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杂交小麦诞生记

核心提示: 杂交水稻一年的增产量可以养活6000万人,专利一次卖了数十亿美元。有人说,杂交小麦如果成功,将可以与杂交水稻相媲美。而今,这项研究成功了。

2002年1月12日下午,夕阳染红了天际。

杨凌农科城,西北农林科技大学静谧的校园里,一阵热烈的掌声从一座会议室冲出,散入满天的红霞:西北农林科技大学小麦育种专家张改生教授主持的“新型化学杂交剂GENESIS杀雄技术与制种技术”研究项目,通过了陕西省科技厅专家委员会的成果鉴定。

专家们认为,这项成果使我国小麦杂种优势利用从试验研究走向了实用化的生产阶段,是我国小麦杂种优势利用研究上的一项重大突破,达到国际同类研究的先进水平。这是我国继杂交水稻和杂交油菜之后取得的又一重大成果。

世界性的难题

人类很早就发现杂交在生物发展中的作用。1859年,达尔文在《物种起源》中明确提出:“所有生物都是杂交有利,自交有害。”利用杂交优势提高农作物产量,成为现代农业提高生产效率的重要途径。

20世纪40年代,杂交玉米获得成功。

50年代,杂交高粱育成。

60年代,杂交糖甜菜开始生产。

70年代,我国自行研制成功杂交水稻。

80年代,我省专家李殿荣研制成功杂交油菜。

杂交品种大幅度提高了农作物的产量,也提高了我国在世界上的学术声誉。特别是杂交水稻,每亩平均增产20%-30%,使亩产水稻上千斤成了很平常的事。有人计算,全国杂交水稻每年的增产量,可以养活6000万人。据说专利卖给美国,价值达数十亿美元。

在各种主要农作物纷纷杂交成功的鼓舞下,人们希望在我国种植面积广阔的小麦,也能尽快培育出杂交品种。但是,研究者很快发现,小麦杂交较其他作物杂交存在更大的困难。

很多农作物的繁衍是通过自交完成,一棵植株既开雄花,又开雌花,雄花为雌花授粉,结出果实。培育杂交品种,首先要将作为母本作物的雄花去掉,或使其败育,成为不育系。这对于雌雄花分开生长的作物比较容易——像玉米,只要人工拔掉茎秆上的雄花就行了——而对于雌雄花同长在小小穗子上的小麦,难度就大了。一个穗子上约40多朵小花,每朵小花内有一个雌花蕊3个雄花蕊,一亩小麦约35-40多万穗,靠人工去掉雄花,谈何容易!

不育系培育出来后,不仅要有另一个品种能够通过杂交恢复它的生育性,而且还要有一个品种能够通过杂交使它保持不育性。前者叫“恢复系”,与不育系的后代就是杂交品种;后者叫“保持系”,与不育系的后代继续作为制种中的不育系。只有有了能使不育系恢复育性的恢复系和保持不育性的不育系,这样作物的杂种优势才能被成功利用。这对于由单一物种进化而来的农作物比较容易,对于小麦这种先天由三个不同的物种杂交而成的作物就相对要难了。

1962年,美国科学家威尔逊通过一种小麦内变种与现今人工栽培的小麦结合,培育出小麦不育系,但其恢复系也必须通过这一变种衍生选育,否则其不育性难以恢复。这样,由于恢复系的种类太少无法提供更多的组合,从而降低了选育强优势品种的可能性;同时,这也使得恢复系自身的提高难度增大,甚至落后于常规品种的发展。其他培育途径也都遇到了类似的甚至更艰难的问题。

这样,在各种农作物杂交纷纷突破的同时,杂交小麦研究却陷入僵局,被称为世界性的科学难题。

创新的思路

1985年夏季的一天,张改生教授正在他的试验田观察。

从事了十多年小麦杂交研究,对于国内外杂交小麦的研究历史和现状,他了如指掌。特别是多年的亲身实践,一次又一次的挫折,他渐渐认识到“三系法”研究的局限。辛辛苦苦培育出一种不育系,又难以找到足够的恢复系;没有足够的恢复系,就难以配成更多的杂交组合,从而选育出强优势品种。更为头疼的是,按照这种方法培育杂交新品种,使杂交育种和常规育种脱节,不能将常规育种的最新成果直接应用于杂交育种。杂交育种的三系需单独培育,不但费力大,收效低,弄不好甚至可能落在常规品种发展的后面。

望着远处的麦田,十多年前的一个想法又闪现在脑海:“能不能采取一种方法,把杂交育种与常规育种结合,把杂交育种建立在常规育种的基础之上?”经过几年的探索,张改生和他的同事们终于把这个想法变成一种清晰的研究新思路:重点培育不育系,无需培育恢复系,直接应用常规品种或培育的新品种,根据生产需要配置强优势组合,也可采用特定化学药剂对母本杀雄,从而达到培育杂交种子的目的。这种方法最大的优点,就是可以随时把生产中的优良品种作为杂交育种试验的亲本,使杂交育种在常规育种的基础上,达到“水涨船高”的目的。

