小麥和冰草怎樣實現(xiàn)遠緣雜交？一人高的小黑麥,，為何成為西北和中原地區(qū)廣泛種植的飼草,、飼糧？能夠和世界一流強筋小麥媲美的中國小麥是怎樣育成的,？

廣袤平坦的黃淮海平原,，是我國最大的小麥主產(chǎn)區(qū)，種植著超過2億畝的冬小麥,。時值三夏,，這里進入了一年中最忙碌的收獲季。

在黃淮海麥區(qū)的中心地帶,，河南新鄉(xiāng)的平原上,，有一座特殊的農(nóng)場，這里是中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物科學(xué)研究所的實驗基地,，常年駐扎著許多農(nóng)業(yè)科研機構(gòu),。近日，麥收之時,，基地舉行了一場線上科技開放活動,，展示了農(nóng)業(yè)科學(xué)家們數(shù)十年育種的成果。

5月7日,，中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院新鄉(xiāng)基地,，科學(xué)家們線上介紹農(nóng)業(yè)科技進展。中國農(nóng)科院供圖

遠緣雜交,，讓草成為小麥改良的資源

35年前,，剛剛考上研究生的李立會，為自己立了一個“不可能完成”的目標,，攻克“小麥-冰草”遠緣雜交的難題,，在此之前，這個難題已經(jīng)困擾了全球育種家們半個多世紀,。

冰草是一類常見的野草,，生命力極其頑強，具有優(yōu)秀的抗旱,、抗寒,、抗病性。冰草屬的植物，是小麥的近緣野生種,，它的穗和小麥有點像,，但穗子較大、小穗,、小花更多,。

假如小麥也能具有冰草那樣頑強的生命力和高產(chǎn)能力，必然會改變小麥種植的歷史,。早在上世紀30年代,，國外就有科學(xué)家開始嘗試將兩者雜交，但一直到80年代,，半個世紀過去,，無一成功。李立會的導(dǎo)師,、著名作物種質(zhì)資源專家董玉琛院士告訴他,，兩者的雜交在國際上已經(jīng)被判了“死刑”。

35年后,，河南新鄉(xiāng)的試驗田里,，數(shù)十種小麥和冰草雜交而成的小麥材料即將成熟，用這些材料育成的新品種,，已經(jīng)有15個,，后備新品種也有39個。15個新品種中,，有高抗的品種,，如甘肅、陜西兩省審定的小麥新品種普冰151,，已經(jīng)是當(dāng)?shù)貤l銹病等病害流行和旱地麥區(qū)的主栽品種,。也有高產(chǎn)的品種，如國審新品種川麥93,，穗粒數(shù)達54.2粒,，增產(chǎn)16.7%,。做到這一切,，李立會花了三十多年。三十多年里,，李立會和他的團隊,，解決了小麥和冰草花期不同、生殖隔離,、雜交胚胎不能正常發(fā)育等諸多問題,，為小麥育種增添了多種新的種質(zhì)資源。“從遠緣雜交成功至今,，已經(jīng)有5000多種冰草的基因,，通過雜交進入了小麥中?！敝袊r(nóng)業(yè)科學(xué)院作物科學(xué)研究所所長,、中國科學(xué)院院士錢前說。

基地有1100多畝,，常年駐扎著20多個育種團隊,。中國農(nóng)科院供圖

“在小麥馴化的過程中，長期的近親繁殖,，使得小麥的遺傳相似度很高,。”李立會說,，“而小麥-冰草這樣的遠緣雜交,，引入當(dāng)前栽培小麥缺乏的關(guān)鍵優(yōu)異基因，不僅產(chǎn)量能提高,，抗逆抗病害能力也會增強,。”

5月27日舉行的線上農(nóng)科開放日活動中,，李立會在河南新鄉(xiāng)的基地中,，以視頻的形式介紹了多種“小麥-冰草遠緣雜交”的小麥材料，“比如我手邊的這種,，粒數(shù)非常高,，正常可以達到100粒以上,，千粒重可以保證在50克以上,，而且株形緊密，有利于畝穗數(shù)提高,?！?/p>

