戈壁灘上有一種野草，莖稈細(xì)韌，葉子堅(jiān)硬窄短內(nèi)卷，花序粗壯，小穗緊密平行排列成兩行。它有一個(gè)好聽的名字——冰草。由于冰草營養(yǎng)豐富，適口性佳，被各種家畜所喜食，成為中國北方干旱及半干旱地區(qū)人工草地種植的重要牧草之一。
作為小麥的野生近緣種，在科學(xué)家眼中，冰草不僅僅是一種牧草，更是改良現(xiàn)代小麥品種的最佳基因資源。
成熟的普冰小麥。中國農(nóng)科院作科所供圖
中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物科學(xué)研究所研究員李立會(huì)從事小麥—冰草研究已經(jīng)30余年。他帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)堅(jiān)持原始創(chuàng)新，創(chuàng)制了多穗粒數(shù)、綠色抗病的小麥—冰草遠(yuǎn)緣雜交小麥新種質(zhì)，為我國小麥育種創(chuàng)新提供了優(yōu)異種質(zhì)資源。
5月24日，中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物科學(xué)研究所聯(lián)合中原中心在河南省新鄉(xiāng)市舉辦“小麥—冰草”遠(yuǎn)緣雜交新品系（種）田間展示暨有效利用研討會(huì)。現(xiàn)場(chǎng)展示了小麥—冰草遠(yuǎn)緣雜交高產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)、強(qiáng)筋新品系（種）90個(gè)，其中包括2023年國審新品種“普冰03”和9個(gè)正在參加國家區(qū)域試驗(yàn)的新品系。
為什么是冰草
“安徽的小麥經(jīng)過這么多年發(fā)展以后，它的產(chǎn)量遇到了一個(gè)瓶頸。穗數(shù)是足的，但是穗粒數(shù)老是提不上去，特別是老百姓大面積種植的小麥，穗都是尖的，不飽滿。有些品種也出現(xiàn)了退化，這是一個(gè)很大的問題?！卑不辙r(nóng)業(yè)大學(xué)教授馬傳喜說。
這種情況不僅僅發(fā)生在安徽小麥上?！?014~2017年間參加國家區(qū)試和申請(qǐng)保護(hù)的313個(gè)小麥品種間的遺傳相似度為76~98%。遺傳基礎(chǔ)狹窄是限制現(xiàn)代小麥育種持續(xù)健康發(fā)展的關(guān)鍵問題?！崩盍?huì)說，我國小麥育種已經(jīng)取得了舉世矚目的成就，但由于現(xiàn)代小麥品種間同質(zhì)化、遺傳基礎(chǔ)狹窄，導(dǎo)致小麥單產(chǎn)難以取得實(shí)質(zhì)性突破，限制大面積單產(chǎn)提升，抵御病蟲害及逆境能力嚴(yán)重下降。
因此，“迫切需要通過原始創(chuàng)新為小麥育種提供新基因源”。李立會(huì)說，在小麥野生近緣種中，冰草屬物種具有小麥育種的眾多優(yōu)異目標(biāo)性狀。
冰草每株能結(jié)實(shí)超過50個(gè)穗，每穗粒數(shù)超過300粒，而株高低于50cm，是理想的株型；籽粒粗蛋白質(zhì)含量大于18%；抗病性優(yōu)良，兼抗條銹、葉銹、稈銹、白粉、黃矮和赤霉病等多種病害；抗逆性極強(qiáng)，具有極強(qiáng)的抗旱和抗寒性，耐鹽堿、耐瘠薄。
正因?yàn)楸菥哂斜姸嘈←溣N目標(biāo)性狀，所以它可作為外源供體種實(shí)現(xiàn)小麥種質(zhì)創(chuàng)新與利用效應(yīng)最大化。20世紀(jì)30~80年代，國內(nèi)外學(xué)者對(duì)小麥與冰草屬物種間的遠(yuǎn)緣雜交進(jìn)行了不懈努力，但一直未能成功。
