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国外曾有一位专家针对世界粮食产量长期徘徊的现状,提出了“谁来养活中国”的问题。现在,中国科学家以自己的才智和出色的工作做了回答:中国人可以自己养活自己!
经过近20年的不懈努力,李振声和他的课题组不分春夏秋冬,终于培育出一批持久抗病而且高产优质的小麦新品种。其中小偃6号最为突出,推广面积达1.5亿亩,增产小麦40亿千克,创造了巨大的社会和经济效益。2007年2月27日,李振声和他的课题组,因在小麦育种上的杰出成就,被授予2006年度国家最高科学技术奖,小偃6号获得了国家发明一等奖。
“人是铁饭是钢,一顿不吃心发慌”。中国有13亿人,全国人一天早餐的用粮就要13万吨。2003年我国人均粮食占有量不到350千克,还不够吃一年。据统计,中国粮食总产量已经连续四年下降,2003年跌至4.3亿吨,降到10年来的最低点。而中国粮食产量的最低警戒线是4.85亿吨。换句话说,中国粮食产量按最低要求还差5 500万吨。怎么办?一些专家把眼光转向了小麦。
我国是世界上小麦的起源地之一,中华民族的祖先很久以前就栽培小麦了。但古时候的小麦亩产才几十千克,也不太好吃。科学家用自然选择的理论对小麦进行改造,培育出很多小麦良种,它才同水稻一样成了主要的粮食作物。小麦对气候和土壤的适应能力较强,既能在温度较高的南方生长,也能忍受北方-20℃的严寒,无论山地、丘陵、平原的沙土和黏土均可种植。但世界小麦平均亩产不到150千克,中国为300千克,单产与水稻不能相比。
小麦育种成世界难题
现在世界上广泛栽培的普通小麦是六倍体,具有21对(2n=42)染色体。根据遗传学和细胞学性质,这21对染色体可分为三组,以AA、BB、DD表示,每组7对。它们在小麦的起源和进化中有着不同的来源。正因为小麦的染色体来源丰富,所以它对环境的适应性强,种子胚乳的营养丰富。但在人们的长期种植呵护下,小麦养尊处优,渐渐地丢掉了祖先的一些好的遗传特性,特别是对一些真菌病害失去了抵抗力。小麦条锈病是世界小麦生产上的重要病害,尤其在高纬度或高海拔冷凉地区为害严重。病害流行时,受害小麦可减产30%以上,甚至绝收。在1959年以前,我国每年给条锈病吃掉的小麦高达50多亿千克。中国小麦条锈病流行区主要在河北、河南、陕西、山东、山西、甘肃、四川、湖北、云南、青海、新疆等地。2003年后,小麦条锈病又在我国大面积发生,西北、西南和黄淮海近3 000万亩染病,2004年发病小麦达1亿亩左右。南方麦区的四川涪江、嘉陵江和安宁河流域,有24个区县发生小麦条锈病,发病区县占到全市区县数的60%。
科学家认为,小麦所以不抗病,是因为在人工栽培条件下抗病基因丢失了。科学家们想通过杂交育种,提高小麦的抗锈能力。但世界统计数据表明,条锈病病菌5年半就会产生一个新的变种,而选育一个小麦新品种至少需要8年时间。这就是说,育种家辛辛苦苦选育出的品种,根本赶不上病菌的变异,小麦抗锈育种成了世界级难题。
李院士决心闯一闯
与小麦同属的野生牧草如偃麦草、长穗偃麦草等就不得条锈病,因为它们的抗病基因十分优秀。我国小麦专家李振声想,牧草的抗病能力很强,能不能将牧草的抗病基因转移到小麦中去,选育出具有持久性抗病的小麦新品种?曾是牧草研究员的李振声决定试一试。
牧草和小麦是同属不同种植物,亲缘关系较远,这种杂交在生物学上被称作远缘杂交,同马与骡进行交配的性质相似。李振声带领课题组,分别试用了12种牧草与小麦杂交,终于有3种成功,其中长穗偃麦草和小麦的后代表现最突出。但难题接踵而来,其中一个严重问题是杂交的第一代多数不育,就如同驴和马杂交后生下的骡子不能再生育一样。同时杂种后代多数像草,经过用小麦对杂种两次回交,才分离出像小麦的杂种,但后代的性状一点也不稳定。