小黑麥，一人高的麥子其實是飼草

和普通的麥田中整整齊齊的麥子不同,，試驗田里的麥子長得有些凌亂,，高矮不齊、青黃相間,。其實,，在每一塊麥田中，都種植著數(shù)十上百種育種材料,，科學(xué)家們則在其中選育那些性狀優(yōu)良的材料繼續(xù)培育,，一個新品種的育成，往往需要漫長的時間來重復(fù)選育。

中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物科學(xué)研究所副研究員孟凡華的試驗田里,，種著很多近一人高的“麥子”,，這些不是普通的“麥子”，而是一種名為“小黑麥”的飼草,、飼糧多用作物,。

小黑麥是新物種，也是優(yōu)質(zhì)的飼糧,、飼草作物,。中國農(nóng)科院供圖

5月中旬，有地方用小麥做青貯飼料的消息,，引發(fā)了普遍關(guān)注,，農(nóng)業(yè)農(nóng)村部也為此下發(fā)通知，杜絕毀麥現(xiàn)象,。

小麥做青貯飼料并不經(jīng)濟,，在“麥子家族”中，小黑麥才是專門為畜牧業(yè)育成的飼草,、飼糧作物,。孟凡華介紹，小黑麥是一種非常年輕的作物,，它的發(fā)展史只有140多年,。“但它結(jié)合了小麥的高產(chǎn)和黑麥的抗寒,、耐寒,、耐瘠薄、抗三銹,、白粉病免疫等性狀,，是非常優(yōu)秀的飼糧、飼草特色作物,。每畝生物量在3噸到3.5噸,，晾干后的青干草也可以達到1噸到1.2噸?！?/p>

小黑麥在西北黃土高原,、青藏高原、沿黃河灘涂鹽堿地,、南方冬閑稻田廣泛種植,，對種養(yǎng)結(jié)合的養(yǎng)殖業(yè)有極為明顯的作用。上世紀六七十年代,，我國育成自己的小黑麥品種，數(shù)十年來，已經(jīng)成為極好的飼料原料,。

除了接近一人高的小黑麥,，試驗田中還有一米左右的矮稈小黑麥，是飼糧用的小黑麥,，孟凡華介紹,，在國外，小黑麥主要以飼糧為主,，畝產(chǎn)可以達到600公斤,，當(dāng)前，我國也在著力培育飼糧用的小黑麥,。

中國面包,，用中國的小麥

面條是否筋道，和小麥品質(zhì)有關(guān),。但實際上,，在中國小麥消費中，主要消費的是中筋小麥,，與之相對的弱筋,、強筋小麥，國內(nèi)消費量并不多,。

中筋小麥主要用于面條,、饅頭等傳統(tǒng)面食的制作，而弱筋小麥多用于釀酒等工業(yè)生產(chǎn),，強筋小麥則多用于制作面包等特種食品,。

在過去，我國弱筋,、強筋小麥生產(chǎn)不足,，品種不佳，尤其是強筋小麥,，長期依賴進口調(diào)劑,。隨著農(nóng)業(yè)科技的發(fā)展，如今,，中國自己的弱筋,、強筋品種，已經(jīng)普遍趕上國際先進水平,。

在小麥品質(zhì)與新品種選育團隊首席科學(xué)家何中虎的試驗田中,，就種植著大片國產(chǎn)強筋小麥中麥578，這是中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物科學(xué)研究所和棉花研究所合作,，歷時二十年育成的優(yōu)質(zhì)強筋小麥,，品質(zhì)優(yōu)良,、抗性好、適應(yīng)性強,。在黃河南北,、西北地區(qū)都可以種植，預(yù)計今年種植面積可達到五六百萬畝,。

何中虎所在的團隊,，有七十多年小麥育種的經(jīng)驗，最早從1946年開始,，由已故的小麥專家莊巧生建立,，七十多年來代代相傳，育成了無數(shù)全國知名的小麥品種,。

