小麥和冰草怎樣實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)緣雜交？一人高的小黑麥，為何成為西北和中原地區(qū)廣泛種植的飼草、飼糧？能夠和世界一流強(qiáng)筋小麥媲美的中國小麥?zhǔn)窃鯓佑傻模?/p>

      廣袤平坦的黃淮海平原，是我國最大的小麥主產(chǎn)區(qū)，種植著超過2億畝的冬小麥。時(shí)值三夏，這里進(jìn)入了一年中最忙碌的收獲季。

在黃淮海麥區(qū)的中心地帶，河南新鄉(xiāng)的平原上，有一座特殊的農(nóng)場，這里是中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物科學(xué)研究所的實(shí)驗(yàn)基地，常年駐扎著許多農(nóng)業(yè)科研機(jī)構(gòu)。近日，麥?zhǔn)罩畷r(shí)，基地舉行了一場線上科技開放活動(dòng)，展示了農(nóng)業(yè)科學(xué)家們數(shù)十年育種的成果。

5月7日，中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院新鄉(xiāng)基地，科學(xué)家們線上介紹農(nóng)業(yè)科技進(jìn)展。中國農(nóng)科院供圖

       遠(yuǎn)緣雜交，讓草成為小麥改良的資源

　　35年前，剛剛考上研究生的李立會(huì)，為自己立了一個(gè)“不可能完成”的目標(biāo)，攻克“小麥-冰草”遠(yuǎn)緣雜交的難題，在此之前，這個(gè)難題已經(jīng)困擾了全球育種家們半個(gè)多世紀(jì)。

      冰草是一類常見的野草，生命力極其頑強(qiáng)，具有優(yōu)秀的抗旱、抗寒、抗病性。冰草屬的植物，是小麥的近緣野生種，它的穗和小麥有點(diǎn)像，但穗子較大、小穗、小花更多。

      假如小麥也能具有冰草那樣頑強(qiáng)的生命力和高產(chǎn)能力，必然會(huì)改變小麥種植的歷史。早在上世紀(jì)30年代，國外就有科學(xué)家開始嘗試將兩者雜交，但一直到80年代，半個(gè)世紀(jì)過去，無一成功。李立會(huì)的導(dǎo)師、著名作物種質(zhì)資源專家董玉琛院士告訴他，兩者的雜交在國際上已經(jīng)被判了“死刑”。

      35年后，河南新鄉(xiāng)的試驗(yàn)田里，數(shù)十種小麥和冰草雜交而成的小麥材料即將成熟，用這些材料育成的新品種，已經(jīng)有15個(gè)，后備新品種也有39個(gè)。15個(gè)新品種中，有高抗的品種，如甘肅、陜西兩省審定的小麥新品種普冰151，已經(jīng)是當(dāng)?shù)貤l銹病等病害流行和旱地麥區(qū)的主栽品種。也有高產(chǎn)的品種，如國審新品種川麥93，穗粒數(shù)達(dá)54.2粒，增產(chǎn)16.7%。做到這一切，李立會(huì)花了三十多年。三十多年里，李立會(huì)和他的團(tuán)隊(duì)，解決了小麥和冰草花期不同、生殖隔離、雜交胚胎不能正常發(fā)育等諸多問題，為小麥育種增添了多種新的種質(zhì)資源。“從遠(yuǎn)緣雜交成功至今，已經(jīng)有5000多種冰草的基因，通過雜交進(jìn)入了小麥中。”中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物科學(xué)研究所所長、中國科學(xué)院院士錢前說。

基地有1100多畝，常年駐扎著20多個(gè)育種團(tuán)隊(duì)。中國農(nóng)科院供圖

　　“在小麥馴化的過程中，長期的近親繁殖，使得小麥的遺傳相似度很高。”李立會(huì)說，“而小麥-冰草這樣的遠(yuǎn)緣雜交，引入當(dāng)前栽培小麥缺乏的關(guān)鍵優(yōu)異基因，不僅產(chǎn)量能提高，抗逆抗病害能力也會(huì)增強(qiáng)。”

      5月27日舉行的線上農(nóng)科開放日活動(dòng)中，李立會(huì)在河南新鄉(xiāng)的基地中，以視頻的形式介紹了多種“小麥-冰草遠(yuǎn)緣雜交”的小麥材料，“比如我手邊的這種，粒數(shù)非常高，正?？梢赃_(dá)到100粒以上，千粒重可以保證在50克以上，而且株形緊密，有利于畝穗數(shù)提高。”

