小麦和冰草怎样实现远缘杂交?一人高的小黑麦,为何成为西北和中原地区广泛种植的饲草、饲粮?能够和世界一流强筋小麦媲美的中国小麦是怎样育成的?
广袤平坦的黄淮海平原,是我国最大的小麦主产区,种植着超过2亿亩的冬小麦。时值三夏,这里进入了一年中最忙碌的收获季。
在黄淮海麦区的中心地带,河南新乡的平原上,有一座特殊的农场,这里是中国农业科学院作物科学研究所的实验基地,常年驻扎着许多农业科研机构。近日,麦收之时,基地举行了一场线上科技开放活动,展示了农业科学家们数十年育种的成果。
5月7日,中国农业科学院新乡基地,科学家们线上介绍农业科技进展。中国农科院供图
远缘杂交,让草成为小麦改良的资源
35年前,刚刚考上研究生的李立会,为自己立了一个“不可能完成”的目标,攻克“小麦-冰草”远缘杂交的难题,在此之前,这个难题已经困扰了全球育种家们半个多世纪。
冰草是一类常见的野草,生命力极其顽强,具有优秀的抗旱、抗寒、抗病性。冰草属的植物,是小麦的近缘野生种,它的穗和小麦有点像,但穗子较大、小穗、小花更多。
假如小麦也能具有冰草那样顽强的生命力和高产能力,必然会改变小麦种植的历史。早在上世纪30年代,国外就有科学家开始尝试将两者杂交,但一直到80年代,半个世纪过去,无一成功。李立会的导师、著名作物种质资源专家董玉琛院士告诉他,两者的杂交在国际上已经被判了“死刑”。
35年后,河南新乡的试验田里,数十种小麦和冰草杂交而成的小麦材料即将成熟,用这些材料育成的新品种,已经有15个,后备新品种也有39个。15个新品种中,有高抗的品种,如甘肃、陕西两省审定的小麦新品种普冰151,已经是当地条锈病等病害流行和旱地麦区的主栽品种。也有高产的品种,如国审新品种川麦93,穗粒数达54.2粒,增产16.7%。做到这一切,李立会花了三十多年。三十多年里,李立会和他的团队,解决了小麦和冰草花期不同、生殖隔离、杂交胚胎不能正常发育等诸多问题,为小麦育种增添了多种新的种质资源。“从远缘杂交成功至今,已经有5000多种冰草的基因,通过杂交进入了小麦中。”中国农业科学院作物科学研究所所长、中国科学院院士钱前说。
基地有1100多亩,常年驻扎着20多个育种团队。中国农科院供图
“在小麦驯化的过程中,长期的近亲繁殖,使得小麦的遗传相似度很高。”李立会说,“而小麦-冰草这样的远缘杂交,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。”
5月27日举行的线上农科开放日活动中,李立会在河南新乡的基地中,以视频的形式介绍了多种“小麦-冰草远缘杂交”的小麦材料,“比如我手边的这种,粒数非常高,正常可以达到100粒以上,千粒重可以保证在50克以上,而且株形紧密,有利于亩穗数提高。”
小黑麦,一人高的麦子其实是饲草
和普通的麦田中整整齐齐的麦子不同,试验田里的麦子长得有些凌乱,高矮不齐、青黄相间。其实,在每一块麦田中,都种植着数十上百种育种材料,科学家们则在其中选育那些性状优良的材料继续培育,一个新品种的育成,往往需要漫长的时间来重复选育。
中国农业科学院作物科学研究所副研究员孟凡华的试验田里,种着很多近一人高的“麦子”,这些不是普通的“麦子”,而是一种名为“小黑麦”的饲草、饲粮多用作物。
小黑麦是新物种,也是优质的饲粮、饲草作物。中国农科院供图