2022-05-23 10:05:00
河南新鄉(xiāng)的中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院試驗(yàn)基地里的小麥即將成熟，麥浪翻滾，一片金黃。走進(jìn)麥田，李立會(huì)隨手抽出一根麥穗，搓出麥粒，數(shù)了數(shù)后，放到嘴里嚼起來(lái)。
Δ李立會(huì)在試驗(yàn)基地觀察小麥材料
李立會(huì)是中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物科學(xué)研究所研究員。為了選育良種，每年5月，他都要在試驗(yàn)基地待上一段時(shí)間。這個(gè)基地種植的小麥可不一般，是由李立會(huì)團(tuán)隊(duì)創(chuàng)制的“小麥—冰草”遠(yuǎn)緣雜交創(chuàng)新種質(zhì)，被認(rèn)為是開辟我國(guó)小麥高產(chǎn)育種途徑的重要基因資源。
小麥育種利用冰草屬外源優(yōu)異基因，實(shí)現(xiàn)從“0”到“1”的重要突破
“小麥—冰草”遠(yuǎn)緣雜交曾被看作是不可能完成的工作。1988年，碩士研究生入學(xué)前，當(dāng)李立會(huì)向自己的導(dǎo)師、著名作物種質(zhì)資源專家董玉琛提出這一選題時(shí)，董老師好意勸告：“‘小麥—冰草’遠(yuǎn)緣雜交在國(guó)際上被判了‘死刑’，最好不要研究它。”
“我想試一試，做不通，入學(xué)后就換題目。”李立會(huì)的執(zhí)著說(shuō)服了老師，隨后他帶領(lǐng)兩名助手在試驗(yàn)田開始研究。
冰草屬植物是小麥的近緣野生種，具有多小穗、多小花的大穗特性，此外還具有極強(qiáng)的抗寒、抗旱性，對(duì)多種小麥病害表現(xiàn)出高度免疫性，被認(rèn)為是小麥改良的最佳外源優(yōu)異基因供體之一。
“冰草和小麥外形上看上去相似，實(shí)際上親緣關(guān)系很遠(yuǎn)，雜交起來(lái)非常困難。”李立會(huì)告訴記者。
上世紀(jì)30年代開始，一些國(guó)家的學(xué)者希望解決這一難題，但直到80年代都未能成功。國(guó)際小麥研究界普遍認(rèn)為：“小麥—冰草”遠(yuǎn)緣雜交是條死胡同。
“小麥—冰草”遠(yuǎn)緣雜交有哪些挑戰(zhàn)？李立會(huì)舉例說(shuō)，比如，小麥通常5月下旬成熟，而冰草生長(zhǎng)在高緯度地區(qū)，此時(shí)才剛開花，讓兩者雜交，首先要把花期調(diào)節(jié)到同一時(shí)期。其次，還需要解決“小麥—冰草”授粉受精中的生殖隔離問(wèn)題。即便授粉成功，胚也不能正常發(fā)育，還需要開發(fā)一套幼胚拯救技術(shù)才能獲得雜種植株。
小麥?zhǔn)亲钪匾募Z食作物之一，占世界作物種植面積的1/5，是全球40%人口的主要食糧。過(guò)去，改進(jìn)小麥品種、提高產(chǎn)量主要依靠現(xiàn)有推廣品種之間的雜交來(lái)實(shí)現(xiàn)。然而，長(zhǎng)期品種間雜交及對(duì)少數(shù)骨干親本的大量應(yīng)用，造成遺傳變異范圍縮小，品種抗原日趨單一，小麥育種進(jìn)入瓶頸期。
“小麥品種長(zhǎng)期近親繁殖，遺傳相似度很高。通過(guò)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)。”李立會(huì)表示，通過(guò)遠(yuǎn)緣雜交將冰草優(yōu)異基因?qū)胄←?，是一?xiàng)意義重大的工作。
李立會(huì)帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)，歷時(shí)30多年，創(chuàng)建了一套小麥遠(yuǎn)緣雜交新技術(shù)體系。通過(guò)幼齡授粉、幼胚拯救、幼穗體細(xì)胞培養(yǎng)、高頻率誘導(dǎo)異源易位、特異分子標(biāo)記開發(fā)技術(shù)等一系列創(chuàng)新，攻克了“小麥—冰草”遠(yuǎn)緣雜交難題，實(shí)現(xiàn)了小麥育種上利用冰草屬外源優(yōu)異基因從“0”到“1”的重要突破。