      小黑麥，一人高的麥子其實(shí)是飼草

      和普通的麥田中整整齊齊的麥子不同，試驗(yàn)田里的麥子長得有些凌亂，高矮不齊、青黃相間。其實(shí)，在每一塊麥田中，都種植著數(shù)十上百種育種材料，科學(xué)家們則在其中選育那些性狀優(yōu)良的材料繼續(xù)培育，一個(gè)新品種的育成，往往需要漫長的時(shí)間來重復(fù)選育。

      中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物科學(xué)研究所副研究員孟凡華的試驗(yàn)田里，種著很多近一人高的“麥子”，這些不是普通的“麥子”，而是一種名為“小黑麥”的飼草、飼糧多用作物。

小黑麥?zhǔn)切挛锓N，也是優(yōu)質(zhì)的飼糧、飼草作物。中國農(nóng)科院供圖

　　5月中旬，有地方用小麥做青貯飼料的消息，引發(fā)了普遍關(guān)注，農(nóng)業(yè)農(nóng)村部也為此下發(fā)通知，杜絕毀麥現(xiàn)象。

      小麥做青貯飼料并不經(jīng)濟(jì)，在“麥子家族”中，小黑麥才是專門為畜牧業(yè)育成的飼草、飼糧作物。孟凡華介紹，小黑麥?zhǔn)且环N非常年輕的作物，它的發(fā)展史只有140多年。“但它結(jié)合了小麥的高產(chǎn)和黑麥的抗寒、耐寒、耐瘠薄、抗三銹、白粉病免疫等性狀，是非常優(yōu)秀的飼糧、飼草特色作物。每畝生物量在3噸到3.5噸，晾干后的青干草也可以達(dá)到1噸到1.2噸。”

      小黑麥在西北黃土高原、青藏高原、沿黃河灘涂鹽堿地、南方冬閑稻田廣泛種植，對種養(yǎng)結(jié)合的養(yǎng)殖業(yè)有極為明顯的作用。上世紀(jì)六七十年代，我國育成自己的小黑麥品種，數(shù)十年來，已經(jīng)成為極好的飼料原料。

      除了接近一人高的小黑麥，試驗(yàn)田中還有一米左右的矮稈小黑麥，是飼糧用的小黑麥，孟凡華介紹，在國外，小黑麥主要以飼糧為主，畝產(chǎn)可以達(dá)到600公斤，當(dāng)前，我國也在著力培育飼糧用的小黑麥。

      中國面包，用中國的小麥

      面條是否筋道，和小麥品質(zhì)有關(guān)。但實(shí)際上，在中國小麥消費(fèi)中，主要消費(fèi)的是中筋小麥，與之相對的弱筋、強(qiáng)筋小麥，國內(nèi)消費(fèi)量并不多。

      中筋小麥主要用于面條、饅頭等傳統(tǒng)面食的制作，而弱筋小麥多用于釀酒等工業(yè)生產(chǎn)，強(qiáng)筋小麥則多用于制作面包等特種食品。

      在過去，我國弱筋、強(qiáng)筋小麥生產(chǎn)不足，品種不佳，尤其是強(qiáng)筋小麥，長期依賴進(jìn)口調(diào)劑。隨著農(nóng)業(yè)科技的發(fā)展，如今，中國自己的弱筋、強(qiáng)筋品種，已經(jīng)普遍趕上國際先進(jìn)水平。

      在小麥品質(zhì)與新品種選育團(tuán)隊(duì)首席科學(xué)家何中虎的試驗(yàn)田中，就種植著大片國產(chǎn)強(qiáng)筋小麥中麥578，這是中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物科學(xué)研究所和棉花研究所合作，歷時(shí)二十年育成的優(yōu)質(zhì)強(qiáng)筋小麥，品質(zhì)優(yōu)良、抗性好、適應(yīng)性強(qiáng)。在黃河南北、西北地區(qū)都可以種植，預(yù)計(jì)今年種植面積可達(dá)到五六百萬畝。

何中虎所在的團(tuán)隊(duì)，有七十多年小麥育種的經(jīng)驗(yàn)，最早從1946年開始，由已故的小麥專家莊巧生建立，七十多年來代代相傳，育成了無數(shù)全國知名的小麥品種。

