冰草”远缘杂交世界难题开辟小麦高产育种新途

作者：王韵壹、李英、熊慧卿

　　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。

　　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。