新思路的确定,为张改生和他的研究小组带来了新的活力。他们一方面针对“三系法”存在的问题,加强科研攻关,以选育出一批能够较生产对照品种增产15%-25%以上的杂种组合,另一方面积极筛选寻找理想的化杀剂,以用于化杀制种。

1996年,他们从美国引进新型GENESIS(中国注册名:金麦斯)化学杂交剂,对其杀雄效果进行了系统和深入的研究,摸索出最佳喷药期,最佳喷施剂量,以及在不同年间杀雄效果的稳定性和对不同基因型的广谱性,使杀雄率达到95%-100%,异交结实率超过了85%。他们在国内率先将GENESIS应用于杂种小麦大田制种,并研究出优化的配套制种技术,大幅度地提高了杂种小麦的制种产量和制种效益,降低了杂种小麦的种植成本,为杂种小麦大面积推广创造了有利条件。

近年来,国内外先后注册有杂交小麦品种,但由于成本高,制种产量低,一直不能进入大面积生产。为什么美国的化杀剂,美国人不未能用它生产出大批的优质杂交小麦呢?资深小麦专家耿志训教授说,小麦制种是一项系统工程,一个环节差了也不行。美国人也研究,但他们的研究没有张改生课题组的研究细致、系统,所以始终不能大面积推广。杂交小麦能不能推广,关键是它的效益。产量低、成本高,是制约以往杂交小麦品种推广的根本问题。张改生主持研究的杂交小麦制种技术,创新性的专利技术就可申报五个。这些新技术,使制种产量平均每亩达到250-350公斤,加上制种田父本的产量,相当于普通大田的小麦产量。这就大大降低了制种成本,为杂交小麦实用化生产奠定了基础。

育种技术成熟的同时,第一批强优势的杂交小麦品种也随之而出。1998年至2000年,陕西省种子管理部门对张改生科研组培育的杂交小麦新品种“西杂一号”,进行了二年22个点次的区域试验。结果表明:较对照品种平均每亩增产12.4%。由有关专家组成的实割验收,“西杂一号”两年平均亩产达633.1公斤,并且第二代仍有保持杂交种子的优势。2000年8月18日, “西杂一号”通过了陕西省农作物品种审定委员会的审定。这是我国主产小麦区,即黄淮冬麦区第一个通过审定的杂交小麦新品种,它标志着我国杂交小麦正式开始投入生产。与此同时,一批新的后备杂交新品系也在紧锣密鼓的选育中,其中“西杂五号”已进入省级区域试验和生产试验,并且表现非常突出,正待审定。

迎着21世纪的曙光,杂交小麦跨入了我国小麦生产的行列!

成功的动力

每一项科学发现都有其人文背景,每一个成功都有其独特的原因。顺着历史的年轮,我们追溯杂交小麦新成果的轨迹,来到30年前的咸阳市教育局。

1972年5月的一天,一个憨厚的农村男孩走进咸阳市教育局。他已经是第五次到这儿,要求将他陕西中医学院的录取改到西北农学院。负责招生的同志多次好心劝阻,但都未能使这个倔强的小伙子改变主意,无可奈何地说:“你不听人说‘听诊器、方向盘,人事干部、售货员’吗?你偏要拿金饭碗换泥饭碗!非换不行?”小伙子坚决地点了点头。“不后悔?”工作人员又问了一句。“不后悔!”小伙子坚决地回答。当小伙子高兴地拿到西北农学院的报到书时,才发现身上已无分文。好心的招生干部借给他一元五角钱,使他得以搭上返家的公共汽车。

就这样,张改生走上了农业科学研究的道路。大学里,他学的是农作物遗传育种。1974年大学毕业,他迷上了杂交小麦研究。他的经历颇具传奇色彩,没进高中直接上了大学,没读硕士直接考上了博士,并从事博士后研究。不管是作为一个大学生,还是一个博士生导师,张改生始终保持着农村人的朴实。30年间,他像一个农民一样,整天工作在试验田。不仅观察记录小麦的生长情况,而且亲自动手浇地、锄草、拉架子车……多少个傍晚,他一身汗水、一身泥土从田里回来,看见林荫道上携儿带女散步的人群,心头也曾升起几分羡慕。但是,一到小麦试验田,便什么都忘了。有时天黑了,也恋恋不舍不愿离去。他说:“这是兴趣,这是事业!别人看来辛苦,自己却觉得快乐。”

其实,在张改生教授的心里,还埋着另一份心愿。1975年,张改生分得了住房。他请一位擅长书法的学友,为他书写了毛泽东同志的一段话:“中国人民有志气,有能力,一定能在不远的将来,赶上和超过世界先进水平。”他把这幅字精心装裱,挂在房间。1980年,张改生分了新房,他又让学友把这幅字重新书写,重新请人装裱。

同一切伟大的科学家一样,渴望祖国富强的激情,始终是张改生教授投身科学研究的精神动力。他说:“西方有人提出:‘21世纪谁来养活中国人?’我们要让他们知道,中国人不仅有能力养活自己,而且会活得越来越好!”他正在开展的“超级杂种麦”研究,目标是把小麦的亩产提高到700-750公斤。

(载《当代陕西》2002年第3期)

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