2022-05-23 10:05:00
河南新鄉(xiāng)的中國農(nóng)業(yè)科學院試驗基地里的小麥即將成熟，麥浪翻滾，一片金黃。走進麥田，李立會隨手抽出一根麥穗，搓出麥粒，數(shù)了數(shù)后，放到嘴里嚼起來。
Δ李立會在試驗基地觀察小麥材料
李立會是中國農(nóng)業(yè)科學院作物科學研究所研究員。為了選育良種，每年5月，他都要在試驗基地待上一段時間。這個基地種植的小麥可不一般，是由李立會團隊創(chuàng)制的“小麥—冰草”遠緣雜交創(chuàng)新種質(zhì)，被認為是開辟我國小麥高產(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，實現(xiàn)從“0”到“1”的重要突破
“小麥—冰草”遠緣雜交曾被看作是不可能完成的工作。1988年，碩士研究生入學前，當李立會向自己的導師、著名作物種質(zhì)資源專家董玉琛提出這一選題時，董老師好意勸告：“‘小麥—冰草’遠緣雜交在國際上被判了‘死刑’，最好不要研究它。”
“我想試一試，做不通，入學后就換題目。”李立會的執(zhí)著說服了老師，隨后他帶領兩名助手在試驗田開始研究。
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，此外還具有極強的抗寒、抗旱性，對多種小麥病害表現(xiàn)出高度免疫性，被認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，實際上親緣關系很遠，雜交起來非常困難。”李立會告訴記者。
上世紀30年代開始，一些國家的學者希望解決這一難題，但直到80年代都未能成功。國際小麥研究界普遍認為：“小麥—冰草”遠緣雜交是條死胡同。
“小麥—冰草”遠緣雜交有哪些挑戰(zhàn)？李立會舉例說，比如，小麥通常5月下旬成熟，而冰草生長在高緯度地區(qū)，此時才剛開花，讓兩者雜交，首先要把花期調(diào)節(jié)到同一時期。其次，還需要解決“小麥—冰草”授粉受精中的生殖隔離問題。即便授粉成功，胚也不能正常發(fā)育，還需要開發(fā)一套幼胚拯救技術才能獲得雜種植株。
小麥是最重要的糧食作物之一，占世界作物種植面積的1/5，是全球40%人口的主要食糧。過去，改進小麥品種、提高產(chǎn)量主要依靠現(xiàn)有推廣品種之間的雜交來實現(xiàn)。然而，長期品種間雜交及對少數(shù)骨干親本的大量應用，造成遺傳變異范圍縮小，品種抗原日趨單一，小麥育種進入瓶頸期。
“小麥品種長期近親繁殖，遺傳相似度很高。通過遠緣雜交，引入當前栽培小麥缺乏的關鍵優(yōu)異基因，不僅產(chǎn)量能提高，抗逆抗病害能力也會增強。”李立會表示，通過遠緣雜交將冰草優(yōu)異基因?qū)胄←?，是一項意義重大的工作。
李立會帶領團隊，歷時30多年，創(chuàng)建了一套小麥遠緣雜交新技術體系。通過幼齡授粉、幼胚拯救、幼穗體細胞培養(yǎng)、高頻率誘導異源易位、特異分子標記開發(fā)技術等一系列創(chuàng)新，攻克了“小麥—冰草”遠緣雜交難題，實現(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)殠欤鉀Q了我國突破性高產(chǎn)小麥種質(zhì)匱乏問題
李立會團隊的工作大體上分為四個階段。第一階段為1988年到1990年，首次證明了“小麥—冰草”遠緣雜交是可行的；第二階段從1990年到2005年，主要是創(chuàng)制一系列“小麥—冰草”的基礎材料；第三階段是2005年到2015年，進一步完成大量遺傳學研究；2015年至今，團隊一方面做優(yōu)異種質(zhì)資源的全基因組學測序工作，一方面推動創(chuàng)新種質(zhì)的有效利用與新品種選育，讓科研成果盡快應用于生產(chǎn)實踐。
“隨著我們團隊對冰草P基因組測序和‘小麥—冰草’創(chuàng)新種質(zhì)測序工作的完成，相當于為小麥育種建立了一座巨大的基因?qū)殠臁?rdquo;李立會解釋，這項工作不僅從理論上證實了“小麥—冰草”遠緣雜交創(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。
