作者：葉興國（中國農業(yè)科學院作物科學研究所 研究員）
小麥是重要的糧食作物之一，面粉可以用來制作面條、饅頭、面包、糕點等樣式繁多的美味食品。小麥產量和品質與日常生活及社會經(jīng)濟發(fā)展密切相關。
培育優(yōu)良小麥新品種是提高小麥產量、改進面粉品質的主要措施。我國1950年前小麥生產以種植農家品種為主，畝產不足90斤，人均年占有量僅為50多斤，為了能夠吃飽，小麥只能過度加工為粗糙的黑面粉，能吃到白面饅頭是人們的奢望。新中國成立后雜交育種成為小麥主要育種手段，遠緣雜交育種和輻射誘變育種技術也得到了應用，實現(xiàn)了優(yōu)良基因在小麥品種間或小麥亞族內的交換，及人工創(chuàng)造新的遺傳變異，培育了碧瑪1號、南大2419、泰山4號、內鄉(xiāng)5號、濟南2號、百農3217、豐產3號、小偃6號、北京8號、揚麥158、寧春4號、濟麥22、鄭麥7698、矮抗58、西農979等著名小麥品種，小麥畝產提高到了800斤左右（比1949年增加了9倍之多），人均年小麥占有量達到260多斤（比1949年增加了4.5倍），面制品也變得豐富多彩。
然而，上述常規(guī)育種存在育種周期長、基因型純合速度慢、性狀改良精準性差等缺點。近年來，單倍體育種、分子標記輔助育種、轉基因育種和基因編輯育種等生物技術先后用于小麥品種改良，極大豐富了小麥育種技術。
通過單倍體誘導技術縮短小麥育種周期
小麥單倍體育種是對優(yōu)良親本雜交后代進行花藥培養(yǎng)或小孢子培養(yǎng)，誘導雄配子發(fā)育成單倍體植株；或利用玉米花粉誘導產生小麥單倍體胚，通過幼胚拯救培養(yǎng)獲得單倍體植株。單倍體植株經(jīng)過染色體加倍獲得純合穩(wěn)定、正常結實的二倍體植株，進一步通過性狀鑒定獲得小麥新品種，可將小麥新品種培育由傳統(tǒng)的8-10年縮短為5-6年，加快育種進程。
我國利用單倍體育種技術培育了多個小麥品種，如京花1號、花培5號、奎花1號、京花9號、中麥155、寧春50號等，在生產中發(fā)揮了較好的作用。
利用單倍體育種技術培育的小麥新品種寧春50號
借助分子標記技術提高小麥育種選擇的準確性
在小麥育種過程中，對于品質、營養(yǎng)和不具有發(fā)病條件下的抗病性等需要進行生化分析鑒定或誘發(fā)病害鑒定，無疑增加了育種的工作量。為了提高育種效率，分子標記輔助育種技術應運而生。分子標記輔助育種是針對控制目標性狀的基因，開發(fā)出一段與目標性狀緊密連鎖的DNA標記，只要在所選擇的植株中能檢測到目標DNA序列，就意味著目標性狀的存在，提高了選擇的精準性。目前應用比較多的是STS、SSR和KASP等標記。
近20年來，我國開發(fā)了小麥多酚氧化酶、黃色素、籽粒硬度、麥谷蛋白亞基、黃矮病抗性、白粉病抗性、條銹病抗性、穗發(fā)芽抗性等性狀的分子標記，顯著提高育種選擇效率，促進了外源優(yōu)良基因從中間偃麥草、黑麥、簇毛麥、冰草和山羊草等近緣種屬植物中向小麥中的引滲，培育了中麥175、中麥895、中麥578和普冰系列等新品種。
利用分子標記輔助育種技術培育的小麥新品種中麥895
利用轉基因技術定向改良小麥
雜交育種和遠緣雜交育種基因的交流范圍大，遺傳變異廣泛，選擇的工作量繁重；誘變育種的方向性不能人為掌控，而且負向變異往往多于正向變異。因此，小麥遺傳改良需要轉基因育種技術，即將控制優(yōu)良性狀（抗病、高產、優(yōu)質、抗逆等）的基因轉入小麥，經(jīng)過安全性評價和目標性狀表型鑒定后獲得小麥新品種。轉基因育種技術可以定向、有針對性的改良小麥的目標性狀。
我國科學家從小麥中鑒定出再生基因TaWOX5用于小麥轉基因育種，大幅度提高了小麥轉化效率，基本克服了小麥轉基因技術對基因型的依賴性。迄今為止，我國已將與抗旱、抗病、優(yōu)質、營養(yǎng)高效吸收等性狀有關的眾多基因轉入了小麥，部分新品系已進入安全性評價階段，有望在小麥生產中發(fā)揮作用。
利用基因編輯技術使得小麥重要性狀揚長避短
近幾年，基因編輯技術快速發(fā)展，它是通過對生物體自身目標基因進行切割，生物體在修復DNA切口的過程中出現(xiàn)新的遺傳變異。相對轉基因技術，通過基因編輯技術培育的植物品種更容易被人們接受。
利用CRISPR/Cas9基因編輯技術已經(jīng)創(chuàng)制了一批性狀明顯改良的小麥新材料。如抗白粉病、抗穗發(fā)芽的小麥，低醇溶蛋白和面筋含量的小麥，小麥單倍體誘導系，育性恢復的矮敗小麥，糯性增強的小麥等。這些小麥新材料，具有很好的育種利用價值和推廣應用潛力。
利用基因編輯技術徹底恢復了矮敗小麥育性
多種育種技術密切結合打好小麥種業(yè)攻堅戰(zhàn)
種業(yè)是農業(yè)發(fā)展的制高點，先進生物育種技術的研發(fā)和突破性品種的培育是種業(yè)發(fā)展的核心。雖然目前我國小麥品種的國產供給率為100%，但優(yōu)質品種較為缺乏。另外，由于全球氣候變化，干旱、高溫、寒冷等極端天氣頻繁出現(xiàn)，加之土壤鹽堿和病蟲危害不斷加重，使得小麥生產面臨嚴峻挑戰(zhàn)。開展小麥種業(yè)攻堅戰(zhàn)，需要加強生物育種技術的利用。
在小麥育種實踐中，不同生物育種技術需要有機結合，實現(xiàn)優(yōu)勢互補。如：單倍體技術與轉基因、基因編輯技術結合，可以加快轉基因和基因編輯材料的純合；轉基因技術、基因編輯技術與常規(guī)育種技術結合，可以擴大轉基因和基因編輯材料的應用范圍；基因編輯創(chuàng)制的單倍體誘導系可直接獲得單倍體籽粒，縮減單倍體育種周期和工作量，擴大育種規(guī)模。
我們相信，生物育種技術將會為推動小麥產業(yè)提質增效，為打贏種業(yè)攻堅戰(zhàn)、確保國家糧食安全和農業(yè)可持續(xù)發(fā)展做出積極貢獻。
來源：光明網(wǎng)
