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“我想試一試,做不通,入學(xué)后就換題目?！崩盍?huì)的執(zhí)著說服了老師,隨后他帶領(lǐng)兩名助手在試驗(yàn)田開始研究。

冰草屬植物是小麥的近緣野生種,具有多小穗、多小花的大穗特性,此外還具有極強(qiáng)的抗寒、抗旱性,對多種小麥病害表現(xiàn)出高度免疫性,被認(rèn)為是小麥改良的最佳外源優(yōu)異基因供體之一。

“冰草和小麥外形上看上去相似,實(shí)際上親緣關(guān)系很遠(yuǎn),雜交起來非常困難?！崩盍?huì)告訴記者。

上世紀(jì)30年代開始,一些國家的學(xué)者希望解決這一難題,但直到80年代都未能成功。國際小麥研究界普遍認(rèn)為：“小麥-冰草”遠(yuǎn)緣雜交是條死胡同。

“小麥-冰草”遠(yuǎn)緣雜交有哪些挑戰(zhàn)？李立會(huì)舉例說,比如,小麥通常5月下旬成熟,而冰草生長在高緯度地區(qū),此時(shí)才剛開花,讓兩者雜交,首先要把花期調(diào)節(jié)到同一時(shí)期。其次,還需要解決“小麥-冰草”授粉受精中的生殖隔離問題。即便授粉成功,胚也不能正常發(fā)育,還需要開發(fā)一套幼胚拯救技術(shù)才能獲得雜種植株。

小麥?zhǔn)亲钪匾募Z食作物之一,占世界作物種植面積的1/5,是全球40%人口的主要食糧。過去,改進(jìn)小麥品種、提高產(chǎn)量主要依靠現(xiàn)有推廣品種之間的雜交來實(shí)現(xiàn)。然而,長期品種間雜交及對少數(shù)骨干親本的大量應(yīng)用,造成遺傳變異范圍縮小,品種抗原日趨單一,小麥育種進(jìn)入瓶頸期。

“小麥品種長期近親繁殖,遺傳相似度很高。通過遠(yuǎn)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(huì)增強(qiáng)?！崩盍?huì)表示,通過遠(yuǎn)緣雜交將冰草優(yōu)異基因?qū)胄←?是一項(xiàng)意義重大的工作。

李立會(huì)帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì),歷時(shí)30多年,創(chuàng)建了一套小麥遠(yuǎn)緣雜交新技術(shù)體系。通過幼齡授粉、幼胚拯救、幼穗體細(xì)胞培養(yǎng)、高頻率誘導(dǎo)異源易位、特異分子標(biāo)記開發(fā)技術(shù)等一系列創(chuàng)新,攻克了“小麥-冰草”遠(yuǎn)緣雜交難題,實(shí)現(xiàn)了小麥育種上利用冰草屬外源優(yōu)異基因從“0”到“1”的重要突破。

小麥高產(chǎn)育種有了基因?qū)殠?解決了我國突破性高產(chǎn)小麥種質(zhì)匱乏問題

李立會(huì)團(tuán)隊(duì)的工作大體上分為四個(gè)階段。第一階段為1988年到1990年,首次證明了“小麥-冰草”遠(yuǎn)緣雜交是可行的；第二階段從1990年到2005年,主要是創(chuàng)制一系列“小麥-冰草”的基礎(chǔ)材料；第三階段是2005年到2015年,進(jìn)一步完成大量遺傳學(xué)研究；2015年至今,團(tuán)隊(duì)一方面做優(yōu)異種質(zhì)資源的全基因組學(xué)測序工作,一方面推動(dòng)創(chuàng)新種質(zhì)的有效利用與新品種選育,讓科研成果盡快應(yīng)用于生產(chǎn)實(shí)踐。

“隨著我們團(tuán)隊(duì)對冰草P基因組測序和‘小麥-冰草’創(chuàng)新種質(zhì)測序工作的完成,相當(dāng)于為小麥育種建立了一座巨大的基因?qū)殠??！崩盍?huì)解釋,這項(xiàng)工作不僅從理論上證實(shí)了“小麥-冰草”遠(yuǎn)緣雜交創(chuàng)新種質(zhì)的優(yōu)良性能,還大大拓寬了小麥育種的基因源基礎(chǔ)。

據(jù)了解,該團(tuán)隊(duì)創(chuàng)制出的“小麥-冰草”新品系具有多花多實(shí)的高產(chǎn)特性,比小麥主栽品種增產(chǎn)可以超過10%,解決了我國突破性高產(chǎn)小麥種質(zhì)匱乏問題。特別是發(fā)現(xiàn)了“多粒-高千粒重-有效分蘗”優(yōu)異基因簇,解決了小麥傳統(tǒng)育種中產(chǎn)量三要素(畝穗數(shù)、穗粒數(shù)和千粒重)難以同時(shí)選擇的問題。同時(shí),“小麥-冰草”創(chuàng)新種質(zhì)對白粉、條銹、葉銹菌等病害具有廣譜抗性,為培育持久抗性且兼具多種病害抗性新品種提供了強(qiáng)力支撐。

