山東:雜交育種為小麥“介紹對象”
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6月初,濟南市長清區沙河辛村的麥田裡,一片金黃,豐收在望。
付道林往試驗田裡跑得更勤了。他戴著遮陽帽,在田間轉來轉去,手裡的紅繩不時系在麥稈上。作為泉脈農業科技有限公司的首席科學家,他和同事們要在收割前,再仔細找找有沒有鐘情的小麥突變體——那些與眾不同的小麥植株。
其實在此前,他們已經仔細找了很多遍。這片位於沙河辛村南側的試驗田裡,“泉脈1號”“泉脈2號”“泉脈3號”……一塊塊紅色的木板上,標注著小麥品系的名稱、抽穗期、畝穗數﹔粉色、藍色、白色……麥稈上不同顏色的小牌子,則記錄著這一株是什麼樣的突變體,包括“核不育”“抗凍害”“抗病”“密穗”等。
相比不遠處村民的麥田,這裡明顯管理得更精細。每一株經過特殊標記的小麥,都是研究人員的寶貝。
搭建小麥“婚房”
種子是農業的“芯片”。黨的二十大報告提出,深入實施種業振興行動,確保中國人的飯碗牢牢端在自己手中。小麥是世界上種植面積最大、適應性最強的糧食作物,我國的小麥育種技術雖然世界領先,但小麥卻難以像水稻一樣,在雜種優勢利用上取得突破。
2021年2月,由付道林領銜的科研團隊正式落地濟南,主要聚焦雜交小麥、自主花卉、小麥生物強化和智慧農業等領域,展開關鍵技術攻關。為加快雜交小麥的研發,曾經成功克隆出“國寶級”小麥雄性不育基因的付道林,在濟南構建了具有自主知識產權的新型雜交小麥育種技術體系。“讓每一個中國人都吃得上、吃得起雜交小麥”。辦公室裡的這幅字,道出了他的初心和夢想。
培育雜交小麥為何這樣難?小麥雌雄同花,屬於自花授粉作物,要想實現雜交,必須保証自身雄性不育,引入外源花粉。“也就是說,小麥本可以‘自由戀愛’,自己生娃,但為了讓孩子的基因更優秀,我們必須‘包辦婚姻’,給小麥介紹對象。”付道林指著麥田裡一個個白色的硫酸紙袋說,那就是小麥的“婚房”,“婚房”上寫的“SN30”,意思是父本是小麥品種“山農30”。在小麥開花階段,他們在試驗田裡找到麥穗蓬鬆、質感半透明、沒有花粉的雄性不育植株,套上袋子,進行人工授粉,得到具有雜種優勢的小麥。
雜交小麥的核心,在於獲取足夠好的雄性不育基因並用來發展小麥雄性不育系。但與水稻、玉米等2倍體不同,小麥是6倍體,其基因組更加復雜。為此,泉脈農業通過化學誘變劑改變了小麥植株的性狀,並從中篩選出他們想要的雄性不育基因。
“篩選的方法就是看它們孩子的模樣。”付道林介紹,他們在小麥開花的時候,引入了偃麥草的花粉,這個小麥“遠房表哥”的種子是藍色的,便於區分。“經過雜交和培育,如果小麥后代的種子是藍色的,說明雄性可育﹔如果不是藍色的,說明雄性不育。”這些雄性不育植株,就為下一步的研究奠定了基礎。
培育“面包小麥”
優質、高產、耐鹽鹼、抗倒伏、抗條鏽病……這些都是泉脈農業想要得到的雜交小麥品種,他們的試驗田遍布各地。科研團隊在濟南長清的試驗田裡,主要研究優質高產突變體,在東營研究耐鹽鹼突變體,在四川研究抗條鏽病突變體。
在沙河辛村的試驗田裡,他們還進行了雜交小麥播量試驗,比較了“泉脈1號”播種5斤/畝、10斤/畝、15斤/畝、20斤/畝、25斤/畝、30斤/畝的產量。
“現在普通小麥每畝需要播種20-30斤,我們的雜交小麥計劃每畝播種3斤,但產量提高10%以上。”泉脈農業研發總監彭俊華說,我國冬小麥種植面積超3.3億畝,雜交小麥全面推廣后,每年僅節省的麥種就是天文數字。
“你看我們的麥穗長得多大!”“你看籽粒多飽滿!”看著自己培育的小麥,彭俊華的喜悅之情溢於言表。
當然,泉脈農業的雜交小麥要想真正成為品種來推廣,還有很長的路要走。“我們去年已經有4個品系參加了濟南市的品種比較試驗,從目前的反饋效果來看,‘泉脈3號’表現不錯。”泉脈農業小麥育種主管關西貞說,“泉脈3號”是一款超強筋小麥,也就是大家常說的“面包小麥”,它的植株更美觀,抗病性更好,成穗數多,產量要比目前的強筋小麥高出10%以上,而且面粉更有韌勁。他們也用“泉脈3號”磨的面粉做過面包,“更軟、更有嚼勁,面包形狀保持得也更持久。”
“一般情況下,麥種要想獲得品種審定証書,進入生產經營環節,要經過4年時間。”關西貞介紹,他們的品系通過濟南市的品種比較試驗后,還要進行2年的區域試驗和1年的生產試驗,最后品種審定委員會根據小麥的綜合性狀、產量、品質等進行審核,並頒發証書。
創建“諾亞方舟”
種質資源是育種的基礎,種質資源庫則被形象地稱為“諾亞方舟”。在泉脈農業的種質庫,一袋袋的種子整齊排列,有的標注著“泉脈谷2號”“泉脈谷3號”等字樣,有的則標注著各種字母和數字的組合,每一個編號對應著一個突變群體或一個品系。
“小麥育種面臨遺傳基礎狹窄、同質化嚴重等問題,要想培育突破性小麥品種,離不開種質資源的創制、挖掘和利用。”付道林介紹,他們針對我國黃淮麥區主推的4個小麥品種,通過化學誘變已經得到了上百萬株系的突變群體,是世界規模最大的人工誘變小麥種質資源群體。
就在幾天前,付道林從東營的試驗田裡背回來上千穗小麥。他用5天時間,走遍了30畝試驗田,一行一行看,一穗一穗找。“我們在東營主要看小麥的耐鹽鹼性。正常情況下,鹽鹼地裡的小麥為了維持生命,一般不會分蘖,而且麥穗小。”讓付道林興奮的是,他這次找到了上千份分蘖成穗增加的小麥突變體。經過烘干、脫粒后,這些小麥也將被送入種質庫。
雄性不育、耐除草劑、抗病、抗凍、抗穗發芽……越建越大的小麥種質“諾亞方舟”,將為定向開發優良雜交小麥品系奠定寶貴的種源基礎。(王健 郭茂英 李洪翠)
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