李立會(huì)團(tuán)隊(duì)在上世紀(jì)80年代就開始創(chuàng)建小麥遠(yuǎn)緣雜交新技術(shù)體系，嘗試解決利用冰草屬物種改良小麥的國際難題。
1988年，該團(tuán)隊(duì)首次獲得中國春與沙生冰草和根莖冰草間的自交可育雜種。1990年獲得普通小麥品種Fukuho與冰草間的自交可育雜種。
李立會(huì)說，千分之三的成胚率說明小麥與冰草屬物種間的遠(yuǎn)緣雜交確實(shí)是困難的。但三次重復(fù)雜交實(shí)驗(yàn)證明了他們創(chuàng)建的小麥遠(yuǎn)緣雜交新技術(shù)體系是科學(xué)可行的。
在此基礎(chǔ)上，李立會(huì)團(tuán)隊(duì)闡明了冰草和小麥自交可育的遺傳機(jī)制。
優(yōu)異的“普冰”新種質(zhì)
此次研討會(huì)上展示了“小麥—冰草”遠(yuǎn)緣雜交新品系（種）90個(gè)，被與會(huì)者親切成為“普冰”，它們與現(xiàn)在生產(chǎn)上推廣種植的小麥品種間遺傳差異大于60%。這些品系（種）有 20~40個(gè)姊妹系，將盡可能滿足推廣區(qū)域的不同要求。該團(tuán)隊(duì)還對(duì)每個(gè)新品系（種）均進(jìn)行了重測(cè)序，基本明確了其所攜帶的冰草P基因組的遺傳成分。
“小麥—冰草”遠(yuǎn)緣雜交新品系（種）田間展示。中國農(nóng)科院作科所供圖
河北農(nóng)業(yè)大學(xué)特聘教授張愛民用“繼往開來”四個(gè)字形容“普冰”。他說，中國小麥和世界小麥相比是多花多實(shí)的，但近幾年傳統(tǒng)育種中似乎丟失了一些多花多實(shí)的特點(diǎn)。而“普冰”的雜交后代使得我國小麥多花多實(shí)的水平有所恢復(fù)，繼承和發(fā)揚(yáng)了過去的特點(diǎn)。此外，“普冰”株型緊湊，葉片直立，使得整個(gè)群體有很大的發(fā)展?jié)摿ΑＷ畲蟮呢暙I(xiàn)應(yīng)該是與現(xiàn)代推廣品種有60%的遺傳差異，大大增加了生產(chǎn)應(yīng)用品種和育種資源的遺傳多樣性。
馬傳喜在現(xiàn)場(chǎng)觀摩后表示，這次收獲很大，因?yàn)樗l(fā)現(xiàn)小麥—冰草遠(yuǎn)緣雜交研究的種質(zhì)材料已經(jīng)升級(jí)了。雜交后代形成的新種質(zhì)，不僅多花多實(shí)，株型優(yōu)良，而且具有高產(chǎn)、廣譜抗病性、抗逆、肥料高效利用等特點(diǎn)。
李立會(huì)說，要實(shí)現(xiàn)小麥育種的改良，首先需要優(yōu)異的育種親本，而種質(zhì)創(chuàng)新就是優(yōu)異育種親本創(chuàng)造的過程。
傳統(tǒng)育種中，畝穗數(shù)、穗粒數(shù)和千粒重是影響產(chǎn)量的三個(gè)要素，但這三者互為負(fù)相關(guān)，即一個(gè)要素的提高往往會(huì)造成其他兩個(gè)要素的下降，難以同時(shí)提高。而小麥-冰草創(chuàng)新種質(zhì)解決了這個(gè)問題，其穗粒數(shù)和千粒重相比濟(jì)麥22、周麥18等主栽品種顯著提高。目前，該團(tuán)隊(duì)已創(chuàng)制出以增加穗粒數(shù)為核心、產(chǎn)量三因素協(xié)同提升，比周麥18增產(chǎn)15%以上的育種親本23個(gè)。
此外，這些創(chuàng)新種質(zhì)兼抗白粉病、條銹病、葉銹病等病害，具有廣譜抗病性，為培育持久抗性且兼抗多種病害新品種提供強(qiáng)力支撐。
