《2024中国力量年度人物》 赵昌平：一粒金种子，播撒丰收希望

由凤凰网和金种子酒业联合推出的《2024中国力量年度人物》活动正在进行,中国力量年度人物系列专题片正式上线。活动旨在表彰把握时代脉搏,积极探索新兴科技的新领域、新应用、新价值,以新质生产力创造美好生活的各领域杰出代表,弘扬中国榜样力量。

藏粮于技,助力小麦增产

作为全球最重要的粮食作物之一,小麦满足了人类20%的卡路里和蛋白质需求,为全球超过三分之一的人口提供能量来源,小麦育种效率的提升与全球粮食安全息息相关。21世纪以来,农业科学界普遍认为通过作物杂种优势利用是提高小麦产量水平十分有效的途径。作物杂种优势利用是指不同品种或品系杂交后代在生长、发育、繁殖和产量等方面表现出的优势,利用杂种优势可培育出高产、优质、适应性强的新品种,因此作物的杂种优势利用对于提高种业核心竞争力具有至关重要的作用。作为三大主要粮食作物,杂交水稻和杂交玉米都成功实现产业化,但对杂交小麦的育种前人研究近百年,也未能取得有效突破,即使是在美国、欧洲这些发达国家也一直未能实现杂交小麦的大面积产业化应用。

北京市农林科学院由赵昌平带领的杂交小麦科研团队,多年来始终致力于全国小麦杂种优势利用领域研究,其团队首创了中国二系杂交小麦育种技术体系,成功发现和利用了一批独有的BS系列小麦光温敏雄性不育种,突破小麦基因组复杂性的限制,打破困扰全球多年的小麦杂交育种困局,成功地以农业新质生产力筑牢国家粮食安全根基,端牢中国人自己的“饭碗”,同时推动了小麦全球性的产业创新发展,成为维护世界粮食安全的积极力量。

矢志攻关,筑牢大国粮仓

小麦与水稻和玉米相比较而言,小麦基因组更为复杂。水稻和玉米是二倍体植物,而小麦是六倍体,想要在基因组水平上调控表型性状,难度很大。全世界于上个世纪开始杂交小麦育种的研究,但是长期以来,由于不育系难以繁殖、育性恢复不彻底、制种稳定性差、育种成本高、繁育周期长等难点,杂交小麦困局始终无法破解。

赵昌平于上世纪九十年代开始从事杂交小麦的研究工作,当时国内的研究方法、实验室仪器设备等和国外还存在一定差距,多数时候研究人员需要依靠肉眼去观察小麦的花药形态等。赵昌平团队发现水稻和玉米在高温条件下会出现雄配子的发育受阻,而小麦恰恰相反,小麦在短日照和低温的情况下会造成雄性不育。1994年,赵昌平团队将在北京选育的小麦光温敏雄性不育种样本放在湖南试验田里进行观察,首次成功在试验田里观测到了育性表达的彻底程度和反应类型均符合标准的小麦光温敏雄性不育种。赵昌平当时的心情也似花绽放般喜悦,长期以来小麦雄性不育转换规律终于得到完善,攻关杂交小麦取得历史性突破。

发现小麦雄性不育转换后,赵昌平团队面临的第二道关卡就是如何“完全恢复小麦的恢复性”。赵昌平团队历经整整十年时间,寻找合适的育种材料。最初受制于资金条件,整个团队的科研经费十分欠缺,当时团队十余号人通过自行倒贴工资,研发杂交玉米、马铃薯等其他物种换取经费,进行补贴杂交小麦的研究工作。他们从上千份材料里苦苦寻觅,然后筛选杂交,为了充分研究透彻杂交小麦的光温敏特性,赵昌平团队在全国布了100多个点,从新疆至大连,从海南岛到黑龙江,从海拔十几米的平原攀登到海拔数千米的高原,赵昌平领着团队成员如辛勤的蜜蜂经年累月地追着小麦花期全国跑,二十年如一日持续攻关。尽管条件艰难,但是每一位成员都不愿放弃,希望坚持下去再多向前走一步,就能离成功更近一步。