要解决这些难题,唯一可行的办法是继续试验。李振声和他的课题组不分春夏秋冬,在实验室和温室进行实验,经过了近20年的不懈努力,终于培育出一批持久抗病而且高产优质的品种。其中小偃6号最为突出,区域试验比对照品种增产28%~31.9%,推广面积达1.5亿亩,增产小麦40亿千克,创造了巨大的社会和经济效益。
高科技构筑安全防线
小偃系列麦种的成功,证明了优秀基因的高品质。现在,我国的小麦年产量在1亿吨上下,已是水稻产量的一半。山东省济阳县示范推广的“航天一号”超级太空小麦11万亩,平均亩产达600千克,最高亩产超过700千克。
远缘杂交对小麦遗传改良有重要意义,但难度大,来来回回的杂交、选择、回交,耗费时间长,不能满足粮食生产的需要。李振声从小麦与长穗偃麦草杂交后代中发现了一个小麦新种质。这是由一对携带蓝粒基因的偃麦草染色体,代换了一对小麦染色体后形成的。以它为亲本与其他小麦杂交,通过染色体重组,获得了只有一条带蓝粒基因染色体的蓝粒单体小麦(蓝单体)。它可以在一个麦穗上长出深蓝、中蓝、浅蓝和白粒4种颜色的种子,根据种子颜色就可以知道它们的染色体数目(深蓝42,中蓝与浅蓝41,白粒40)。这样,就解决了过去小麦染色体育种中,繁殖单体必须对其后代的每粒种子进行显微镜检测才能知道其染色体数目的难题。
为了快速地将外源优良基因导入小麦,李振声用“小偃蓝粒”为材料,建立了一套新的染色体工程育种系统,大大缩短了育种年限,使我国小麦育种的方法和技术走在世界是前列。
1986年在中国西安召开的首届国际植物染色体工程会议上,100多位中外专家对“小偃蓝粒”高度评价,认为这是小麦染色体育种史上具有里程碑意义的发现。李振声和他的团队,还通过蓝单体获得了大量的染色体数目为40的小麦(缺体小麦),经连续自交选择,使缺体小麦自花结实,并建立了快速选育小麦异代换系的新方法,为小麦染色体工程育种的实用化开辟了新途径。
我国农学家还对500多个小麦品种,进行氮磷施肥吸收差异对比,鉴定与筛选出了“磷高效”和“氮高效”小麦质资源,研究和揭示了它们的生理机制与增量潜力,同时开展了相关的遗传研究,为提高氮、磷吸收和利用效率的小麦育种工作奠定了基础,使我国的小麦育种技术走在世界前列。
经过近20年的不懈努力,李振声和他的课题组不分春夏秋冬,终于培育出一批持久抗病而且高产优质的小麦新品种。其中小偃6号最为突出,推广面积达1.5亿亩,增产小麦40亿千克,创造了巨大的社会和经济效益。2007年2月27日,李振声和他的课题组,因在小麦育种上的杰出成就,被授予2006年度国家最高科学技术奖,小偃6号获得了国家发明一等奖。
“人是铁饭是钢,一顿不吃心发慌”。中国有13亿人,全国人一天早餐的用粮就要13万吨。2003年我国人均粮食占有量不到350千克,还不够吃一年。据统计,中国粮食总产量已经连续四年下降,2003年跌至4.3亿吨,降到10年来的最低点。而中国粮食产量的最低警戒线是4.85亿吨。换句话说,中国粮食产量按最低要求还差5 500万吨。怎么办?一些专家把眼光转向了小麦。
我国是世界上小麦的起源地之一,中华民族的祖先很久以前就栽培小麦了。但古时候的小麦亩产才几十千克,也不太好吃。科学家用自然选择的理论对小麦进行改造,培育出很多小麦良种,它才同水稻一样成了主要的粮食作物。小麦对气候和土壤的适应能力较强,既能在温度较高的南方生长,也能忍受北方-20℃的严寒,无论山地、丘陵、平原的沙土和黏土均可种植。但世界小麦平均亩产不到150千克,中国为300千克,单产与水稻不能相比。
小麦育种成世界难题
