在三大主糧中，雜交水稻和雜交玉米都成功實現產業(yè)化，但對雜交小麥的育種和推廣已走過約一個世紀，遲遲未取得重大進展。
長期以來，雜交小麥推廣之路受制于高昂的制種成本。日前，先正達集團科學家在《自然-生物技術》雜志（Nature Biotechnology）發(fā)表論文，首次公開“一步胞質不育系轉育技術”。論文發(fā)表后引發(fā)業(yè)界和媒體關注。評論認為，這項成果大大加速了育種進程，有望一舉破解雜交小麥推廣瓶頸。
這項技術的核心研究成員之一一——先正達集團北京創(chuàng)新中心科學家呂建博士在接受本報采訪時表示，把雜交小麥推向市場是一代代育種家的夢想，同樣也是先正達的夢想。先正達計劃在未來三到五年內，實現雜交小麥商業(yè)化種植。
雜交小麥為何難推開？
利用農作物的雜種優(yōu)勢提高產量、品質和抗逆性，是現代農業(yè)核心科技之一。所謂雜交種，即通過雜交兩個親本得到的后代種子。“雜交種充分利用了雜種優(yōu)勢效應，可以提高生長勢，增強病蟲害抗性和提高產量。”呂建介紹。
雜交玉米、雜交水稻相繼成功實現產業(yè)化。尤其是后者，以袁隆平為代表的一批科學家歷時數十年，讓中國雜交稻技術領跑世界，為保障中國乃至全球糧食安全做出巨大貢獻。
但是，迄今為止，與水稻和玉米相比，小麥雜種利用卻在全世界均未獲得預期突破。對雜交小麥的研究，國際上開始于上世紀20年代，中國開始于上世紀60年代。
事實上，對雜交小麥品種的開發(fā)一直未停止，近些年陸續(xù)有新品種上市。“現有雜交小麥制種流程有個很大的瓶頸，就是制種成本很高，成為影響雜交小麥推廣的主要障礙之一。”呂建說，粗略統計，生產一畝雜交小麥品種的成本，是一畝雜交玉米或雜交水稻成本的10倍左右。
除了成本，在科研界，對雜交小麥的研究還存在一個困惑點：小麥究竟有沒有雜種優(yōu)勢？換言之，與雜交水稻、雜交玉米帶來產量、抗逆性上的飛躍相比，現有雜交小麥品種似乎表現并不優(yōu)異。
果真是這樣嗎？“從我們的研究和同行發(fā)表的論文成果看，雜交小麥可以實現增產10%-20%，比較好的組合甚至增產25%。”呂建認為，通過優(yōu)化組合，雜交小麥的潛力不比其它雜交作物低。
中國年產小麥大約是1.2億噸，而年消耗量在1.1億噸。毋庸置疑，利用小麥的雜交優(yōu)勢進一步提升產量，對于糧食安全意義重大。
小麥雜交育種的瓶頸是什么？
雜交小麥的研發(fā)和推廣之路，受限于昂貴的育種成本。這根源于小麥與水稻、玉米不同的物種特性。
雜交品種是父本“帥哥”和母本“靚女”優(yōu)勢結合的產物。小麥和水稻一樣，都屬于雌雄同花，嚴格自交授粉。而要培育出雜交品種，就不能讓這些母本自生自育“近親結婚”，因此需要找到雄性不育系材料，讓植株只具備“女性”特征，再與父本結合。
雜交水稻和雜交玉米都可以選育出成本可控的雄性不育系，但雜交小麥卻沒那么容易。
“水稻和玉米是二倍體，同樣的基因一般只有2個拷貝。而小麥則是六倍體，同樣的基因會有6個拷貝，所以小麥的種質創(chuàng)新相對比較費勁，育種周期很長，難度也很高。”中國水稻研究所水稻生物學國家重點實驗室副主任王克劍解釋。
以三系小麥雜交育種技術為例，傳統方法是將現有不育系材料同可育品種材料進行雜交，再進行5~7代的回交。顯而易見，這種方法需要多年多代的雜交選育，既耗時又浪費資源，育種成本很高。
“一步到位”胞質不育系轉育突破在哪里？
傳統的雜交育種方法耗時費力，有沒有更高效的育種路徑？
“我們開發(fā)了一步胞質不育系轉育技術。這是基于父本單倍體技術，將不育系開發(fā)成父本單倍體誘導系，將待轉育的材料誘導父本單倍體，再利用單倍體加倍技術實現胞質不育系的一步轉育。”呂建說。
這個技術的關鍵，是將父本單倍體誘導技術應用到小麥上，實現快速育種，但操作起來有待克服諸多難關。
首先，可用于父本單倍體誘導的基因很少，目前公開報道的只有兩個，即玉米ig1和擬南芥CenH3。
呂建的團隊將小麥ig1進行基因敲除，發(fā)現并不能誘導父本單倍體。而針對擬南芥CenH3基因，全球眾多科學家經過多年努力，都沒能在作物上重復擬南芥上的成功。
通過大膽創(chuàng)新、縝密設計和團隊通力合作，呂建與Tim Kelliher等先正達全球種業(yè)科學家一起，最終實現了7%的父本單倍體誘導率。
