據《科技日報》微信公眾號 11月29日報道,1998年,小麥揚花季節,在太行山下輝縣的試驗田里,茹振鋼偶然發現五六株小麥明顯異常。所有的小麥在自花授粉后穎殼都自動閉合、結籽了,而這幾株小麥的穎殼卻因為自花不育而一直張開著。這讓茹振鋼感到格外興奮!這也許就是他做夢都想找到的雜交小麥的不育系。那一年,他從這幾株異常的小麥植株上,僅僅收獲了5粒種子。然而,就是這屈指可數的5粒種子,卻要拉開改變世界的帷幕!
茹振鋼教授 文內圖片均來自科技日報公眾號
對雜交小麥的研究,國際開始于上世紀20年代,中國開始于上世紀60年代,卻遲遲未能獲得重大突破。 中國黃淮麥區,是世界上最大的一塊麥田,又高產,還優質,在這個地方用上雜交小麥,那就是話語權。中國的飯碗一定要裝上中國的糧食。機遇總是垂青有準備的人,被人稱為“麥爸”的茹振鋼,是中國小麥育種領域的重大貢獻者,他接連培育出“百農64”“矮抗58”“百農4199”等常規小麥品種,其中,“矮抗58”以其高產、優質、抗病等特性,被稱為“黃淮海第一麥”。成為中國小麥播種面積第一大品種,并在2013年度獲得了國家科技進步獎一等獎。2017年,茹振鋼和他的團隊成功培育出BNS型二系雜交小麥,填補了世界雜交小麥的空白,畝產最高達898公斤。一粒種子可以改變一個世界,茹振鋼說,“美國在玉米雜交育種上掌握了話語權,袁隆平院士在水稻雜交育種上占領了制高點,我們要在雜交小麥上搶得先機!”
雜交小麥制種純度達到99.9%以上
對雜交小麥的研究,國際開始于上世紀20年代,中國開始于上世紀60年代,卻遲遲未能獲得重大突破。當年,袁隆平大海撈針般從海南島發現了水稻的雄性敗育類型野稗,才選育出雜交水稻的不育系。但是,小麥的“野稗”在哪里?
“麥爸”茹振鋼
機遇總是垂青有準備的人,被人稱為“麥爸”的茹振鋼,是中國小麥育種領域的重大貢獻者,他接連培育出“百農64”“矮抗58”“百農4199”等常規小麥品種,其中,“矮抗58”以其高產、優質、抗病等特性,被稱為“黃淮海第一麥”。成為中國小麥播種面積第一大品種,并在2013年度獲得了國家科技進步獎一等獎。
他偶然間發現的5粒種子,拉開了我國雜交小麥研究的大幕。
1998年,小麥揚花季節,在太行山下輝縣的試驗田里,茹振鋼偶然發現五六株小麥明顯異常。所有的小麥在自花授粉后穎殼都自動閉合、結籽了,而這幾株小麥的穎殼卻因為自花不育而一直張開著。“這也許就是我做夢都想找到的小麥的‘野稗’啊!雜交小麥的不育系就在這里!”這讓茹振鋼感到格外興奮!
那一年,他從這幾株異常的小麥植株上,僅僅收獲了5粒種子。在對這些種子的繁殖、試驗中,他發現長在溫室中間的小麥植株不育率低,邊緣的不育率高。他意識到,控制育性的基因對溫度敏感,溫度低則不育率高。
那么,是不是可以利用成熟期不同的多個品種,分別與不育株系雜交,從而培育出多個不育株系?
之后再經過7年的不斷探索、試驗,2004年,茹振鋼終于從繁雜的后代中選育出了一系列對光溫敏感的不育系,把“半不育”變成了100%不育系,“啃掉”了雜交小麥研究中“最硬的那塊骨頭”。
2017年6月,通過驗收的一項河南省重大科技專項研究,宣告我國在雜交小麥優異親本創育、強優勢組合配制和規模化高效制種等一系列關鍵技術領域獲重大突破。其中,創制出的百強1201、雜優2號和THW09-1等3個BNS型雜交小麥強優勢組合,較常規對照種增產15%—20%,平均畝產852.5公斤,攻關田畝產達898公斤。
“利用我們的成套技術,可使雜交小麥制種純度達到99.9%以上。”茹振鋼說,“現已選育出8個不育系、16個恢復系,可以根據不同麥區親本需求,創制出多個強優勢組合。”
這就意味著,我們可以做到需要優質小麥就配制優質小麥品種,需要大穗的就配制大穗的,需要多穗的就配制多穗的。這不僅在小麥主產區有極高的應用價值,而且可影響到其他區域的重要研究成果。
在世界三大重要糧食作物中,小麥也可以大面積實現雜種優勢利用了!
