倍體植株。單倍體植株經(jīng)過染色體加倍獲得純合穩(wěn)定、正常結(jié)實(shí)的二倍體植株，進(jìn)一步通過性狀鑒定獲得小麥新品種，可將小麥新品種培育由傳統(tǒng)的8-10年縮短為5-6年，加快育種進(jìn)程。
我國利用單倍體育種技術(shù)培育了多個(gè)小麥品種，如京花1號、花培5號、奎花1號、京花9號、中麥155、寧春50號等，在生產(chǎn)中發(fā)揮了較好的作用。
利用單倍體育種技術(shù)培育的小麥新品種寧春50號
借助分子標(biāo)記技術(shù)提高小麥育種選擇的準(zhǔn)確性
在小麥育種過程中，對于品質(zhì)、營養(yǎng)和不具有發(fā)病條件下的抗病性等需要進(jìn)行生化分析鑒定或誘發(fā)病害鑒定，無疑增加了育種的工作量。為了提高育種效率，分子標(biāo)記輔助育種技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。分子標(biāo)記輔助育種是針對控制目標(biāo)性狀的基因，開發(fā)出一段與目標(biāo)性狀緊密連鎖的DNA標(biāo)記，只要在所選擇的植株中能檢測到目標(biāo)DNA序列，就意味著目標(biāo)性狀的存在，提高了選擇的精準(zhǔn)性。目前應(yīng)用比較多的是STS、SSR和KASP等標(biāo)記。
近20年來，我國開發(fā)了小麥多酚氧化酶、黃色素、籽粒硬度、麥谷蛋白亞基、黃矮病抗性、白粉病抗性、條銹病抗性、穗發(fā)芽抗性等性狀的分子標(biāo)記，顯著提高育種選擇效率，促進(jìn)了外源優(yōu)良基因從中間偃麥草、黑麥、簇毛麥、冰草和山羊草等近緣種屬植物中向小麥中的引滲，培育了中麥175、中麥895、中麥578和普冰系列等新品種。
利用分子標(biāo)記輔助育種技術(shù)培育的小麥新品種中麥895
利用轉(zhuǎn)基因技術(shù)定向改良小麥
雜交育種和遠(yuǎn)緣雜交育種基因的交流范圍大，遺傳變異廣泛，選擇的工作量繁重；誘變育種的方向性不能人為掌控，而且負(fù)向變異往往多于正向變異。因此，小麥遺傳改良需要轉(zhuǎn)基因育種技術(shù)，即將控制優(yōu)良性狀（抗病、高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、抗逆等）的基因轉(zhuǎn)入小麥，經(jīng)過安全性評價(jià)和目標(biāo)性狀表型鑒定后獲得小麥新品種。轉(zhuǎn)基因育種技術(shù)可以定向、有針對性的改良小麥的目標(biāo)性狀。
我國科學(xué)家從小麥中鑒定出再生基因TaWOX5用于小麥轉(zhuǎn)基因育種，大幅度提高了小麥轉(zhuǎn)化效率，基本克服了小麥轉(zhuǎn)基因技術(shù)對基因型的依賴性。迄今為止，我國已將與抗旱、抗病、優(yōu)質(zhì)、營養(yǎng)高效吸收等性狀有關(guān)的眾多基因轉(zhuǎn)入了小麥，部分新品系已進(jìn)入安全性評價(jià)階段，有望在小麥生產(chǎn)中發(fā)揮作用。
利用基因編輯技術(shù)使得小麥重要性狀揚(yáng)長避短
近幾年，基因編輯技術(shù)快速發(fā)展，它是通過對生物體自身目標(biāo)基因進(jìn)行切割，生物體在修復(fù)DNA切口的過程中出現(xiàn)新的遺傳變異。相對轉(zhuǎn)基因技術(shù)，通過基因編輯技術(shù)培育的植物品種更容易被人們接受。
利用CRISPR/Cas9基因編輯技術(shù)已經(jīng)創(chuàng)制了一批性狀明顯改良的小麥新材料。如抗白粉病、抗穗發(fā)芽的小麥，低醇溶蛋白和面筋含量的小麥，小麥單倍體誘導(dǎo)系，育性恢復(fù)的矮敗小麥，糯性增強(qiáng)的小麥等。這些小麥新材料，具有很好的育種利用價(jià)值和推廣應(yīng)用潛力。
利用基因編輯技術(shù)徹底恢復(fù)了矮敗小麥育性
多種育種技術(shù)密切結(jié)合打好小麥種業(yè)攻堅(jiān)戰(zhàn)
種業(yè)是農(nóng)業(yè)發(fā)展的制高點(diǎn)，先進(jìn)生物育種技術(shù)的研發(fā)和突破性品種的培育是種業(yè)發(fā)展的核心。雖然目前我國小麥品種的國產(chǎn)供給率為100%，但優(yōu)質(zhì)品種較為缺乏。另外，由于全球氣候變化，干旱、高溫、寒冷等極端天氣頻繁出現(xiàn)，加之土壤鹽堿和病蟲危害不斷加重，使得小麥生產(chǎn)面臨嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。開展小麥種業(yè)攻堅(jiān)戰(zhàn)，需要加強(qiáng)生物育種技術(shù)的利用。
在小麥育種實(shí)踐中，不同生物育種技術(shù)需要有機(jī)結(jié)合，實(shí)現(xiàn)優(yōu)勢互補(bǔ)。如：單倍體技術(shù)與轉(zhuǎn)基因、基因編輯技術(shù)結(jié)合，可以加快轉(zhuǎn)基因和基因編輯材料的純合；轉(zhuǎn)基因技術(shù)、基因編輯技術(shù)與常規(guī)育種技術(shù)結(jié)合，可以擴(kuò)大轉(zhuǎn)基因和基因編輯材料的應(yīng)用范圍；基因編輯創(chuàng)制的單倍體誘導(dǎo)系可直接獲得單倍體籽粒，縮減單倍體育種周期和工作量，擴(kuò)大育種規(guī)模。
我們相信，生物育種技術(shù)將會(huì)為推動(dòng)小麥產(chǎn)業(yè)提質(zhì)增效，為打贏種業(yè)攻堅(jiān)戰(zhàn)、確保國家糧食安全和農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展做出積極貢獻(xiàn)。
來源：光明網(wǎng)
