在三大主糧中，雜交水稻和雜交玉米都成功實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化，但對(duì)雜交小麥的育種和推廣已走過(guò)約一個(gè)世紀(jì)，遲遲未取得重大進(jìn)展。
長(zhǎng)期以來(lái)，雜交小麥推廣之路受制于高昂的制種成本。日前，先正達(dá)集團(tuán)科學(xué)家在《自然-生物技術(shù)》雜志（Nature Biotechnology）發(fā)表論文，首次公開(kāi)“一步胞質(zhì)不育系轉(zhuǎn)育技術(shù)”。論文發(fā)表后引發(fā)業(yè)界和媒體關(guān)注。評(píng)論認(rèn)為，這項(xiàng)成果大大加速了育種進(jìn)程，有望一舉破解雜交小麥推廣瓶頸。
這項(xiàng)技術(shù)的核心研究成員之一一——先正達(dá)集團(tuán)北京創(chuàng)新中心科學(xué)家呂建博士在接受本報(bào)采訪時(shí)表示，把雜交小麥推向市場(chǎng)是一代代育種家的夢(mèng)想，同樣也是先正達(dá)的夢(mèng)想。先正達(dá)計(jì)劃在未來(lái)三到五年內(nèi)，實(shí)現(xiàn)雜交小麥商業(yè)化種植。
雜交小麥為何難推開(kāi)？
利用農(nóng)作物的雜種優(yōu)勢(shì)提高產(chǎn)量、品質(zhì)和抗逆性，是現(xiàn)代農(nóng)業(yè)核心科技之一。所謂雜交種，即通過(guò)雜交兩個(gè)親本得到的后代種子。“雜交種充分利用了雜種優(yōu)勢(shì)效應(yīng)，可以提高生長(zhǎng)勢(shì)，增強(qiáng)病蟲(chóng)害抗性和提高產(chǎn)量。”呂建介紹。
雜交玉米、雜交水稻相繼成功實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化。尤其是后者，以袁隆平為代表的一批科學(xué)家歷時(shí)數(shù)十年，讓中國(guó)雜交稻技術(shù)領(lǐng)跑世界，為保障中國(guó)乃至全球糧食安全做出巨大貢獻(xiàn)。
但是，迄今為止，與水稻和玉米相比，小麥雜種利用卻在全世界均未獲得預(yù)期突破。對(duì)雜交小麥的研究，國(guó)際上開(kāi)始于上世紀(jì)20年代，中國(guó)開(kāi)始于上世紀(jì)60年代。
事實(shí)上，對(duì)雜交小麥品種的開(kāi)發(fā)一直未停止，近些年陸續(xù)有新品種上市。“現(xiàn)有雜交小麥制種流程有個(gè)很大的瓶頸，就是制種成本很高，成為影響雜交小麥推廣的主要障礙之一。”呂建說(shuō)，粗略統(tǒng)計(jì)，生產(chǎn)一畝雜交小麥品種的成本，是一畝雜交玉米或雜交水稻成本的10倍左右。
除了成本，在科研界，對(duì)雜交小麥的研究還存在一個(gè)困惑點(diǎn)：小麥究竟有沒(méi)有雜種優(yōu)勢(shì)？換言之，與雜交水稻、雜交玉米帶來(lái)產(chǎn)量、抗逆性上的飛躍相比，現(xiàn)有雜交小麥品種似乎表現(xiàn)并不優(yōu)異。
果真是這樣嗎？“從我們的研究和同行發(fā)表的論文成果看，雜交小麥可以實(shí)現(xiàn)增產(chǎn)10%-20%，比較好的組合甚至增產(chǎn)25%。”呂建認(rèn)為，通過(guò)優(yōu)化組合，雜交小麥的潛力不比其它雜交作物低。
中國(guó)年產(chǎn)小麥大約是1.2億噸，而年消耗量在1.1億噸。毋庸置疑，利用小麥的雜交優(yōu)勢(shì)進(jìn)一步提升產(chǎn)量，對(duì)于糧食安全意義重大。
小麥雜交育種的瓶頸是什么？
雜交小麥的研發(fā)和推廣之路，受限于昂貴的育種成本。這根源于小麥與水稻、玉米不同的物種特性。
雜交品種是父本“帥哥”和母本“靚女”優(yōu)勢(shì)結(jié)合的產(chǎn)物。小麥和水稻一樣，都屬于雌雄同花，嚴(yán)格自交授粉。而要培育出雜交品種，就不能讓這些母本自生自育“近親結(jié)婚”，因此需要找到雄性不育系材料，讓植株只具備“女性”特征，再與父本結(jié)合。
雜交水稻和雜交玉米都可以選育出成本可控的雄性不育系，但雜交小麥卻沒(méi)那么容易。
“水稻和玉米是二倍體，同樣的基因一般只有2個(gè)拷貝。而小麥則是六倍體，同樣的基因會(huì)有6個(gè)拷貝，所以小麥的種質(zhì)創(chuàng)新相對(duì)比較費(fèi)勁，育種周期很長(zhǎng)，難度也很高。”中國(guó)水稻研究所水稻生物學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室副主任王克劍解釋。
以三系小麥雜交育種技術(shù)為例，傳統(tǒng)方法是將現(xiàn)有不育系材料同可育品種材料進(jìn)行雜交，再進(jìn)行5~7代的回交。顯而易見(jiàn)，這種方法需要多年多代的雜交選育，既耗時(shí)又浪費(fèi)資源，育種成本很高。
“一步到位”胞質(zhì)不育系轉(zhuǎn)育突破在哪里？
傳統(tǒng)的雜交育種方法耗時(shí)費(fèi)力，有沒(méi)有更高效的育種路徑？
“我們開(kāi)發(fā)了一步胞質(zhì)不育系轉(zhuǎn)育技術(shù)。這是基于父本單倍體技術(shù)，將不育系開(kāi)發(fā)成父本單倍體誘導(dǎo)系，將待轉(zhuǎn)育的材料誘導(dǎo)父本單倍體，再利用單倍體加倍技術(shù)實(shí)現(xiàn)胞質(zhì)不育系的一步轉(zhuǎn)育。”呂建說(shuō)。
這個(gè)技術(shù)的關(guān)鍵，是將父本單倍體誘導(dǎo)技術(shù)應(yīng)用到小麥上，實(shí)現(xiàn)快速育種，但操作起來(lái)有待克服諸多難關(guān)。
首先，可用于父本單倍體誘導(dǎo)的基因很少，目前公開(kāi)報(bào)道的只有兩個(gè)，即玉米ig1和擬南芥CenH3。
呂建的團(tuán)隊(duì)將小麥ig1進(jìn)行基因敲除，發(fā)現(xiàn)并不能誘導(dǎo)父本單倍體。而針對(duì)擬南芥CenH3基因，全球眾多科學(xué)家經(jīng)過(guò)多年努力，都沒(méi)能在作物上重復(fù)擬南芥上的成功。
通過(guò)大膽創(chuàng)新、縝密設(shè)計(jì)和團(tuán)隊(duì)通力合作，呂建與Tim Kelliher等先正達(dá)全球種業(yè)科學(xué)家一起，最終實(shí)現(xiàn)了7%的父本單倍體誘導(dǎo)率。
