农业科研国家队让草成为小麦改良的资源

小麦和冰草怎样实现远缘杂交？一人高的小黑麦，为何成为西北和中原地区广泛种植的饲草、饲粮？能够和世界一流强筋小麦媲美的中国小麦是怎样育成的？

　　广袤平坦的黄淮海平原，是我国最大的小麦主产区，种植着超过2亿亩的冬小麦。时值三夏，这里进入了一年中最忙碌的收获季。

　　在黄淮海麦区的中心地带，河南新乡的平原上，有一座特殊的农场，这里是中国农业科学院作物科学研究所的实验基地，常年驻扎着许多农业科研机构。近日，麦收之时，基地举行了一场线上科技开放活动，展示了农业科学家们数十年育种的成果。

5月7日，中国农业科学院新乡基地，科学家们线上介绍农业科技进展。中国农科院供图

　　远缘杂交，让草成为小麦改良的资源

　　35年前，刚刚考上研究生的李立会，为自己立了一个“不可能完成”的目标，攻克“小麦-冰草”远缘杂交的难题，在此之前，这个难题已经困扰了全球育种家们半个多世纪。

　　冰草是一类常见的野草，生命力极其顽强，具有优秀的抗旱、抗寒、抗病性。冰草属的植物，是小麦的近缘野生种，它的穗和小麦有点像，但穗子较大、小穗、小花更多。

　　假如小麦也能具有冰草那样顽强的生命力和高产能力，必然会改变小麦种植的历史。早在上世纪30年代，国外就有科学家开始尝试将两者杂交，但一直到80年代，半个世纪过去，无一成功。李立会的导师、著名作物种质资源专家董玉琛院士告诉他，两者的杂交在国际上已经被判了“死刑”。

　　35年后，河南新乡的试验田里，数十种小麦和冰草杂交而成的小麦材料即将成熟，用这些材料育成的新品种，已经有15个，后备新品种也有39个。15个新品种中，有高抗的品种，如甘肃、陕西两省审定的小麦新品种普冰151，已经是当地条锈病等病害流行和旱地麦区的主栽品种。也有高产的品种，如国审新品种川麦93，穗粒数达54.2粒，增产16.7%。做到这一切，李立会花了三十多年。三十多年里，李立会和他的团队，解决了小麦和冰草花期不同、生殖隔离、杂交胚胎不能正常发育等诸多问题，为小麦育种增添了多种新的种质资源。“从远缘杂交成功至今，已经有5000多种冰草的基因，通过杂交进入了小麦中。”中国农业科学院作物科学研究所所长、中国科学院院士钱前说。

基地有1100多亩，常年驻扎着20多个育种团队。中国农科院供图

　　“在小麦驯化的过程中，长期的近亲繁殖，使得小麦的遗传相似度很高。”李立会说，“而小麦-冰草这样的远缘杂交，引入当前栽培小麦缺乏的关键优异基因，不仅产量能提高，抗逆抗病害能力也会增强。”

　　5月27日举行的线上农科开放日活动中，李立会在河南新乡的基地中，以视频的形式介绍了多种“小麦-冰草远缘杂交”的小麦材料，“比如我手边的这种，粒数非常高，正常可以达到100粒以上，千粒重可以保证在50克以上，而且株形紧密，有利于亩穗数提高。”

　　小黑麦，一人高的麦子其实是饲草

　　和普通的麦田中整整齐齐的麦子不同，试验田里的麦子长得有些凌乱，高矮不齐、青黄相间。其实，在每一块麦田中，都种植着数十上百种育种材料，科学家们则在其中选育那些性状优良的材料继续培育，一个新品种的育成，往往需要漫长的时间来重复选育。

　　中国农业科学院作物科学研究所副研究员孟凡华的试验田里，种着很多近一人高的“麦子”，这些不是普通的“麦子”，而是一种名为“小黑麦”的饲草、饲粮多用作物。

小黑麦是新物种，也是优质的饲粮、饲草作物。中国农科院供图

　　5月中旬，有地方用小麦做青贮饲料的消息，引发了普遍关注，农业农村部也为此下发通知，杜绝毁麦现象。

　　小麦做青贮饲料并不经济，在“麦子家族”中，小黑麦才是专门为畜牧业育成的饲草、饲粮作物。孟凡华介绍，小黑麦是一种非常年轻的作物，它的发展史只有140多年。“但它结合了小麦的高产和黑麦的抗寒、耐寒、耐瘠薄、抗三锈、白粉病免疫等性状，是非常优秀的饲粮、饲草特色作物。每亩生物量在3吨到3.5吨，晾干后的青干草也可以达到1吨到1.2吨。”