普冰即將投入生產(chǎn)
在現(xiàn)場(chǎng)，2023年國審新品種“普冰03”引起了與會(huì)者的極大關(guān)注。國家育種聯(lián)合攻關(guān)試驗(yàn)鑒定認(rèn)為，該品種抗倒能力較強(qiáng)，免疫葉銹病，中感條銹病、白粉病、紋枯病，高感赤霉??；氮磷利用效率均中等。
李立會(huì)介紹，它攜帶76個(gè)冰草外源基因，包括調(diào)控育性和穗粒數(shù)相關(guān)基因2個(gè)、千粒重相關(guān)基因1個(gè)、分蘗相關(guān)基因2個(gè)、抗病基因4個(gè)、耐逆基因4個(gè)。這些基因可能與其穗粒數(shù)與畝穗數(shù)協(xié)同提高、綜合抗病性好的特性相關(guān)。
“很高興再次看到普冰麥的表現(xiàn)。小麥—冰草的利用上了一個(gè)新臺(tái)階?！敝袊こ淘涸菏?、中國農(nóng)業(yè)大學(xué)校長孫其信在會(huì)上說，從種質(zhì)材料到新品種，從多花多實(shí)到多抗，它會(huì)不會(huì)成為下一次我國麥區(qū)換代的代表性品種，這個(gè)品系的潛力還是蠻大的。
“小麥全身都是病。”中國工程院院士、西北農(nóng)林科技大學(xué)教授康振生說，他最近在關(guān)注如何提高小麥品種的綜合抗病能力，而普冰的抗病性就是綜合性的。他希望未來對(duì)普冰的品種利用上，通過挖掘不同的抗性資源，合理布局，形成生物屏障，對(duì)多種小麥病害產(chǎn)生持續(xù)的控制力。
中國工程院院士、中國農(nóng)科院作科所研究員劉旭對(duì)普冰很熟悉，但當(dāng)天的現(xiàn)場(chǎng)會(huì)還是讓他感到面目一新。他說，普冰的成功在于其原創(chuàng)性強(qiáng)。到目前為止，其他國家還沒有實(shí)現(xiàn)冰草和小麥的遠(yuǎn)緣雜交育種。普冰品系的綜合性狀比較好，可以給小麥生產(chǎn)提供很大的潛力。此外，普冰的可用性非常廣闊，兼具優(yōu)質(zhì)和高產(chǎn)的特點(diǎn)，遺傳多樣性比較豐富。
截至目前，“小麥—冰草”衍生系發(fā)放全國育種單位，培育出攜帶冰草外源目標(biāo)基因新品種21個(gè)、參加國家和省級(jí)區(qū)試新品系39個(gè)，覆蓋全國小麥主產(chǎn)區(qū)。未來將建立小麥-冰草創(chuàng)新種質(zhì)利用聯(lián)合體，大力提升利用效率，并加強(qiáng)創(chuàng)新種質(zhì)中來自冰草P基因組高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、多抗等重要基因的功能解析。
中國農(nóng)科院作科所所長周文彬說，希望在各單位的關(guān)注和支持下，加快以“小麥-冰草”創(chuàng)新種質(zhì)為代表的種質(zhì)資源有效利用，讓這個(gè)種業(yè)源頭上的原始創(chuàng)新繼續(xù)發(fā)揮它的潛力和生命力，為破解我國小麥育種因?yàn)槠贩N間雜交帶來的產(chǎn)量提升瓶頸難題提供新種源，切實(shí)成為當(dāng)前我國小麥大面積單產(chǎn)提升行動(dòng)的“新質(zhì)生產(chǎn)力”。
而與會(huì)的企業(yè)代表對(duì)小麥-冰草新品系的高產(chǎn)潛力、抗病性、抗倒伏和抗穗發(fā)芽逆境能力和強(qiáng)筋品質(zhì)特性給予高度評(píng)價(jià)，對(duì)下一步的合作開發(fā)和推廣表達(dá)強(qiáng)烈意愿。