在新鄉(xiāng)的試驗(yàn)田里，今年除了種植中麥578之外，旁邊還種著它的親本冀麥22、中麥255等。

幾十年中，基地攻克了許多育種的難關(guān)，也為無數(shù)科研單位提供著新的育種材料。中國農(nóng)科院供圖

      何中虎介紹，中麥255是利用河南的豫麥49和澳大利亞優(yōu)質(zhì)小麥品種雜交培育而成的。育成時(shí)間是2008年，之后又歷經(jīng)十多年時(shí)間，再次育成中麥578這個(gè)中國自己的優(yōu)質(zhì)強(qiáng)筋小麥。“中麥578的品質(zhì)，可以和國外的優(yōu)質(zhì)小麥相媲美，做面包或者做優(yōu)質(zhì)面條、餃子都很好，且產(chǎn)量高于國外。”

中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物科學(xué)研究所研究員張勇介紹，“2021年，河南焦作的試驗(yàn)田中種植的中麥578，創(chuàng)造了841.5公斤的高產(chǎn)紀(jì)錄。在規(guī)?；a(chǎn)中，也可達(dá)到600公斤左右。2020年，在河北邢臺的一個(gè)合作社中，實(shí)收589公斤。2021年，同一個(gè)合作社，實(shí)收607公斤，其中連片種植的865畝中，達(dá)到了703公斤。”

      親近自然，也在不斷抗衡自然

      “育種是一個(gè)漫長的過程，在無數(shù)不同的小麥材料中，選擇性狀好的材料，不斷地組合，不斷地選擇，經(jīng)過漫長的時(shí)間，才有可能選育出一個(gè)好的品種。”在中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物科學(xué)研究所研究員張學(xué)勇的試驗(yàn)田中，種植著許許多多不一樣的小麥，這些小麥正處在選育之中，所以不能稱為品種，在育種中，它們通常被稱為材料。

      “腳下的這些材料，有的長得壯，有的長得矮，都是不錯(cuò)的材料，也有的看著很高，但實(shí)際上不太好。”張學(xué)勇說，“從種質(zhì)資源到品種，是一個(gè)金字塔形態(tài)的，底層是無數(shù)的種質(zhì)資源，而育成的品種則是塔尖。”

      一個(gè)好的品種是怎樣的？張學(xué)勇介紹，首先要有穩(wěn)定性，其次要有一致性，第三，還要對當(dāng)?shù)仄毡榈牟∠x害有較好的抗性。

      2017年，張學(xué)勇團(tuán)隊(duì)選育中麥66，一種為河南選育的優(yōu)良品種。這是一種矮稈高抗的品種，不但高產(chǎn)，且適合晚播。2021年秋汛致使多地冬小麥晚播，適宜的晚播品種就格外重要。在試驗(yàn)田中，有一片2021年11月2日播種的中麥66，和其他10月15日播種的品種，幾乎沒有太大差別。

      農(nóng)業(yè)是靠天吃飯的行業(yè)，而科技的進(jìn)步，讓人類擁有了更多與環(huán)境、與自然相處的能力。

    “比如中麥66，它有很好的抗病性，使用農(nóng)藥較少，籽粒中的殘留、對地下水的污染也更小，這也是我們在育種中，為何要一直強(qiáng)調(diào)抗性的原因。”張學(xué)勇說，“在環(huán)境友好方面，育種中還會(huì)強(qiáng)調(diào)肥料使用的效果，怎樣通過加強(qiáng)品種利用肥料的能力，使得人類可以減少化肥的使用，同時(shí)又能達(dá)到高產(chǎn)的效果，這也能有效減少肥料對土壤的污染。中麥66是一種對肥料不敏感的品種，在缺水缺肥的時(shí)候，也能長得比較好。事實(shí)上，中麥66的畝產(chǎn)水平普遍可以達(dá)到1250斤到1300斤，管理特別好的時(shí)候，可以達(dá)到1400斤，具有很好的推廣價(jià)值。”

      一把青稞一杯酒，農(nóng)耕文化的新與舊

      中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物科學(xué)研究所研究員楊平的麥田中，高大的麥子已經(jīng)徹底熟透了，這里種植的是大麥，和小麥相比，它的麥芒更長，且成熟后，麥粒和殼仍舊緊緊連在一起。

      大麥?zhǔn)莻鹘y(tǒng)的農(nóng)作物，和小麥一樣，起源于西亞，在漫長的歷史中傳播到世界各地，脫粒后的大麥，就是人們熟知的青稞，它是重要的飼糧作物，也是釀造青稞酒、啤酒、威士忌的主要配料。