杂交小麦的研究也受到国家高度重视,先后被列入国家863计划、973计划,科技部将“小麦杂种优势利用技术与强优势杂交种创制”列入十三五国家重点研发计划,予以专项支持。接下来,赵昌平团队继续对小麦不同种子资源进行DNA水平检测,从SSR技术到SNP技术再到芯片技术,经过三轮迭代,获得了国家农业部认可,成为唯一从事小麦DNA测试研究单位。选育强优势组合是杂交小麦大规模应用关键的第三步,赵昌平团队通过挖掘遗传远缘、生态远缘等种质间的强优势潜力,改良不育系和恢复系,最后通过大规模田间试验筛选出强优势小麦杂交种,这一系列重大突破性成果成功构建出了中国独有的,有理论,有技术,有产品的二系杂交小麦育种技术体系。与常规育种相比,杂交小麦具有增产潜力大、稳产性好、适应性广和抗逆性强等显著特点,以赵昌平作为第一完成人的“中国二系杂交小麦技术体系创建”项目获得北京市科学技术一等奖。赵昌平感言:这一粒麦种上关乎国家粮食安全,下涉及百姓一日三餐,不能有半点马虎。我们农业科研人员将实验室搬到田间地头,跨越山南海北,贯穿东西流域,上攀高原下至低谷地追逐小麦,就是为了做好这一粒种子。

二系杂交小麦育种技术体系建立后,接踵而来的就是如何实现大面积投产的问题。杂交小麦产业化的难点其一在于杂交小麦的用种量是杂交水稻的近十倍,制种成本很高,需要培育出产量更高,抗逆性更强的杂交小麦品种,将成本弥补回来。其二在于生产成本,如用高费用杂交种子种植,会推高生产成本,想降低生产成本提升利润空间,需要在前期选育出稳定性更高、表现更充分、抗逆性更强的杂交小麦品种,这也是商业化要解决的核心技术瓶颈。与“三系法”“化杀法”相比,赵昌平团队的“二系杂交小麦育种技术体系”避免了不育系的异交繁种,易筛选出较强优势的杂交组合,有效降低了制种成本。如今,北京市农林科学院创制的“京麦”系列杂交小麦在国内大规模推广应用,以新一代 BS 型小麦光温敏不育系为基础,推出了京麦186、京麦189、京麦12等“京麦系列”高产、抗逆强优势的杂交小麦品种,大面积示范应用300余万亩,平均增产15%以上。

走出国门,金色麦种闪耀“一带一路”

独具中国特色的杂交小麦品种不仅在国内喜获丰收,也已走出国门闪耀世界。乌兹别克斯坦、巴基斯坦、伊朗等国,了解到中国杂交小麦的成功后,主动联系北京市农林科学院希望将杂交小麦品种引入国内。赵昌平率队去到巴基斯坦、乌兹别克斯坦等国进行考察,坐着防弹车深入多个当地城市考察地质条件,手把手对“一带一路”邻国进行帮扶工作。中亚一带一路的杂交小麦种植最初几年进展缓慢,但是通过特殊类型的实验站将原来的育种速度提高了一倍以上,播种量减少80%,产量却提升了20%。经过十余年的努力与交流合作,北京市农林科学院初步建立了覆盖南亚、西亚和中亚区域的北京杂交小麦联合测试示范网络,成功将中国杂交小麦打造成为“一带一路”上最亮眼的中国名片之一。

谈及“中国力量”,赵昌平坦言:自己从事粮食科学研究,正是因为自己那一代人经受过饥饿,深刻明白粮食安全对于国家和人民的重要性。我们依靠科技创新,解决了中国人自己的粮食问题,牢牢把握国家粮食安全主动权;我们通过团队的努力,携手攻克了前人百年来未能解决的杂交小麦难题,对整个农业科学研究,对整个国际社会的粮食保障作出积极贡献;我们让小小麦种金光灿灿地播撒在祖国田野乃至全世界,它代表着安全、坚持、智慧、担当和大爱,这粒金色麦种就是中国力量最好的具象化体现。

凤凰网联合金种子酒业打造《2024中国力量年度人物》以“科技向善”作为活动主题,也是在深入发掘科技带给人民生活的改变和各领域杰出代表身上的时代价值。后续将上线更多《2024中国力量年度人物》内容,向世界彰显中国力量,敬请关注。