　　小黑麦在西北黄土高原、青藏高原、沿黄河滩涂盐碱地、南方冬闲稻田广泛种植，对种养结合的养殖业有极为明显的作用。上世纪六七十年代，我国育成自己的小黑麦品种，数十年来，已经成为极好的饲料原料。

　　除了接近一人高的小黑麦，试验田中还有一米左右的矮秆小黑麦，是饲粮用的小黑麦，孟凡华介绍，在国外，小黑麦主要以饲粮为主，亩产可以达到600公斤，当前，我国也在着力培育饲粮用的小黑麦。

　　中国面包，用中国的小麦

　　面条是否筋道，和小麦品质有关。但实际上，在中国小麦消费中，主要消费的是中筋小麦，与之相对的弱筋、强筋小麦，国内消费量并不多。

　　中筋小麦主要用于面条、馒头等传统面食的制作，而弱筋小麦多用于酿酒等工业生产，强筋小麦则多用于制作面包等特种食品。

　　在过去，我国弱筋、强筋小麦生产不足，品种不佳，尤其是强筋小麦，长期依赖进口调剂。随着农业科技的发展，如今，中国自己的弱筋、强筋品种，已经普遍赶上国际先进水平。

　　在小麦品质与新品种选育团队首席科学家何中虎的试验田中，就种植着大片国产强筋小麦中麦578，这是中国农业科学院作物科学研究所和棉花研究所合作，历时二十年育成的优质强筋小麦，品质优良、抗性好、适应性强。在黄河南北、西北地区都可以种植，预计今年种植面积可达到五六百万亩。

　　何中虎所在的团队，有七十多年小麦育种的经验，最早从1946年开始，由已故的小麦专家庄巧生建立，七十多年来代代相传，育成了无数全国知名的小麦品种。

　　在新乡的试验田里，今年除了种植中麦578之外，旁边还种着它的亲本冀麦22、中麦255等。

几十年中，基地攻克了许多育种的难关，也为无数科研单位提供着新的育种材料。中国农科院供图

　　何中虎介绍，中麦255是利用河南的豫麦49和澳大利亚优质小麦品种杂交培育而成的。育成时间是2008年，之后又历经十多年时间，再次育成中麦578这个中国自己的优质强筋小麦。“中麦578的品质，可以和国外的优质小麦相媲美，做面包或者做优质面条、饺子都很好，且产量高于国外。”

　　中国农业科学院作物科学研究所研究员张勇介绍，“2021年，河南焦作的试验田中种植的中麦578，创造了841.5公斤的高产纪录。在规模化生产中，也可达到600公斤左右。2020年，在河北邢台的一个合作社中，实收589公斤。2021年，同一个合作社，实收607公斤，其中连片种植的865亩中，达到了703公斤。”

　　亲近自然，也在不断抗衡自然

　　“育种是一个漫长的过程，在无数不同的小麦材料中，选择性状好的材料，不断地组合，不断地选择，经过漫长的时间，才有可能选育出一个好的品种。”在中国农业科学院作物科学研究所研究员张学勇的试验田中，种植着许许多多不一样的小麦，这些小麦正处在选育之中，所以不能称为品种，在育种中，它们通常被称为材料。

　　“脚下的这些材料，有的长得壮，有的长得矮，都是不错的材料，也有的看着很高，但实际上不太好。”张学勇说，“从种质资源到品种，是一个金字塔形态的，底层是无数的种质资源，而育成的品种则是塔尖。”

　　一个好的品种是怎样的？张学勇介绍，首先要有稳定性，其次要有一致性，第三，还要对当地普遍的病虫害有较好的抗性。

　　2017年，张学勇团队选育中麦66，一种为河南选育的优良品种。这是一种矮秆高抗的品种，不但高产，且适合晚播。2021年秋汛致使多地冬小麦晚播，适宜的晚播品种就格外重要。在试验田中，有一片2021年11月2日播种的中麦66，和其他10月15日播种的品种，几乎没有太大差别。