雜交水稻技術
中國處于世界領先地位
在我國的雜交水稻試驗田里,至今仍能看到一位老人的身影,他就是袁隆平。
1970年,袁隆平及助手在海南找到一株雄花敗育株,發現其對野稗不育株有保持能力。隨后便在1972年率先育成我國第一個實用水稻雄性不育系及保持系“二九南1號”。1973年,協作組又找到水稻雄性不育恢復系,至此,三系配套難關全部攻克,一舉奠定雜交稻從理論到現實的基礎。隨后三系雜交稻開始在全國大面積推廣,比常規稻平均每畝增產20%左右。
三系雜交水稻的成功,舉世歡呼,但袁隆平沒有驕傲。1987年,兩系法研究被列為國家863計劃項目,袁隆平出任責任專家,領導全國16個單位開展協作攻關。
任何研究的突破,總是一波三折,兩系法的研究同樣如此。1989年夏,氣溫遭遇了歷史上不同尋常的連續低溫,這對兩系法在田間的實驗,是一個致命打擊,因為兩系法雜交水稻對溫度特敏感。此時,袁隆平沉著冷靜,查找資料,分析問題,仔細思考,終于撥開云霧,提出了解決辦法。1995年,兩系法雜交水稻大面積生產應用,到2000年全國累計推廣面積達5000萬畝,平均產量比三系增長5%-10%,續寫了“東方魔稻”的新篇章。
當全國農業界還在為兩系法興奮不已之時,袁隆平又提出了更高的奮斗目標———研究超級雜交稻,這是水稻育種的“第三次革命”。1996年,我國啟動了“中國超級稻研究計劃”。
經過多年攻關,2000年,超級雜交稻達到農業部制定的第一期目標,實現百畝示范片畝產700公斤以上;2004年,實現百畝示范片畝產800公斤的第二期目標;百畝示范片畝產900公斤的第三期目標也將在2010年提前實現。
2017年金秋,超級稻品種“湘兩優900”河北百畝示范片達到平均畝產1149.02公斤,即每公頃17.2噸,創造了當時世界水稻單產的最高紀錄。如今,兼有“三系法”育性穩定和“兩系法”配組自由等優點的第三代雜交水稻育種技術,我國繼續保持世界領先地位。
今天,中國雜交水稻走出國門,正為全球特別是發展中國家的缺糧問題發揮作用。至今,已有東南亞、南亞、南美、非洲等多個國家和地區研究或引種,增產效益十分顯著,被世界譽為“中國第五大發明”。
科學育種領域,中國成果不斷
在農業生產發展中,種子技術是最核心、最基礎、最重要的關鍵技術。和傳統的常規育種技術相比,生物育種的優勢毋庸置疑。生物育種技術和常規育種技術相結合,可以快速突破技術瓶頸,逐步逼近農作物的理論潛力產量,是有效解決糧食高產問題的重要技術方法。
2006年,國家863計劃“優質超高產農作物新品種培育”重大專項超額完成預期目標和任務。該專項的實施,使我國農作物新品種培育在多個方面取得了重大進展。
2009年,國家明確把生物育種作為戰略性新興產業提出。更加突顯了農業生物技術的重要地位。
2015年,《國家南繁科研育種基地(海南)建設規劃(2015—2025年)》出臺,劃定26.8萬畝科研育種保護區。南繁基地建設自此成為國家戰略工程。
2018年9月2日,云南省紅河哈尼族彝族自治州“超級雜交水稻個舊示范基地”創下百畝片平均畝產水稻1152.3公斤的紀錄,再創新高。
近年來,我國在農作物品種培育方面突破不斷。“水稻高產優質性狀形成的分子機理及品種設計”項目榮獲2017年度國家自然科學一等獎,該項目圍繞“水稻理想株型與品質形成的分子機理”這一核心科學問題,鑒定、創制和利用水稻資源,實現了“綠色革命”新突破;袁隆平院士領銜的“袁隆平雜交水稻創新團隊”榮獲2017年度國家科學技術進步獎——創新團隊獎;中國科學院亞熱帶農業生態研究所運用突變體誘導、野生稻遠緣雜交、分子標記定向選育等一系列育種新技術,培育出超高產優質“巨型稻”;四川農業大學揭示了抗病遺傳基因位點Bsr-d1抗譜廣、抗性久、對水稻產量性狀無明顯影響等特征,為糧食作物相關抗病和應用研究提供理論基礎。
插上創新的翅膀,中國農業向現代農業轉型升級,從拼資源、拼投入轉向拼科技、拼研發。農業部數據顯示,農業科技進步貢獻率上升至56%。
從茹振鋼的“種子夢”到袁隆平的“禾下乘涼夢”,千千萬萬中國人的科學夢、發明夢、創業夢,已成為推進全面小康的勃勃脈動。
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