      在全球范圍內(nèi)，大麥種植非常廣泛，楊平介紹，全世界大麥種植面積約為7.6億畝，每年產(chǎn)量在1.4億噸左右，其中70%是飼料，20%用于釀酒，5%作為糧食使用，比如我國的青藏高原地區(qū)，居民多以大麥為食。在今天，大麥作為健康食品，食用群體正在變得更加廣泛，“比如北方常見的大麥茶，也是由大麥制成。同時(shí)，大麥中富含β-葡聚糖等多種成分，對防治高血糖、高血壓、高血脂等有不錯(cuò)的效果，可以作為健康食品食用。”

      在新鄉(xiāng)的試驗(yàn)田中，幾乎種植著近七十年來大部分的主栽品種，有早期的農(nóng)家品種，也有近年來育成的新品種，還有大量正在選育中的大麥材料，“這里既是一個(gè)種質(zhì)圃，也是大麥育種歷史沿革的一個(gè)展示區(qū)，通過了解育種歷史的演變，尋找未來的育種方向，育成農(nóng)民需要的品種。”

在傳統(tǒng)不斷演變的過程中，新的育種方法，也在改變著育種的狀態(tài)，尤其是分子育種、智慧育種技術(shù)的進(jìn)步，使得育種的速度、效果都在快速提升。在楊平的試驗(yàn)田中，有一片特殊的大麥材料，是科研人員通過誘變育種的技術(shù)獲得的材料，其蛋白質(zhì)含量高出傳統(tǒng)品種40%左右。

      錢前院士：育種國家隊(duì)要做什么

      種子是農(nóng)業(yè)的芯片，種業(yè)技術(shù)的進(jìn)步，是農(nóng)業(yè)發(fā)展的基礎(chǔ)，也是保障14億人糧食安全的重要前提。一組來自中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院的數(shù)據(jù)顯示，從1978年到2018年，40年間，中國農(nóng)業(yè)全要素生產(chǎn)增長率，年均達(dá)到了3.26%，其中技術(shù)進(jìn)步的貢獻(xiàn)是78%。

      小麥?zhǔn)俏覈用竦膬纱罂诩Z之一，我國的小麥育種，早在二十世紀(jì)上半葉就已經(jīng)開始，數(shù)十年中，一步步走到了世界的前列，得益于一代又一代育種家們的不懈探索。

      位于北京的國家作物種質(zhì)庫中，保存著5萬多份小麥種質(zhì)資源，而在河南新鄉(xiāng)的基地中，20多個(gè)研究組，每年在這里進(jìn)行著60多項(xiàng)科研任務(wù)，面向黃淮海及周邊地區(qū)，培育一個(gè)個(gè)新的品種，同時(shí)也為無數(shù)科研單位，提供育種的材料。

這里育成的小麥品種，在黃淮海及周邊麥區(qū)廣泛推廣種植。中國農(nóng)科院供圖

      “這就是國家隊(duì)要做的事情。”錢前說，“比如李立會(huì)建立的小麥-冰草遠(yuǎn)緣雜交體系，為豐富小麥種質(zhì)資源作出了巨大的貢獻(xiàn)，每年為數(shù)百家單位提供素材。再如何中虎他們育成的中麥578，可以和國外的高檔小麥面粉相媲美。而這些，都是從小麥育種中的原始創(chuàng)新開始的。”

      來自中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物科學(xué)研究所的資料顯示，這片1100畝左右的新鄉(xiāng)基地，自1993年開始建設(shè)，2003年正式入駐，是黃淮海小麥主產(chǎn)區(qū)唯一的綜合性實(shí)驗(yàn)基地，近二十年來，這里取得了國家科技進(jìn)步一等獎(jiǎng)、國家科技發(fā)明二等獎(jiǎng)等多個(gè)獎(jiǎng)項(xiàng)?；赜闪硕鄠€(gè)系列的糧食作物新品種，其中中麥895已成我國第三大小麥品種，強(qiáng)筋高產(chǎn)小麥中麥578秋播面積達(dá)到500萬畝。

      中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物科學(xué)研究所副所長王文生介紹，基地具有科普的功能，每年面向政府、企業(yè)、種植戶及中小學(xué)開放，會(huì)向更多人介紹育種的故事。