开辟小麦高产育种新途径

原标题:中国农业科学院李立会团队突破“小麦—冰草”远缘杂交世界难题 开辟小麦高产育种新途径

河南新乡的中国农业科学院试验基地里的小麦即将成熟，麦浪翻滚，一片金黄。走进麦田，李立会随手抽出一根麦穗，搓出麦粒，数了数后，放到嘴里嚼起来。

李立会是中国农业科学院作物科学研究所研究员。为了选育良种，每年5月，他都要在试验基地待上一段时间。这个基地种植的小麦可不一般，是由李立会团队创制的“小麦—冰草”远缘杂交创新种质，被认为是开辟我国小麦高产育种途径的重要基因资源。

李立会在试验基地观察小麦材料

中国农业科学院作物科学研究所供图

小麦育种利用冰草属外源优异基因，实现从“0”到“1”的重要突破

“小麦—冰草”远缘杂交曾被看作是不可能完成的工作。1988年，硕士研究生入学前，当李立会向自己的导师、著名作物种质资源专家董玉琛提出这一选题时，董老师好意劝告：“‘小麦—冰草’远缘杂交在国际上被判了‘死刑’，最好不要研究它。”

“我想试一试，做不通，入学后就换题目。”李立会的执着说服了老师，随后他带领两名助手在试验田开始研究。

冰草属植物是小麦的近缘野生种，具有多小穗、多小花的大穗特性，此外还具有极强的抗寒、抗旱性，对多种小麦病害表现出高度免疫性，被认为是小麦改良的最佳外源优异基因供体之一。

“冰草和小麦外形上看上去相似，实际上亲缘关系很远，杂交起来非常困难。”李立会告诉记者。

上世纪30年代开始，一些国家的学者希望解决这一难题，但直到80年代都未能成功。国际小麦研究界普遍认为：“小麦—冰草”远缘杂交是条死胡同。

“小麦—冰草”远缘杂交有哪些挑战？李立会举例说，比如，小麦通常5月下旬成熟，而冰草生长在高纬度地区，此时才刚开花，让两者杂交，首先要把花期调节到同一时期。其次，还需要解决“小麦—冰草”授粉受精中的生殖隔离问题。即便授粉成功，胚也不能正常发育，还需要开发一套幼胚拯救技术才能获得杂种植株。

小麦是最重要的粮食作物之一，占世界作物种植面积的1/5，是全球40%人口的主要食粮。过去，改进小麦品种、提高产量主要依靠现有推广品种之间的杂交来实现。然而，长期品种间杂交及对少数骨干亲本的大量应用，造成遗传变异范围缩小，品种抗原日趋单一，小麦育种进入瓶颈期。

“小麦品种长期近亲繁殖，遗传相似度很高。通过远缘杂交，引入当前栽培小麦缺乏的关键优异基因，不仅产量能提高，抗逆抗病害能力也会增强。”李立会表示，通过远缘杂交将冰草优异基因导入小麦，是一项意义重大的工作。

李立会带领团队，历时30多年，创建了一套小麦远缘杂交新技术体系。通过幼龄授粉、幼胚拯救、幼穗体细胞培养、高频率诱导异源易位、特异分子标记开发技术等一系列创新，攻克了“小麦—冰草”远缘杂交难题，实现了小麦育种上利用冰草属外源优异基因从“0”到“1”的重要突破。

小麦高产育种有了基因宝库，解决了我国突破性高产小麦种质匮乏问题

李立会团队的工作大体上分为四个阶段。第一阶段为1988年到1990年，首次证明了“小麦—冰草”远缘杂交是可行的；第二阶段从1990年到2005年，主要是创制一系列“小麦—冰草”的基础材料；第三阶段是2005年到2015年，进一步完成大量遗传学研究；2015年至今，团队一方面做优异种质资源的全基因组学测序工作，一方面推动创新种质的有效利用与新品种选育，让科研成果尽快应用于生产实践。

“随着我们团队对冰草P基因组测序和‘小麦—冰草’创新种质测序工作的完成，相当于为小麦育种建立了一座巨大的基因宝库。”李立会解释，这项工作不仅从理论上证实了“小麦—冰草”远缘杂交创新种质的优良性能，还大大拓宽了小麦育种的基因源基础。

