编码中心
欢迎来稿
当前位置首页 > 科技新闻 > 正文

制种纯度达99.9%!我国赢得杂交小麦话语权

2017-08-11 09:07 来源:科技日报

  在世界三大重要粮食作物中,小麦也可以大面积实现杂种优势利用了!

  “利用我们的成套技术,可使杂交小麦制种纯度达到99.9%以上。”今年6月通过验收的一项河南省重大科技专项研究,宣告我国在杂交小麦优异亲本创育、强优势组合配制和规模化高效制种等一系列关键技术领域获重大突破。

  该项目主持人、河南科技学院小麦中心主任、省杂交小麦工程技术研究中心主任茹振钢教授说:“现已选育出8个不育系、16个恢复系,可以根据不同麦区亲本需求,创制出多个强优势组合。”

  几株异常小麦,选育出杂交小麦不育系

  在世界三大粮食作物中,美国最早育成杂交玉米,我国袁隆平率先育成杂交水稻。对杂交小麦的研究,国际开始于上世纪20年代,中国开始于上世纪60年代,却迟迟未能获得重大突破。

  从事小麦研究30多年,茹振钢曾培育出“百农64”“矮抗58”“百农4199”等常规小麦品种。其中,“矮抗58”以其高产、优质、抗病等特性,成为中国小麦播种面积第一大品种,获2013年度国家科技进步奖一等奖。而最让他魂牵梦绕的,还是在杂交小麦育种上为中国赢得话语权!

  然而,要破解这道“世界难题”+“世纪难题”并非易事——

  这主要有两方面的原因。一是父本母本基因越纯合,杂交优势越强。玉米、水稻的基因都是单一来源,是二倍染色体植物,容易纯合;小麦基因则有三个来源,是由原始小麦与两种草在上万年进化中自然杂交而成的六倍染色体,纯合难度无法想象。第二个原因,小麦和水稻一样都是雌雄同蕊,培育杂交优势品种,首先需要让母本不再自我授粉结实、“近亲结婚”;然后再给这些“靓妹”找到理想的“帅哥”。这就需要找到雄性不育系,让植株只具备“女性”性征。当年,袁隆平大海捞针般从海南岛发现了水稻的雄性败育类型野稗,才选育出杂交水稻的不育系。但是,小麦的“野稗”在哪里?

  机遇总是垂青有准备的人!1998年,小麦扬花季节,在太行山下辉县的试验田里,茹振钢偶然发现五六株小麦明显异常。所有的小麦在自花授粉后颖壳都自动闭合、结籽了,而这几株小麦的颖壳却因为自花不育而一直张开着。“这也许就是我做梦都想找到的小麦的‘野稗’啊!杂交小麦的不育系就在这里!”这让茹振钢感到格外兴奋!

  那一年,他从这几株异常的小麦植株上,仅仅收获了5粒种子。然而,就是这屈指可数的5粒种子,却要拉开改变世界的帷幕!

  在对这些种子的繁殖、试验中,他发现长在温室中间的小麦植株不育率低,边缘的不育率高。他意识到,控制育性的基因对温度敏感,温度低则不育率高。

  那么,是不是可以利用成熟期不同的多个品种,分别与不育株系杂交,从而培育出多个不育株系?

  按照这样的科学设想,经过7年的不断探索、试验,2004年,茹振钢终于从繁杂的后代中选育出了一系列对光温敏感的不育系,把“半不育”变成了100%不育系(BNS),“啃掉”了杂交小麦研究中“最硬的那块骨头”。

  全球“海选”恢复系,创制强优势组合

  茹振钢培育出杂交小麦不育系的消息不胫而走,一直关注着杂交小麦研究的中科院遗传发育所研究员王斌、中国农业大学校长孙其信教授抱着极大兴趣,前去新乡实地考察。

  从2004年到2006年,在小麦生长的每一个关键时刻,两位专家都同茹振钢一起,走进实验室,走进大田。年复一年近似苛刻的观察、质疑,他们最终认可了茹振钢的研究在黄淮麦区巨大的潜在价值。但是,在其它麦区也能适应吗?

  在两位专家建议下,2006年10月4日,一个由河南科技学院与中国农大共同主持,山东农大、西北农大、河北农科院、湖南农大、四川农科院等单位顶级专家参与的联合攻关协议签订了。协议明确提出了一个为期10年、两个阶段的研究任务。就是利用茹振钢发明的小麦雄性不育育性转换系BNS新材料,在前5年主要研究BNS育性转换的生态区域及杂交小麦强势组合选配,后5年主要研究不育基因转育与杂交小麦成套推广技术。联合攻关组为此在河南、河北、山东、安徽、新疆建立了BNS型杂交小麦百亩高产示范基地11个,累计示范5000余亩。

  在联合攻关期间,杂交小麦研究又先后被列入国家973计划和河南省重大科技专项,令人振奋的消息也不断传来!