小麥高產(chǎn)育種有了基因?qū)殠?kù)，解決了我國(guó)突破性高產(chǎn)小麥種質(zhì)匱乏問(wèn)題
李立會(huì)團(tuán)隊(duì)的工作大體上分為四個(gè)階段。第一階段為1988年到1990年，首次證明了“小麥—冰草”遠(yuǎn)緣雜交是可行的；第二階段從1990年到2005年，主要是創(chuàng)制一系列“小麥—冰草”的基礎(chǔ)材料；第三階段是2005年到2015年，進(jìn)一步完成大量遺傳學(xué)研究；2015年至今，團(tuán)隊(duì)一方面做優(yōu)異種質(zhì)資源的全基因組學(xué)測(cè)序工作，一方面推動(dòng)創(chuàng)新種質(zhì)的有效利用與新品種選育，讓科研成果盡快應(yīng)用于生產(chǎn)實(shí)踐。
“隨著我們團(tuán)隊(duì)對(duì)冰草P基因組測(cè)序和‘小麥—冰草’創(chuàng)新種質(zhì)測(cè)序工作的完成，相當(dāng)于為小麥育種建立了一座巨大的基因?qū)殠?kù)。”李立會(huì)解釋，這項(xiàng)工作不僅從理論上證實(shí)了“小麥—冰草”遠(yuǎn)緣雜交創(chuàng)新種質(zhì)的優(yōu)良性能，還大大拓寬了小麥育種的基因源基礎(chǔ)。
據(jù)了解，該團(tuán)隊(duì)創(chuàng)制出的“小麥—冰草”新品系具有多花多實(shí)的高產(chǎn)特性，比小麥主栽品種增產(chǎn)可以超過(guò)10%，解決了我國(guó)突破性高產(chǎn)小麥種質(zhì)匱乏問(wèn)題。特別是發(fā)現(xiàn)了“多粒—高千粒重—有效分蘗”優(yōu)異基因簇，解決了小麥傳統(tǒng)育種中產(chǎn)量三要素（畝穗數(shù)、穗粒數(shù)和千粒重）難以同時(shí)選擇的問(wèn)題。同時(shí)，“小麥—冰草”創(chuàng)新種質(zhì)對(duì)白粉、條銹、葉銹菌等病害具有廣譜抗性，為培育持久抗性且兼具多種病害抗性新品種提供了強(qiáng)力支撐。
“小麥—冰草”新種質(zhì)向科學(xué)界共享。目前，“小麥—冰草”衍生系創(chuàng)新種質(zhì)應(yīng)用到全國(guó)100多個(gè)育種單位，已培育新品種15個(gè)、后備新品種39個(gè)。其中，甘肅、陜西兩省審定的小麥新品種普冰151，已成為當(dāng)?shù)貤l銹病等病害流行和旱地麥區(qū)的主栽品種，實(shí)現(xiàn)了多抗育種新突破。科學(xué)家培育出的國(guó)審新品種川麥93，穗粒數(shù)達(dá)54.2粒，增產(chǎn)16.7%，顯著高于3%的國(guó)家審定標(biāo)準(zhǔn)。
業(yè)內(nèi)專家表示，培育高產(chǎn)、抗病、抗逆小麥新種質(zhì)是實(shí)現(xiàn)綠色增產(chǎn)技術(shù)最有效和經(jīng)濟(jì)的途徑，可以減少農(nóng)藥施用量，提高全生育期抵御各種自然災(zāi)害能力，對(duì)保障和穩(wěn)定我國(guó)小麥的安全生產(chǎn)具有重要意義。
“‘小麥—冰草’創(chuàng)新種質(zhì)的利用空間很大，一些潛力有待深入挖掘。”李立會(huì)說(shuō)，團(tuán)隊(duì)從新鄉(xiāng)基地收獲材料中，篩選出強(qiáng)筋類型普冰新種質(zhì)12個(gè)，這些新品系的蛋白質(zhì)含量高，適合制作高檔面包，具有很高的市場(chǎng)價(jià)值。
“從種質(zhì)創(chuàng)新到有效利用，雖然時(shí)間通常比較長(zhǎng)，但影響深遠(yuǎn)。我們期待‘小麥—冰草’遠(yuǎn)緣雜交研究將推動(dòng)小麥育種取得新突破。”李立會(huì)說(shuō)。
