在世界三大重要糧食作物中，小麥也可以大面積實(shí)現(xiàn)雜種優(yōu)勢(shì)利用了！
“利用我們的成套技術(shù)，可使雜交小麥制種純度達(dá)到99.9％以上。”今年6月通過驗(yàn)收的一項(xiàng)河南省重大科技專項(xiàng)研究，宣告我國(guó)在雜交小麥優(yōu)異親本創(chuàng)育、強(qiáng)優(yōu)勢(shì)組合配制和規(guī)?；咝е品N等一系列關(guān)鍵技術(shù)領(lǐng)域獲重大突破。
該項(xiàng)目主持人、河南科技學(xué)院小麥中心主任、省雜交小麥工程技術(shù)研究中心主任茹振鋼教授說：“現(xiàn)已選育出8個(gè)不育系、16個(gè)恢復(fù)系，可以根據(jù)不同麥區(qū)親本需求，創(chuàng)制出多個(gè)強(qiáng)優(yōu)勢(shì)組合。”
幾株異常小麥，選育出雜交小麥不育系
在世界三大糧食作物中，美國(guó)最早育成雜交玉米，我國(guó)袁隆平率先育成雜交水稻。對(duì)雜交小麥的研究，國(guó)際開始于上世紀(jì)20年代，中國(guó)開始于上世紀(jì)60年代，卻遲遲未能獲得重大突破。
從事小麥研究30多年，茹振鋼曾培育出“百農(nóng)64”“矮抗58”“百農(nóng)4199”等常規(guī)小麥品種。其中，“矮抗58”以其高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、抗病等特性，成為中國(guó)小麥播種面積第一大品種，獲2013年度國(guó)家科技進(jìn)步獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)。而最讓他魂?duì)繅?mèng)繞的，還是在雜交小麥育種上為中國(guó)贏得話語權(quán)！
然而，要破解這道“世界難題”＋“世紀(jì)難題”并非易事——
這主要有兩方面的原因。一是父本母本基因越純合，雜交優(yōu)勢(shì)越強(qiáng)。玉米、水稻的基因都是單一來源，是二倍染色體植物，容易純合；小麥基因則有三個(gè)來源，是由原始小麥與兩種草在上萬年進(jìn)化中自然雜交而成的六倍染色體，純合難度無法想象。第二個(gè)原因，小麥和水稻一樣都是雌雄同蕊，培育雜交優(yōu)勢(shì)品種，首先需要讓母本不再自我授粉結(jié)實(shí)、“近親結(jié)婚”；然后再給這些“靚妹”找到理想的“帥哥”。這就需要找到雄性不育系，讓植株只具備“女性”性征。當(dāng)年，袁隆平大海撈針般從海南島發(fā)現(xiàn)了水稻的雄性敗育類型野稗，才選育出雜交水稻的不育系。但是，小麥的“野稗”在哪里？
機(jī)遇總是垂青有準(zhǔn)備的人！1998年，小麥揚(yáng)花季節(jié)，在太行山下輝縣的試驗(yàn)田里，茹振鋼偶然發(fā)現(xiàn)五六株小麥明顯異常。所有的小麥在自花授粉后穎殼都自動(dòng)閉合、結(jié)籽了，而這幾株小麥的穎殼卻因?yàn)樽曰ú挥恢睆堥_著。“這也許就是我做夢(mèng)都想找到的小麥的‘野稗’?。‰s交小麥的不育系就在這里！”這讓茹振鋼感到格外興奮！
那一年，他從這幾株異常的小麥植株上，僅僅收獲了5粒種子。然而，就是這屈指可數(shù)的5粒種子，卻要拉開改變世界的帷幕！
在對(duì)這些種子的繁殖、試驗(yàn)中，他發(fā)現(xiàn)長(zhǎng)在溫室中間的小麥植株不育率低，邊緣的不育率高。他意識(shí)到，控制育性的基因?qū)囟让舾?，溫度低則不育率高。
那么，是不是可以利用成熟期不同的多個(gè)品種，分別與不育株系雜交，從而培育出多個(gè)不育株系？
按照這樣的科學(xué)設(shè)想，經(jīng)過7年的不斷探索、試驗(yàn)，2004年，茹振鋼終于從繁雜的后代中選育出了一系列對(duì)光溫敏感的不育系，把“半不育”變成了100％不育系（BNS），“啃掉”了雜交小麥研究中“最硬的那塊骨頭”。
全球“海選”恢復(fù)系，創(chuàng)制強(qiáng)優(yōu)勢(shì)組合
茹振鋼培育出雜交小麥不育系的消息不脛而走，一直關(guān)注著雜交小麥研究的中科院遺傳發(fā)育所研究員王斌、中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)校長(zhǎng)孫其信教授抱著極大興趣，前去新鄉(xiāng)實(shí)地考察。
從2004年到2006年，在小麥生長(zhǎng)的每一個(gè)關(guān)鍵時(shí)刻，兩位專家都同茹振鋼一起，走進(jìn)實(shí)驗(yàn)室，走進(jìn)大田。年復(fù)一年近似苛刻的觀察、質(zhì)疑，他們最終認(rèn)可了茹振鋼的研究在黃淮麥區(qū)巨大的潛在價(jià)值。但是，在其它麥區(qū)也能適應(yīng)嗎？