在新鄉(xiāng)的試驗田里,，今年除了種植中麥578之外，旁邊還種著它的親本冀麥22,、中麥255等,。

幾十年中，基地攻克了許多育種的難關(guān),，也為無數(shù)科研單位提供著新的育種材料,。中國農(nóng)科院供圖

何中虎介紹，中麥255是利用河南的豫麥49和澳大利亞優(yōu)質(zhì)小麥品種雜交培育而成的,。育成時間是2008年,，之后又歷經(jīng)十多年時間，再次育成中麥578這個中國自己的優(yōu)質(zhì)強筋小麥,?！爸宣?78的品質(zhì)，可以和國外的優(yōu)質(zhì)小麥相媲美,，做面包或者做優(yōu)質(zhì)面條,、餃子都很好，且產(chǎn)量高于國外,?！?/p>

中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物科學(xué)研究所研究員張勇介紹，“2021年,，河南焦作的試驗田中種植的中麥578,，創(chuàng)造了841.5公斤的高產(chǎn)紀錄。在規(guī)?；a(chǎn)中,，也可達到600公斤左右。2020年,，在河北邢臺的一個合作社中,，實收589公斤,。2021年，同一個合作社,，實收607公斤,，其中連片種植的865畝中,，達到了703公斤,。”

親近自然,，也在不斷抗衡自然

“育種是一個漫長的過程,，在無數(shù)不同的小麥材料中，選擇性狀好的材料,，不斷地組合,，不斷地選擇，經(jīng)過漫長的時間,，才有可能選育出一個好的品種,。”在中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物科學(xué)研究所研究員張學(xué)勇的試驗田中,，種植著許許多多不一樣的小麥,，這些小麥正處在選育之中，所以不能稱為品種,，在育種中,，它們通常被稱為材料。

“腳下的這些材料,，有的長得壯,，有的長得矮，都是不錯的材料,，也有的看著很高,，但實際上不太好?！睆垖W(xué)勇說,，“從種質(zhì)資源到品種，是一個金字塔形態(tài)的,，底層是無數(shù)的種質(zhì)資源,，而育成的品種則是塔尖?！?/p>

一個好的品種是怎樣的,？張學(xué)勇介紹，首先要有穩(wěn)定性,，其次要有一致性,，第三,，還要對當(dāng)?shù)仄毡榈牟∠x害有較好的抗性。

2017年,，張學(xué)勇團隊選育中麥66,，一種為河南選育的優(yōu)良品種。這是一種矮稈高抗的品種,，不但高產(chǎn),，且適合晚播。2021年秋汛致使多地冬小麥晚播,，適宜的晚播品種就格外重要,。在試驗田中，有一片2021年11月2日播種的中麥66,，和其他10月15日播種的品種,，幾乎沒有太大差別。

農(nóng)業(yè)是靠天吃飯的行業(yè),，而科技的進步,，讓人類擁有了更多與環(huán)境、與自然相處的能力,。

“比如中麥66,，它有很好的抗病性，使用農(nóng)藥較少,，籽粒中的殘留,、對地下水的污染也更小，這也是我們在育種中,，為何要一直強調(diào)抗性的原因,。”張學(xué)勇說,，“在環(huán)境友好方面,，育種中還會強調(diào)肥料使用的效果，怎樣通過加強品種利用肥料的能力,，使得人類可以減少化肥的使用,，同時又能達到高產(chǎn)的效果，這也能有效減少肥料對土壤的污染,。中麥66是一種對肥料不敏感的品種,，在缺水缺肥的時候，也能長得比較好,。事實上,，中麥66的畝產(chǎn)水平普遍可以達到1250斤到1300斤，管理特別好的時候,，可以達到1400斤,，具有很好的推廣價值,。”

一把青稞一杯酒,，農(nóng)耕文化的新與舊

中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物科學(xué)研究所研究員楊平的麥田中,，高大的麥子已經(jīng)徹底熟透了，這里種植的是大麥,，和小麥相比,，它的麥芒更長，且成熟后,，麥粒和殼仍舊緊緊連在一起,。

大麥是傳統(tǒng)的農(nóng)作物,，和小麥一樣,，起源于西亞，在漫長的歷史中傳播到世界各地,，脫粒后的大麥,，就是人們熟知的青稞，它是重要的飼糧作物,，也是釀造青稞酒,、啤酒、威士忌的主要配料,。