现在世界上广泛栽培的普通小麦是六倍体,具有21对(2n=42)染色体。根据遗传学和细胞学性质,这21对染色体可分为三组,以AA、BB、DD表示,每组7对。它们在小麦的起源和进化中有着不同的来源。正因为小麦的染色体来源丰富,所以它对环境的适应性强,种子胚乳的营养丰富。但在人们的长期种植呵护下,小麦养尊处优,渐渐地丢掉了祖先的一些好的遗传特性,特别是对一些真菌病害失去了抵抗力。小麦条锈病是世界小麦生产上的重要病害,尤其在高纬度或高海拔冷凉地区为害严重。病害流行时,受害小麦可减产30%以上,甚至绝收。在1959年以前,我国每年给条锈病吃掉的小麦高达50多亿千克。中国小麦条锈病流行区主要在河北、河南、陕西、山东、山西、甘肃、四川、湖北、云南、青海、新疆等地。2003年后,小麦条锈病又在我国大面积发生,西北、西南和黄淮海近3 000万亩染病,2004年发病小麦达1亿亩左右。南方麦区的四川涪江、嘉陵江和安宁河流域,有24个区县发生小麦条锈病,发病区县占到全市区县数的60%。
科学家认为,小麦所以不抗病,是因为在人工栽培条件下抗病基因丢失了。科学家们想通过杂交育种,提高小麦的抗锈能力。但世界统计数据表明,条锈病病菌5年半就会产生一个新的变种,而选育一个小麦新品种至少需要8年时间。这就是说,育种家辛辛苦苦选育出的品种,根本赶不上病菌的变异,小麦抗锈育种成了世界级难题。
李院士决心闯一闯
与小麦同属的野生牧草如偃麦草、长穗偃麦草等就不得条锈病,因为它们的抗病基因十分优秀。我国小麦专家李振声想,牧草的抗病能力很强,能不能将牧草的抗病基因转移到小麦中去,选育出具有持久性抗病的小麦新品种?曾是牧草研究员的李振声决定试一试。
牧草和小麦是同属不同种植物,亲缘关系较远,这种杂交在生物学上被称作远缘杂交,同马与骡进行交配的性质相似。李振声带领课题组,分别试用了12种牧草与小麦杂交,终于有3种成功,其中长穗偃麦草和小麦的后代表现最突出。但难题接踵而来,其中一个严重问题是杂交的第一代多数不育,就如同驴和马杂交后生下的骡子不能再生育一样。同时杂种后代多数像草,经过用小麦对杂种两次回交,才分离出像小麦的杂种,但后代的性状一点也不稳定。
要解决这些难题,唯一可行的办法是继续试验。李振声和他的课题组不分春夏秋冬,在实验室和温室进行实验,经过了近20年的不懈努力,终于培育出一批持久抗病而且高产优质的品种。其中小偃6号最为突出,区域试验比对照品种增产28%~31.9%,推广面积达1.5亿亩,增产小麦40亿千克,创造了巨大的社会和经济效益。
高科技构筑安全防线
小偃系列麦种的成功,证明了优秀基因的高品质。现在,我国的小麦年产量在1亿吨上下,已是水稻产量的一半。山东省济阳县示范推广的“航天一号”超级太空小麦11万亩,平均亩产达600千克,最高亩产超过700千克。
远缘杂交对小麦遗传改良有重要意义,但难度大,来来回回的杂交、选择、回交,耗费时间长,不能满足粮食生产的需要。李振声从小麦与长穗偃麦草杂交后代中发现了一个小麦新种质。这是由一对携带蓝粒基因的偃麦草染色体,代换了一对小麦染色体后形成的。以它为亲本与其他小麦杂交,通过染色体重组,获得了只有一条带蓝粒基因染色体的蓝粒单体小麦(蓝单体)。它可以在一个麦穗上长出深蓝、中蓝、浅蓝和白粒4种颜色的种子,根据种子颜色就可以知道它们的染色体数目(深蓝42,中蓝与浅蓝41,白粒40)。这样,就解决了过去小麦染色体育种中,繁殖单体必须对其后代的每粒种子进行显微镜检测才能知道其染色体数目的难题。
为了快速地将外源优良基因导入小麦,李振声用“小偃蓝粒”为材料,建立了一套新的染色体工程育种系统,大大缩短了育种年限,使我国小麦育种的方法和技术走在世界是前列。
1986年在中国西安召开的首届国际植物染色体工程会议上,100多位中外专家对“小偃蓝粒”高度评价,认为这是小麦染色体育种史上具有里程碑意义的发现。李振声和他的团队,还通过蓝单体获得了大量的染色体数目为40的小麦(缺体小麦),经连续自交选择,使缺体小麦自花结实,并建立了快速选育小麦异代换系的新方法,为小麦染色体工程育种的实用化开辟了新途径。
我国农学家还对500多个小麦品种,进行氮磷施肥吸收差异对比,鉴定与筛选出了“磷高效”和“氮高效”小麦质资源,研究和揭示了它们的生理机制与增量潜力,同时开展了相关的遗传研究,为提高氮、磷吸收和利用效率的小麦育种工作奠定了基础,使我国的小麦育种技术走在世界前列。