據(jù)了解，該團隊創(chuàng)制出的“小麥—冰草”新品系具有多花多實的高產(chǎn)特性，比小麥主栽品種增產(chǎn)可以超過10%，解決了我國突破性高產(chǎn)小麥種質(zhì)匱乏問題。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）難以同時選擇的問題。同時，“小麥—冰草”創(chuàng)新種質(zhì)對白粉、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力支撐。
“小麥—冰草”新種質(zhì)向科學界共享。目前，“小麥—冰草”衍生系創(chuàng)新種質(zhì)應用到全國100多個育種單位，已培育新品種15個、后備新品種39個。其中，甘肅、陜西兩省審定的小麥新品種普冰151，已成為當?shù)貤l銹病等病害流行和旱地麥區(qū)的主栽品種，實現(xiàn)了多抗育種新突破。科學家培育出的國審新品種川麥93，穗粒數(shù)達54.2粒，增產(chǎn)16.7%，顯著高于3%的國家審定標準。
業(yè)內(nèi)專家表示，培育高產(chǎn)、抗病、抗逆小麥新種質(zhì)是實現(xiàn)綠色增產(chǎn)技術最有效和經(jīng)濟的途徑，可以減少農(nóng)藥施用量，提高全生育期抵御各種自然災害能力，對保障和穩(wěn)定我國小麥的安全生產(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。”李立會說，團隊從新鄉(xiāng)基地收獲材料中，篩選出強筋類型普冰新種質(zhì)12個，這些新品系的蛋白質(zhì)含量高，適合制作高檔面包，具有很高的市場價值。
“從種質(zhì)創(chuàng)新到有效利用，雖然時間通常比較長，但影響深遠。我們期待‘小麥—冰草’遠緣雜交研究將推動小麥育種取得新突破。”李立會說。
做種質(zhì)創(chuàng)新來不得半點虛假，要持之以恒，敢于嘗試，不斷探索
“我們的工作都是在實驗室、試驗田一步步試錯中摸索出來的。”回顧30多年育種生涯，李立會表示，持之以恒是關鍵。同時還要敢于嘗試，不斷探索。“如果僅僅依靠教科書的結論，就不可能嘗試做成功‘小麥—冰草’遠緣雜交。”
“李老師是實干家，教導我們做種質(zhì)創(chuàng)新來不得半點虛假。”李立會團隊成員、中國農(nóng)業(yè)科學院作物科學研究所研究員張錦鵬說，李老師對試驗基地的小麥非常熟悉，每個材料種在哪里、有什么特點都印在他腦子里。
在李立會的多年探索過程中，他很感念導師董玉琛以及著名小麥遺傳育種學家李振聲的幫助。1988年，聽到李立會在試驗田的研究有了進展，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，以李立會為第一作者的論文發(fā)表在《中國科學》期刊，前期董玉琛改了13稿。
李振聲是李立會碩士和博士生論文的答辯老師。他對“小麥—冰草”遠緣雜交工作十分關心，曾多次去試驗田指導。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。
“李先生的鼓勵給了我們堅持下去的信念。”多年后，李立會依舊清晰記得李振聲的教誨：“對遠緣雜交研究來說，科學發(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，只有繼續(xù)推動應用，在平房上再建一層，這樣的研究工作才真正有價值。”
遠緣雜交研究是個苦差事，除了要經(jīng)得起漫長的周期等待，還要長年累月在田間播種、觀察記錄、選種，烈日暴曬、蚊蟲相伴更是家常便飯。但對李立會來說，每年5、6月份，在新鄉(xiāng)基地是他一年中最快樂的一段時間。
“做遠緣雜交工作，熱愛才能堅持。李老師帶我們下地，指導如何觀察選擇，通過言傳身教影響著我們。”中國農(nóng)業(yè)科學院作物科學研究所副研究員周升輝說，2016年加入李立會團隊，如今自己已經(jīng)學會享受小麥種質(zhì)創(chuàng)新的樂趣。
張錦鵬告訴記者，做遠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5年時間，沒有一點執(zhí)著和熱情，“小麥—冰草”遠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。”李立會說，我們著眼的是當前，解決的是未來的問題。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。
來源：人民日報
編輯：牛姣
返回頂部