在全球范圍內(nèi),，大麥種植非常廣泛，楊平介紹,，全世界大麥種植面積約為7.6億畝,，每年產(chǎn)量在1.4億噸左右，其中70%是飼料,，20%用于釀酒,，5%作為糧食使用，比如我國的青藏高原地區(qū),，居民多以大麥為食,。在今天，大麥作為健康食品,，食用群體正在變得更加廣泛,，“比如北方常見的大麥茶，也是由大麥制成,。同時,，大麥中富含β-葡聚糖等多種成分，對防治高血糖,、高血壓,、高血脂等有不錯的效果,，可以作為健康食品食用?！?/p>

在新鄉(xiāng)的試驗田中,，幾乎種植著近七十年來大部分的主栽品種，有早期的農(nóng)家品種,，也有近年來育成的新品種,，還有大量正在選育中的大麥材料，“這里既是一個種質(zhì)圃,，也是大麥育種歷史沿革的一個展示區(qū),，通過了解育種歷史的演變，尋找未來的育種方向,，育成農(nóng)民需要的品種,。”

在傳統(tǒng)不斷演變的過程中,，新的育種方法,，也在改變著育種的狀態(tài)，尤其是分子育種,、智慧育種技術(shù)的進步,，使得育種的速度、效果都在快速提升,。在楊平的試驗田中,，有一片特殊的大麥材料，是科研人員通過誘變育種的技術(shù)獲得的材料,，其蛋白質(zhì)含量高出傳統(tǒng)品種40%左右,。

錢前院士：育種國家隊要做什么

種子是農(nóng)業(yè)的芯片，種業(yè)技術(shù)的進步,，是農(nóng)業(yè)發(fā)展的基礎(chǔ),，也是保障14億人糧食安全的重要前提。一組來自中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院的數(shù)據(jù)顯示,，從1978年到2018年,，40年間，中國農(nóng)業(yè)全要素生產(chǎn)增長率,，年均達到了3.26%,，其中技術(shù)進步的貢獻是78%。

小麥是我國居民的兩大口糧之一,，我國的小麥育種,，早在二十世紀上半葉就已經(jīng)開始，數(shù)十年中，一步步走到了世界的前列,，得益于一代又一代育種家們的不懈探索,。

位于北京的國家作物種質(zhì)庫中，保存著5萬多份小麥種質(zhì)資源,，而在河南新鄉(xiāng)的基地中,，20多個研究組，每年在這里進行著60多項科研任務(wù),，面向黃淮海及周邊地區(qū),，培育一個個新的品種，同時也為無數(shù)科研單位,，提供育種的材料,。

這里育成的小麥品種，在黃淮海及周邊麥區(qū)廣泛推廣種植,。中國農(nóng)科院供圖

“這就是國家隊要做的事情,。”錢前說,，“比如李立會建立的小麥-冰草遠緣雜交體系,，為豐富小麥種質(zhì)資源作出了巨大的貢獻，每年為數(shù)百家單位提供素材,。再如何中虎他們育成的中麥578，可以和國外的高檔小麥面粉相媲美,。而這些,，都是從小麥育種中的原始創(chuàng)新開始的?！?/p>

來自中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物科學(xué)研究所的資料顯示,，這片1100畝左右的新鄉(xiāng)基地，自1993年開始建設(shè),，2003年正式入駐,，是黃淮海小麥主產(chǎn)區(qū)唯一的綜合性實驗基地，近二十年來,，這里取得了國家科技進步一等獎,、國家科技發(fā)明二等獎等多個獎項?；赜闪硕鄠€系列的糧食作物新品種,，其中中麥895已成我國第三大小麥品種，強筋高產(chǎn)小麥中麥578秋播面積達到500萬畝,。

中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物科學(xué)研究所副所長王文生介紹,，基地具有科普的功能，每年面向政府、企業(yè),、種植戶及中小學(xué)開放,，會向更多人介紹育種的故事。

新京報記者周懷宗