在兩位專家建議下，2006年10月4日，一個(gè)由河南科技學(xué)院與中國(guó)農(nóng)大共同主持，山東農(nóng)大、西北農(nóng)大、河北農(nóng)科院、湖南農(nóng)大、四川農(nóng)科院等單位頂級(jí)專家參與的聯(lián)合攻關(guān)協(xié)議簽訂了。協(xié)議明確提出了一個(gè)為期10年、兩個(gè)階段的研究任務(wù)。就是利用茹振鋼發(fā)明的小麥雄性不育育性轉(zhuǎn)換系BNS新材料，在前5年主要研究BNS育性轉(zhuǎn)換的生態(tài)區(qū)域及雜交小麥強(qiáng)勢(shì)組合選配，后5年主要研究不育基因轉(zhuǎn)育與雜交小麥成套推廣技術(shù)。聯(lián)合攻關(guān)組為此在河南、河北、山東、安徽、新疆建立了BNS型雜交小麥百畝高產(chǎn)示范基地11個(gè)，累計(jì)示范5000余畝。
在聯(lián)合攻關(guān)期間，雜交小麥研究又先后被列入國(guó)家973計(jì)劃和河南省重大科技專項(xiàng)，令人振奮的消息也不斷傳來！
BNS不育系無論是在黃淮麥區(qū)，還是在西南麥區(qū)、長(zhǎng)江中下游麥區(qū)，都表現(xiàn)出低溫完全不育，超過13攝氏度完全可育。更有科研意義的是，經(jīng)過各地試配，找到了恢復(fù)力強(qiáng)的恢復(fù)系，尤其是山東農(nóng)大高慶榮教授培育出的SN055525, 穗子大、莖稈堅(jiān)韌、恢復(fù)性強(qiáng)，是直接可以利用的恢復(fù)源。在此基礎(chǔ)上，他們跨越地緣，北至俄羅斯，南至智利，從海選到的200多個(gè)國(guó)內(nèi)外優(yōu)良小麥品種中，選擇出雜交小麥親本，“巧結(jié)良緣”。這些遠(yuǎn)緣的小麥雜交，創(chuàng)制出百強(qiáng)1201、雜優(yōu)2號(hào)和THW09-1等3個(gè)BNS型雜交小麥強(qiáng)優(yōu)勢(shì)組合，較常規(guī)對(duì)照種增產(chǎn)15％—20％，平均畝產(chǎn)852.5公斤，攻關(guān)田畝產(chǎn)達(dá)898公斤。其中2個(gè)雜交小麥新品種百強(qiáng)1201和THW09-1，已分別參加河南省預(yù)備試驗(yàn)和黃淮北片國(guó)家預(yù)備試驗(yàn)。
茹振鋼說，目前他們已選出8個(gè)不育系、16個(gè)恢復(fù)系。這些不育系與恢復(fù)系可隨意配對(duì)，產(chǎn)生多個(gè)組合，需要優(yōu)質(zhì)小麥就配制優(yōu)質(zhì)小麥品種，需要大穗的就配制大穗的，需要多穗的就配制多穗的。孫其信表示，這是一項(xiàng)不僅在小麥主產(chǎn)區(qū)有極高的應(yīng)用價(jià)值，而且可影響到其他區(qū)域的重要研究成果。
獨(dú)創(chuàng)制種技術(shù)，雜交小麥走向“高鐵時(shí)代”
兩系法雜交小麥研究成功了，但如何生產(chǎn)出更多的雜交種，快速走向大田生產(chǎn)，仍有兩大難題擺在茹振鋼面前——
當(dāng)時(shí)的制種產(chǎn)量已達(dá)316公斤／畝，但相對(duì)于日益提高的勞動(dòng)力成本，產(chǎn)量仍然顯得過低。這成了制約雜交小麥推廣的一個(gè)瓶頸。此外，如何建立配套的兩系雜交小麥防雜保純技術(shù)和種子純度快速檢驗(yàn)技術(shù)，也是雜交小麥走向生產(chǎn)的必要條件。
最初，茹振鋼按兩行母本、一行父本的方法指導(dǎo)農(nóng)民制種，但農(nóng)民們嫌用工多，效益低；他又研究改進(jìn)為父本母本按7∶3比例播種，但父本授粉后需要人工割除，勞動(dòng)仍顯繁雜。
面對(duì)實(shí)際操作中的困難，茹振鋼兩道難題一起解，獨(dú)創(chuàng)制種技術(shù)，讓雜交小麥育種走向“高鐵時(shí)代”！
他發(fā)現(xiàn)了一種可以在父本授粉后自然死亡的“致死基因”，發(fā)明了專一性的基因調(diào)控劑來“弒父濟(jì)母”。把這種基因引入父本后，再按8.5∶1.5比例，把母本父本充分摻勻，像大田生產(chǎn)一樣混播。授粉后，噴灑這種基因調(diào)控劑，致敏感的父本枯萎。不僅再也不需要人工割除父本，減輕了勞動(dòng)量；而且保證了種子純度；還騰出空間，讓有限的肥力集中供給母本生長(zhǎng)，使制種產(chǎn)量從300多公斤提高到450公斤左右。
“現(xiàn)在，我們相當(dāng)于掌握了雜交小麥的一個(gè)個(gè)‘元件’，根據(jù)需要把‘元件’組裝起來，就能育出理想的優(yōu)勢(shì)小麥品種了！”茹振鋼興奮地說，“強(qiáng)優(yōu)勢(shì)BNS型雜交小麥組配與規(guī)模化高效制種技術(shù)研究”的成果，將把“工廠化”育種、制種變成現(xiàn)實(shí)，快速培育出一系列優(yōu)良的雜交小麥品種！
去年10月，科技部又將“小麥雜種優(yōu)勢(shì)利用技術(shù)與強(qiáng)優(yōu)勢(shì)雜交種創(chuàng)制”列入“十三五”國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃，予以支持。（本報(bào)記者 喬地 河南日?qǐng)?bào)記者 楊青平）
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