  BNS不育系无论是在黄淮麦区,还是在西南麦区、长江中下游麦区,都表现出低温完全不育,超过13摄氏度完全可育。更有科研意义的是,经过各地试配,找到了恢复力强的恢复系,尤其是山东农大高庆荣教授培育出的SN055525, 穗子大、茎秆坚韧、恢复性强,是直接可以利用的恢复源。在此基础上,他们跨越地缘,北至俄罗斯,南至智利,从海选到的200多个国内外优良小麦品种中,选择出杂交小麦亲本,“巧结良缘”。这些远缘的小麦杂交,创制出百强1201、杂优2号和THW09-1等3个BNS型杂交小麦强优势组合,较常规对照种增产15%—20%,平均亩产852.5公斤,攻关田亩产达898公斤。其中2个杂交小麦新品种百强1201和THW09-1,已分别参加河南省预备试验和黄淮北片国家预备试验。

  茹振钢说,目前他们已选出8个不育系、16个恢复系。这些不育系与恢复系可随意配对,产生多个组合,需要优质小麦就配制优质小麦品种,需要大穗的就配制大穗的,需要多穗的就配制多穗的。孙其信表示,这是一项不仅在小麦主产区有极高的应用价值,而且可影响到其他区域的重要研究成果。

  独创制种技术,杂交小麦走向“高铁时代”

  两系法杂交小麦研究成功了,但如何生产出更多的杂交种,快速走向大田生产,仍有两大难题摆在茹振钢面前——

  当时的制种产量已达316公斤/亩,但相对于日益提高的劳动力成本,产量仍然显得过低。这成了制约杂交小麦推广的一个瓶颈。此外,如何建立配套的两系杂交小麦防杂保纯技术和种子纯度快速检验技术,也是杂交小麦走向生产的必要条件。

  最初,茹振钢按两行母本、一行父本的方法指导农民制种,但农民们嫌用工多,效益低;他又研究改进为父本母本按7∶3比例播种,但父本授粉后需要人工割除,劳动仍显繁杂。

  面对实际操作中的困难,茹振钢两道难题一起解,独创制种技术,让杂交小麦育种走向“高铁时代”!

  他发现了一种可以在父本授粉后自然死亡的“致死基因”,发明了专一性的基因调控剂来“弑父济母”。把这种基因引入父本后,再按8.5∶1.5比例,把母本父本充分掺匀,像大田生产一样混播。授粉后,喷洒这种基因调控剂,致敏感的父本枯萎。不仅再也不需要人工割除父本,减轻了劳动量;而且保证了种子纯度;还腾出空间,让有限的肥力集中供给母本生长,使制种产量从300多公斤提高到450公斤左右。

  “现在,我们相当于掌握了杂交小麦的一个个‘元件’,根据需要把‘元件’组装起来,就能育出理想的优势小麦品种了!”茹振钢兴奋地说,“强优势BNS型杂交小麦组配与规模化高效制种技术研究”的成果,将把“工厂化”育种、制种变成现实,快速培育出一系列优良的杂交小麦品种!

  去年10月,科技部又将“小麦杂种优势利用技术与强优势杂交种创制”列入“十三五”国家重点研发计划,予以支持。

(责任编辑:王蔚)

热点推荐

SpaceX今年第7次发射  共向国际空间站运2.63吨物资

SpaceX今年第7次发射 共向国际空间站运2.63吨物资

据国外媒体报道,美国当地时间4月2日,SpaceX已成...

携手世界 为破解人类科学难题贡献中国智慧

携手世界 为破解人类科学难题贡献中国智慧

在蔚蓝的大海中,国际大洋钻探计划正在钻探地球的...

苹果允许用户彻底删除ID 重隐私者得天下

苹果允许用户彻底删除ID 重隐私者得天下

北京时间3月30日,据彭博社报道,苹果公司表示将在...

eSIM时代,运营商的末日还是新生

eSIM时代,运营商的末日还是新生

自近日中国联通宣布在国内首发Apple Watch Series ...

首枚会变色的“心脏芯片”问世

首枚会变色的“心脏芯片”问世

东南大学生物医学工程学院生物电子学国家重点实验...

“科学”号调查麦哲伦海山

“科学”号调查麦哲伦海山

海山是世界海洋生物多样性研究的热点地区。在国家...

别了,“天宫” 你是永远的“一号”

别了,“天宫” 你是永远的“一号”

2011年9月29日,你乘坐长征二号F运载火箭离我们而...