“小麥-冰草”新種質(zhì)向科學(xué)界共享。目前,“小麥-冰草”衍生系創(chuàng)新種質(zhì)應(yīng)用到全國100多個(gè)育種單位,已培育新品種15個(gè)、后備新品種39個(gè)。其中,甘肅、陜西兩省審定的小麥新品種普冰151,已成為當(dāng)?shù)貤l銹病等病害流行和旱地麥區(qū)的主栽品種,實(shí)現(xiàn)了多抗育種新突破?？茖W(xué)家培育出的國審新品種川麥93,穗粒數(shù)達(dá)54.2粒,增產(chǎn)16.7%,顯著高于3%的國家審定標(biāo)準(zhǔn)。

業(yè)內(nèi)專家表示,培育高產(chǎn)、抗病、抗逆小麥新種質(zhì)是實(shí)現(xiàn)綠色增產(chǎn)技術(shù)最有效和經(jīng)濟(jì)的途徑,可以減少農(nóng)藥施用量,提高全生育期抵御各種自然災(zāi)害能力,對保障和穩(wěn)定我國小麥的安全生產(chǎn)具有重要意義。

“‘小麥-冰草’創(chuàng)新種質(zhì)的利用空間很大,一些潛力有待深入挖掘。”李立會(huì)說,團(tuán)隊(duì)從新鄉(xiāng)基地收獲材料中,篩選出強(qiáng)筋類型普冰新種質(zhì)12個(gè),這些新品系的蛋白質(zhì)含量高,適合制作高檔面包,具有很高的市場價(jià)值。

“從種質(zhì)創(chuàng)新到有效利用,雖然時(shí)間通常比較長,但影響深遠(yuǎn)。我們期待‘小麥-冰草’遠(yuǎn)緣雜交研究將推動(dòng)小麥育種取得新突破?！崩盍?huì)說。

做種質(zhì)創(chuàng)新來不得半點(diǎn)虛假,要持之以恒,敢于嘗試,不斷探索

“我們的工作都是在實(shí)驗(yàn)室、試驗(yàn)田一步步試錯(cuò)中摸索出來的。”回顧30多年育種生涯,李立會(huì)表示,持之以恒是關(guān)鍵。同時(shí)還要敢于嘗試,不斷探索。“如果僅僅依靠教科書的結(jié)論,就不可能嘗試做成功‘小麥-冰草’遠(yuǎn)緣雜交。”

“李老師是實(shí)干家,教導(dǎo)我們做種質(zhì)創(chuàng)新來不得半點(diǎn)虛假?！崩盍?huì)團(tuán)隊(duì)成員、中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物科學(xué)研究所研究員張錦鵬說,李老師對試驗(yàn)基地的小麥非常熟悉,每個(gè)材料種在哪里、有什么特點(diǎn)都印在他腦子里。

在李立會(huì)的多年探索過程中,他很感念導(dǎo)師董玉琛以及著名小麥遺傳育種學(xué)家李振聲的幫助。1988年,聽到李立會(huì)在試驗(yàn)田的研究有了進(jìn)展,董玉琛興奮地跑到地里,冒著烈日和他一起到田間工作。1990年,以李立會(huì)為第一作者的論文發(fā)表在《中國科學(xué)》期刊,前期董玉琛改了13稿。

李振聲是李立會(huì)碩士和博士生論文的答辯老師。他對“小麥-冰草”遠(yuǎn)緣雜交工作十分關(guān)心,曾多次去試驗(yàn)田指導(dǎo)。李振聲每次走到田間,都像農(nóng)民一樣,熟練撥開麥子,搓出麥粒,放在手掌心數(shù)一數(shù)有多少粒。

“李先生的鼓勵(lì)給了我們堅(jiān)持下去的信念?！倍嗄旰?李立會(huì)依舊清晰記得李振聲的教誨：“對遠(yuǎn)緣雜交研究來說,科學(xué)發(fā)現(xiàn)只是一小步。在平地蓋一層平房,它的高度顯示不出來,只有繼續(xù)推動(dòng)應(yīng)用,在平房上再建一層,這樣的研究工作才真正有價(jià)值。”

遠(yuǎn)緣雜交研究是個(gè)苦差事,除了要經(jīng)得起漫長的周期等待,還要長年累月在田間播種、觀察記錄、選種,烈日暴曬、蚊蟲相伴更是家常便飯。但對李立會(huì)來說,每年5、6月份,在新鄉(xiāng)基地是他一年中最快樂的一段時(shí)間。

“做遠(yuǎn)緣雜交工作,熱愛才能堅(jiān)持。李老師帶我們下地,指導(dǎo)如何觀察選擇,通過言傳身教影響著我們?！敝袊r(nóng)業(yè)科學(xué)院作物科學(xué)研究所副研究員周升輝說,2016年加入李立會(huì)團(tuán)隊(duì),如今自己已經(jīng)學(xué)會(huì)享受小麥種質(zhì)創(chuàng)新的樂趣。

張錦鵬告訴記者,做遠(yuǎn)緣雜交工作不容易出成果。寫論文,僅收集數(shù)據(jù)一般就需要至少花費(fèi)5年時(shí)間,沒有一點(diǎn)執(zhí)著和熱情,“小麥-冰草”遠(yuǎn)緣雜交研究很難延續(xù)30多年。

“要想打贏種業(yè)翻身仗,必須要有突破性的種質(zhì)資源?！崩盍?huì)說,我們著眼的是當(dāng)前,解決的是未來的問題。希望“小麥-冰草”創(chuàng)新種質(zhì)盡快分發(fā)到育種家手里,培育出高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)小麥新品種。