攻坚杂交小麦难题，先正达取得新突破

      在三大主粮中，杂交水稻和杂交玉米都成功实现产业化，但对杂交小麦的育种和推广已走过约一个世纪，迟迟未取得重大进展。

      长期以来，杂交小麦推广之路受制于高昂的制种成本。日前，先正达集团科学家在《自然-生物技术》杂志（Nature Biotechnology）发表论文，首次公开“一步胞质不育系转育技术”。论文发表后引发业界和媒体关注。评论认为，这项成果大大加速了育种进程，有望一举破解杂交小麦推广瓶颈。

      这项技术的核心研究成员之一一——先正达集团北京创新中心科学家吕建博士在接受本报采访时表示，把杂交小麦推向市场是一代代育种家的梦想，同样也是先正达的梦想。先正达计划在未来三到五年内，实现杂交小麦商业化种植。

杂交小麦为何难推开？

      利用农作物的杂种优势提高产量、品质和抗逆性，是现代农业核心科技之一。所谓杂交种，即通过杂交两个亲本得到的后代种子。“杂交种充分利用了杂种优势效应，可以提高生长势，增强病虫害抗性和提高产量。”吕建介绍。

      杂交玉米、杂交水稻相继成功实现产业化。尤其是后者，以袁隆平为代表的一批科学家历时数十年，让中国杂交稻技术领跑世界，为保障中国乃至全球粮食安全做出巨大贡献。

      但是，迄今为止，与水稻和玉米相比，小麦杂种利用却在全世界均未获得预期突破。对杂交小麦的研究，国际上开始于上世纪20年代，中国开始于上世纪60年代。

      事实上，对杂交小麦品种的开发一直未停止，近些年陆续有新品种上市。“现有杂交小麦制种流程有个很大的瓶颈，就是制种成本很高，成为影响杂交小麦推广的主要障碍之一。”吕建说，粗略统计，生产一亩杂交小麦品种的成本，是一亩杂交玉米或杂交水稻成本的10倍左右。

      除了成本，在科研界，对杂交小麦的研究还存在一个困惑点：小麦究竟有没有杂种优势？换言之，与杂交水稻、杂交玉米带来产量、抗逆性上的飞跃相比，现有杂交小麦品种似乎表现并不优异。

      果真是这样吗？“从我们的研究和同行发表的论文成果看，杂交小麦可以实现增产10%-20%，比较好的组合甚至增产25%。”吕建认为， 通过优化组合，杂交小麦的潜力不比其它杂交作物低。

      中国年产小麦大约是1.2亿吨，而年消耗量在1.1亿吨。毋庸置疑，利用小麦的杂交优势进一步提升产量，对于粮食安全意义重大。

育种界的瓶颈难题

      杂交小麦的研发和推广之路，受限于昂贵的育种成本上。而这，根源于小麦与水稻、玉米不同的物种特性。

      杂交品种是父本“帅哥”和母本“靓女”优势结合的产物。小麦和水稻一样，都属于雌雄同花，严格自交授粉。而要培育出杂交品种，就不能让这些母本自生自育“近亲结婚”，因此需要找到雄性不育系材料，让植株只具备“女性”特征，再与父本结合。

      杂交水稻和杂交玉米都可以选育出成本可控的雄性不育系，但杂交小麦却没那么容易。

      “水稻和玉米是二倍体，同样的基因一般只有2个拷贝。而小麦则是六倍体，同样的基因会有6个拷贝，所以小麦的种质创新相对比较费劲，育种周期很长，难度也很高。”中国水稻研究所水稻生物学国家重点实验室副主任王克剑解释。

      以三系小麦杂交育种技术为例，传统方法是将现有不育系材料同可育品种材料进行杂交，再进行5~7代的回交。显而易见，这种方法需要多年多代的杂交选育，既耗时又浪费资源，育种成本很高。

“一步到位”胞质不育系转育

      传统的杂交育种方法耗时费力，有没有更高效的育种路径？

     “我们开发了一步胞质不育系转育技术。这是基于父本单倍体技术，将不育系开发成父本单倍体诱导系，将待转育的材料诱导父本单倍体，再利用单倍体加倍技术实现胞质不育系的一步转育。”吕建说。

      这个技术的关键，是将父本单倍体诱导技术应用到小麦上，实现快速育种，但操作起来有待克服诸多难关。

      首先，可用于父本单倍体诱导的基因很少，目前公开报道的只有两个，即玉米ig1和拟南芥CenH3。

      吕建的团队将小麦ig1进行基因敲除，发现并不能诱导父本单倍体。而针对拟南芥CenH3基因，全球众多科学家经过多年努力，都没能在作物上重复拟南芥上的成功。

      通过大胆创新、缜密设计和团队通力合作，吕建与Tim Kelliher等先正达全球种业科学家一起，最终实现了7%的父本单倍体诱导率。

      这是技术上的重要突破。“7%的诱导率是首次在小麦上成功实现，这个效率在商业上具有可操作性。”先正达北京创新中心总裁张蓓在接受采访时说。

      传统方法需要多年多代的杂交选育，而先正达集团实现了一步到位胞质不育系转育，耗费的时间和成本都极大降低。据估算，依托这项技术，每年预期就能节省800万-4000万美金。

      “他们这项成果最大的亮点是可以快速实现不育系的创制，大大加速杂交小麦品种选育的进程，更快捷更省事，促进杂交小麦在更大范围的利用和推广。”王克剑说。

      困扰科学界的杂交小麦育种成本难题出现新的解决方案。未来，先正达集团通过持续不断的种质创新和技术创新，加速推动杂交小麦规模化种植时代的到来。

编辑：江华

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