過去很多年中，小麥育種家們更多重視產(chǎn)量的提升，而對適應(yīng)性的問題重視不夠。
近日，一項(xiàng)針對過去50多年北美小麥區(qū)域?qū)嶒?yàn)數(shù)據(jù)的研究，全面評估了當(dāng)前和未來氣候條件下的小麥產(chǎn)量變化。
研究結(jié)果顯示，按照當(dāng)前的育種效率，在未來升溫超過6.0攝氏度（升溫閾值）條件下，未來新育成的冬小麥品種產(chǎn)量，將低于基準(zhǔn)氣候中對照品種的產(chǎn)量水平，而對于春小麥而言，該升溫閾值僅為3.6攝氏度。這意味著，當(dāng)前的小麥育種策略需要調(diào)整，在未來需要更加重視品種對氣候的適應(yīng)性。
中國農(nóng)科院農(nóng)業(yè)環(huán)境與可持續(xù)發(fā)展研究所研究員賀勇在進(jìn)行小麥研究
過去半個(gè)多世紀(jì)，高速增產(chǎn)抵消了氣候影響
小麥?zhǔn)侨祟愘囈陨娴闹匾Z食作物，在上萬年的歷史中，人類馴化了小麥，小麥也馴化了人類的胃。不論是東方的包子面條，還是西方的面包卷餅，在任何地方，都可以找到與小麥相關(guān)的經(jīng)典面食。在今天，全球三分之一以上的人以小麥為主食，小麥的增產(chǎn)和穩(wěn)產(chǎn)，影響著超過20億人的食物問題。
上世紀(jì)五六十年代，綠色革命興起之后，全球小麥產(chǎn)量步入了快速增長的階段，尤其是在發(fā)展中國家，抗倒伏、耐密植、耐高肥的小麥逐漸成為主流，改變了小麥種植的歷史。
“過去半個(gè)多世紀(jì)中，育種、栽培技術(shù)的發(fā)展，對小麥持續(xù)增產(chǎn)起到了關(guān)鍵性的作用，其中育種貢獻(xiàn)尤其重要。”中國農(nóng)科院農(nóng)業(yè)環(huán)境與可持續(xù)發(fā)展研究所研究員賀勇說。
2010年，賀勇進(jìn)入加拿大農(nóng)業(yè)部做博士后，開始接觸和北美小麥相關(guān)的長期記錄數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)縱貫半個(gè)世紀(jì)（1961-2018），是當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)部門多年來的累積。其中最寶貴的，是有固定的對照品種常年參與小麥的區(qū)域試驗(yàn)。
通過這些數(shù)據(jù)，賀勇和中國科學(xué)院大氣物理研究所張?zhí)煲谎芯繂T聯(lián)合國際著名小麥育種學(xué)家羅恩·德波(Ron DePauw)等中外12家科研機(jī)構(gòu)研究人員組成的研究團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)，過去50多年中，全球氣候升溫對小麥的生產(chǎn)并不友好。
按照模型推算，在不考慮其他因素的情況下，在生長季平均氣溫每上升1攝氏度的條件下，冬小麥產(chǎn)量減少3.5%左右，而春小麥產(chǎn)量減少能達(dá)到7.5%。該研究通過將新育成品種與各自固定的對照品種進(jìn)行比較發(fā)現(xiàn)，冬小麥新育成品種的耐熱性不斷增強(qiáng)，而春小麥新育成品種的耐熱性不但沒有提升，甚至有可能減弱。
然而，快速發(fā)展的育種技術(shù)、高速增長的小麥產(chǎn)量，使得氣候的影響降到了最低。事實(shí)上，過去半個(gè)世紀(jì)，全球小麥總產(chǎn)量提升了50%以上，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過氣候影響造成的減產(chǎn)。
小麥增產(chǎn)進(jìn)入平臺期，氣候影響逐漸增大
上世紀(jì)末開始，育種技術(shù)突破性進(jìn)展對國內(nèi)外小麥增產(chǎn)的促進(jìn)作用趨于減弱。