做種質(zhì)創(chuàng)新來(lái)不得半點(diǎn)虛假，要持之以恒，敢于嘗試，不斷探索
“我們的工作都是在實(shí)驗(yàn)室、試驗(yàn)田一步步試錯(cuò)中摸索出來(lái)的。”回顧30多年育種生涯，李立會(huì)表示，持之以恒是關(guān)鍵。同時(shí)還要敢于嘗試，不斷探索。“如果僅僅依靠教科書的結(jié)論，就不可能嘗試做成功‘小麥—冰草’遠(yuǎn)緣雜交。”
“李老師是實(shí)干家，教導(dǎo)我們做種質(zhì)創(chuàng)新來(lái)不得半點(diǎn)虛假。”李立會(huì)團(tuán)隊(duì)成員、中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物科學(xué)研究所研究員張錦鵬說(shuō)，李老師對(duì)試驗(yàn)基地的小麥非常熟悉，每個(gè)材料種在哪里、有什么特點(diǎn)都印在他腦子里。
在李立會(huì)的多年探索過(guò)程中，他很感念導(dǎo)師董玉琛以及著名小麥遺傳育種學(xué)家李振聲的幫助。1988年，聽到李立會(huì)在試驗(yàn)田的研究有了進(jìn)展，董玉琛興奮地跑到地里，冒著烈日和他一起到田間工作。1990年，以李立會(huì)為第一作者的論文發(fā)表在《中國(guó)科學(xué)》期刊，前期董玉琛改了13稿。
李振聲是李立會(huì)碩士和博士生論文的答辯老師。他對(duì)“小麥—冰草”遠(yuǎn)緣雜交工作十分關(guān)心，曾多次去試驗(yàn)田指導(dǎo)。李振聲每次走到田間，都像農(nóng)民一樣，熟練撥開麥子，搓出麥粒，放在手掌心數(shù)一數(shù)有多少粒。
“李先生的鼓勵(lì)給了我們堅(jiān)持下去的信念。”多年后，李立會(huì)依舊清晰記得李振聲的教誨：“對(duì)遠(yuǎn)緣雜交研究來(lái)說(shuō)，科學(xué)發(fā)現(xiàn)只是一小步。在平地蓋一層平房，它的高度顯示不出來(lái)，只有繼續(xù)推動(dòng)應(yīng)用，在平房上再建一層，這樣的研究工作才真正有價(jià)值。”
遠(yuǎn)緣雜交研究是個(gè)苦差事，除了要經(jīng)得起漫長(zhǎng)的周期等待，還要長(zhǎng)年累月在田間播種、觀察記錄、選種，烈日暴曬、蚊蟲相伴更是家常便飯。但對(duì)李立會(huì)來(lái)說(shuō)，每年5、6月份，在新鄉(xiāng)基地是他一年中最快樂(lè)的一段時(shí)間。
“做遠(yuǎn)緣雜交工作，熱愛(ài)才能堅(jiān)持。李老師帶我們下地，指導(dǎo)如何觀察選擇，通過(guò)言傳身教影響著我們。”中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物科學(xué)研究所副研究員周升輝說(shuō)，2016年加入李立會(huì)團(tuán)隊(duì)，如今自己已經(jīng)學(xué)會(huì)享受小麥種質(zhì)創(chuàng)新的樂(lè)趣。
張錦鵬告訴記者，做遠(yuǎn)緣雜交工作不容易出成果。寫論文，僅收集數(shù)據(jù)一般就需要至少花費(fèi)5年時(shí)間，沒(méi)有一點(diǎn)執(zhí)著和熱情，“小麥—冰草”遠(yuǎn)緣雜交研究很難延續(xù)30多年。
“要想打贏種業(yè)翻身仗，必須要有突破性的種質(zhì)資源。”李立會(huì)說(shuō)，我們著眼的是當(dāng)前，解決的是未來(lái)的問(wèn)題。希望“小麥—冰草”創(chuàng)新種質(zhì)盡快分發(fā)到育種家手里，培育出高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)小麥新品種。
來(lái)源：人民日?qǐng)?bào)
編輯：牛姣
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