　　农业是靠天吃饭的行业，而科技的进步，让人类拥有了更多与环境、与自然相处的能力。

　　“比如中麦66，它有很好的抗病性，使用农药较少，籽粒中的残留、对地下水的污染也更小，这也是我们在育种中，为何要一直强调抗性的原因。”张学勇说，“在环境友好方面，育种中还会强调肥料使用的效果，怎样通过加强品种利用肥料的能力，使得人类可以减少化肥的使用，同时又能达到高产的效果，这也能有效减少肥料对土壤的污染。中麦66是一种对肥料不敏感的品种，在缺水缺肥的时候，也能长得比较好。事实上，中麦66的亩产水平普遍可以达到1250斤到1300斤，管理特别好的时候，可以达到1400斤，具有很好的推广价值。”

　　一把青稞一杯酒，农耕文化的新与旧

　　中国农业科学院作物科学研究所研究员杨平的麦田中，高大的麦子已经彻底熟透了，这里种植的是大麦，和小麦相比，它的麦芒更长，且成熟后，麦粒和壳仍旧紧紧连在一起。

　　大麦是传统的农作物，和小麦一样，起源于西亚，在漫长的历史中传播到世界各地，脱粒后的大麦，就是人们熟知的青稞，它是重要的饲粮作物，也是酿造青稞酒、啤酒、威士忌的主要配料。

　　在全球范围内，大麦种植非常广泛，杨平介绍，全世界大麦种植面积约为7.6亿亩，每年产量在1.4亿吨左右，其中70%是饲料，20%用于酿酒，5%作为粮食使用，比如我国的青藏高原地区，居民多以大麦为食。在今天，大麦作为健康食品，食用群体正在变得更加广泛，“比如北方常见的大麦茶，也是由大麦制成。同时，大麦中富含β-葡聚糖等多种成分，对防治高血糖、高血压、高血脂等有不错的效果，可以作为健康食品食用。”

　　在新乡的试验田中，几乎种植着近七十年来大部分的主栽品种，有早期的农家品种，也有近年来育成的新品种，还有大量正在选育中的大麦材料，“这里既是一个种质圃，也是大麦育种历史沿革的一个展示区，通过了解育种历史的演变，寻找未来的育种方向，育成农民需要的品种。”

　　在传统不断演变的过程中，新的育种方法，也在改变着育种的状态，尤其是分子育种、智慧育种技术的进步，使得育种的速度、效果都在快速提升。在杨平的试验田中，有一片特殊的大麦材料，是科研人员通过诱变育种的技术获得的材料，其蛋白质含量高出传统品种40%左右。

　　钱前院士：育种国家队要做什么

　　种子是农业的芯片，种业技术的进步，是农业发展的基础，也是保障14亿人粮食安全的重要前提。一组来自中国农业科学院的数据显示，从1978年到2018年，40年间，中国农业全要素生产增长率，年均达到了3.26%，其中技术进步的贡献是78%。

　　小麦是我国居民的两大口粮之一，我国的小麦育种，早在二十世纪上半叶就已经开始，数十年中，一步步走到了世界的前列，得益于一代又一代育种家们的不懈探索。

　　位于北京的国家作物种质库中，保存着5万多份小麦种质资源，而在河南新乡的基地中，20多个研究组，每年在这里进行着60多项科研任务，面向黄淮海及周边地区，培育一个个新的品种，同时也为无数科研单位，提供育种的材料。

这里育成的小麦品种，在黄淮海及周边麦区广泛推广种植。中国农科院供图

　　“这就是国家队要做的事情。”钱前说，“比如李立会建立的小麦-冰草远缘杂交体系，为丰富小麦种质资源作出了巨大的贡献，每年为数百家单位提供素材。再如何中虎他们育成的中麦578，可以和国外的高档小麦面粉相媲美。而这些，都是从小麦育种中的原始创新开始的。”

　　来自中国农业科学院作物科学研究所的资料显示，这片1100亩左右的新乡基地，自1993年开始建设，2003年正式入驻，是黄淮海小麦主产区唯一的综合性实验基地，近二十年来，这里取得了国家科技进步一等奖、国家科技发明二等奖等多个奖项。基地育成了多个系列的粮食作物新品种，其中中麦895已成我国第三大小麦品种，强筋高产小麦中麦578秋播面积达到500万亩。

　　中国农业科学院作物科学研究所副所长王文生介绍，基地具有科普的功能，每年面向政府、企业、种植户及中小学开放，会向更多人介绍育种的故事。