盡管分子標(biāo)記輔助選擇等新的技術(shù)用于小麥育種的研究，已有30多年歷史，但隨著育種目標(biāo)的內(nèi)容和難度大幅增加，近年來在小麥增產(chǎn)上，該技術(shù)與育種家的期望尚有較大差距。與此同時(shí)，氣候變化對小麥生產(chǎn)的影響日益明顯，而未來全球?qū)π←湹男枨笕詫⒊蚀蠓仍鲩L。
因此，進(jìn)一步提高小麥單產(chǎn)和應(yīng)對氣候變化對小麥生產(chǎn)的沖擊，是全球主要小麥種植國家的研發(fā)重點(diǎn)。
回國后，賀勇依然延續(xù)之前的研究，利用北美龐大的數(shù)據(jù)庫，他和該研究團(tuán)隊(duì)以過去五十多年的氣候變化為基礎(chǔ)，建立了預(yù)測模型，并對未來氣候條件下的小麥產(chǎn)量進(jìn)行預(yù)測。
賀勇的研究，正是基于對小麥育種未來發(fā)展的擔(dān)憂。賀勇告訴記者，在小麥的育成過程中，參試品種需要在多年多個(gè)試點(diǎn)進(jìn)行豐產(chǎn)性、穩(wěn)產(chǎn)性、抗病性、抗寒性、抗旱性及加工品質(zhì)鑒定。參試品種只有在各方面表現(xiàn)優(yōu)于對照品種，才能通過品種審定。由于小麥品種審定的年份一般需要3-4年，因此，該審定過程對長期的氣候變化的敏感度不夠，難以考慮小麥對氣候變化的適應(yīng)性。
為此，賀勇與該研究團(tuán)隊(duì)成員開啟了這項(xiàng)關(guān)于氣候變化和小麥產(chǎn)量的研究，想要找出兩者之間的聯(lián)系，并給未來的育種提供建議和參考。
研究的關(guān)鍵技術(shù)是預(yù)測模型，這個(gè)模型基于北美1961年至2018年50多年的數(shù)據(jù)。賀勇介紹，他們將每個(gè)品種參試站點(diǎn)的氣候和產(chǎn)量數(shù)據(jù)代入其中，以此去分析產(chǎn)量和氣候之間的關(guān)系。最后，在當(dāng)前育種效率下，預(yù)測未來氣候條件下小麥產(chǎn)量的變化。
“氣候變化的加劇是全社會的共識，關(guān)鍵是如何判斷未來的變化趨勢。”賀勇說。為此，他們使用了4種未來氣候預(yù)測情景數(shù)據(jù)，“最好的一種情況，是我們可以提前實(shí)現(xiàn)碳中和、碳達(dá)峰，這也是全球升溫幅度最小的氣候情景，在這種情景下，氣候變化對小麥產(chǎn)量影響最小。最極端的情況，是當(dāng)前的小麥育種策略帶來的遺傳增益，將無法完全抵消升溫對小麥產(chǎn)量的負(fù)面影響。”
未來小麥育種，需重視適應(yīng)性問題
面對未來可能的風(fēng)險(xiǎn)，我們是否有應(yīng)對的能力，又該如何應(yīng)對？
賀勇表示，應(yīng)對氣候變化帶來的負(fù)面影響，在育種中，可能需要更加重視適應(yīng)性的問題。“過去很多年中，不管是中國還是全球，小麥育種家們更多重視產(chǎn)量的提升，而對適應(yīng)性的問題重視不夠。尤其對長期氣候變化下的小麥適應(yīng)性問題，更是如此。”
更好抵御升溫對小麥產(chǎn)量的影響，關(guān)鍵在于育種策略的轉(zhuǎn)變，而當(dāng)前的小麥育種策略，確實(shí)無法抵御這一風(fēng)險(xiǎn)。
事實(shí)上，隨著分子生物學(xué)、基因組學(xué)等現(xiàn)代科技的發(fā)展，人類并非沒有應(yīng)對氣候變化的能力。賀勇說，“這些年來，全球的科學(xué)家們，已經(jīng)開發(fā)了很多小麥耐熱分子標(biāo)記。如果在未來的育種策略中考慮適應(yīng)氣候變化問題，完全可以提前通過育種來抵御氣候變化對小麥產(chǎn)量的沖擊。”
“我們的研究，更清晰地預(yù)測了未來的變化趨勢和時(shí)間節(jié)點(diǎn)，這可以給育種家提供重要的參考，為規(guī)劃適應(yīng)性育種策略提供依據(jù)。”賀勇說，“人類當(dāng)前的技術(shù)，可以克服氣候變化的負(fù)面影響。”
來源：新京報(bào)