据了解，该团队创制出的“小麦—冰草”新品系具有多花多实的高产特性，比小麦主栽品种增产可以超过10%，解决了我国突破性高产小麦种质匮乏问题。特别是发现了“多粒—高千粒重—有效分蘖”优异基因簇，解决了小麦传统育种中产量三要素（亩穗数、穗粒数和千粒重）难以同时选择的问题。同时，“小麦—冰草”创新种质对白粉、条锈、叶锈菌等病害具有广谱抗性，为培育持久抗性且兼具多种病害抗性新品种提供了强力支撑。

“小麦—冰草”新种质向科学界共享。目前，“小麦—冰草”衍生系创新种质应用到全国100多个育种单位，已培育新品种15个、后备新品种39个。其中，甘肃、陕西两省审定的小麦新品种普冰151，已成为当地条锈病等病害流行和旱地麦区的主栽品种，实现了多抗育种新突破。科学家培育出的国审新品种川麦93，穗粒数达54.2粒，增产16.7%，显著高于3%的国家审定标准。

业内专家表示，培育高产、抗病、抗逆小麦新种质是实现绿色增产技术最有效和经济的途径，可以减少农药施用量，提高全生育期抵御各种自然灾害能力，对保障和稳定我国小麦的安全生产具有重要意义。

“‘小麦—冰草’创新种质的利用空间很大，一些潜力有待深入挖掘。”李立会说，团队从新乡基地收获材料中，筛选出强筋类型普冰新种质12个，这些新品系的蛋白质含量高，适合制作高档面包，具有很高的市场价值。

“从种质创新到有效利用，虽然时间通常比较长，但影响深远。我们期待‘小麦—冰草’远缘杂交研究将推动小麦育种取得新突破。”李立会说。

做种质创新来不得半点虚假，要持之以恒，敢于尝试，不断探索

“我们的工作都是在实验室、试验田一步步试错中摸索出来的。”回顾30多年育种生涯，李立会表示，持之以恒是关键。同时还要敢于尝试，不断探索。“如果仅仅依靠教科书的结论，就不可能尝试做成功‘小麦—冰草’远缘杂交。”

“李老师是实干家，教导我们做种质创新来不得半点虚假。”李立会团队成员、中国农业科学院作物科学研究所研究员张锦鹏说，李老师对试验基地的小麦非常熟悉，每个材料种在哪里、有什么特点都印在他脑子里。

在李立会的多年探索过程中，他很感念导师董玉琛以及著名小麦遗传育种学家李振声的帮助。1988年，听到李立会在试验田的研究有了进展，董玉琛兴奋地跑到地里，冒着烈日和他一起到田间工作。1990年，以李立会为第一作者的论文发表在《中国科学》期刊，前期董玉琛改了13稿。

李振声是李立会硕士和博士生论文的答辩老师。他对“小麦—冰草”远缘杂交工作十分关心，曾多次去试验田指导。李振声每次走到田间，都像农民一样，熟练拨开麦子，搓出麦粒，放在手掌心数一数有多少粒。

“李先生的鼓励给了我们坚持下去的信念。”多年后，李立会依旧清晰记得李振声的教诲：“对远缘杂交研究来说，科学发现只是一小步。在平地盖一层平房，它的高度显示不出来，只有继续推动应用，在平房上再建一层，这样的研究工作才真正有价值。”

远缘杂交研究是个苦差事，除了要经得起漫长的周期等待，还要长年累月在田间播种、观察记录、选种，烈日暴晒、蚊虫相伴更是家常便饭。但对李立会来说，每年5、6月份，在新乡基地是他一年中最快乐的一段时间。

“做远缘杂交工作，热爱才能坚持。李老师带我们下地，指导如何观察选择，通过言传身教影响着我们。”中国农业科学院作物科学研究所副研究员周升辉说，2016年加入李立会团队，如今自己已经学会享受小麦种质创新的乐趣。

张锦鹏告诉记者，做远缘杂交工作不容易出成果。写论文，仅收集数据一般就需要至少花费5年时间，没有一点执着和热情，“小麦—冰草”远缘杂交研究很难延续30多年。

“要想打赢种业翻身仗，必须要有突破性的种质资源。”李立会说，我们着眼的是当前，解决的是未来的问题。希望“小麦—冰草”创新种质尽快分发到育种家手里，培育出高产优质小麦新品种。