科技蜀光丨在小麦育种迷宫中找到通往高产宝藏的线索
四川在线记者阚莹莹
西南麦区，中国最主要的小麦生产区之一。但这片区域位于全国日照低值中心，寡照多湿的气候，并不是小麦最理想的生长区，产量普遍不如北方麦区。
并不具备“先天优势”的西南麦区，如何提高小麦的产量？这是小麦育种栽培专家的重要课题。
近日，四川省科学技术奖励大会颁奖仪式举行，四川农业大学小麦研究所马建教授主持完成的“西南小麦产量性状遗传解析与育种利用”成果荣获2023年度四川省自然科学奖二等奖。
“就像是在小麦育种的迷宫中找到通往高产宝藏的线索。”对于这项研究，马建如此形容。
寻找高产基因资源
一场漫长而复杂的科研之旅
小麦、水稻等农作物的产量奥秘是什么？育种家有这样一个“公式”：亩穗数（一亩地麦穗或者稻穗数量）、千粒重（一千粒种子的重量）、穗粒数（一穗小麦或者水稻的种子粒数），这三要素的乘积便是产量的基石。
然而，由于西南麦区气候条件不利，让育种家受困于难以协调亩穗数与千粒重、穗粒数的矛盾，小麦产量不理想。
这三要素的矛盾是如何表现的？
“通常情况下，亩穗数的增加总是以牺牲穗粒数为代价。因为过多的穗数可能会导致每个穗的养分供应不足，进而影响穗粒数。”马建解释，同样，过分追求穗粒数的增加可能会以减少亩穗数为代价，从而影响整体产量。此外，穗粒数的增加也可能会负面影响千粒重。因为穗上籽粒数量的增多可能导致每个籽粒所获得的养分减少，最终影响籽粒的重量和品质。
找到具有高产目标性状的小麦优异基因资源，利用基因资源培育出高产小麦品种，是解决这个矛盾关键途径。
历时15年，马建带领项目组收集、鉴定和评价了2339份国内外资源，发掘19份高产资源，找到85个高产相关重要基因。
这是一场漫长而复杂的科研之旅。在这过程中，建立遗传群体需要3至5年，跨越多个生长季节和地点进行表型评价需要3年。此外还要获取基因型数据、绘制遗传谱图、计算目标性状的位点，以及在不同的遗传背景下进行验证等多个关键步骤，打通这一关通常需要6至8年的时间。
最为艰巨的任务莫过于对产量性状表型进行精确测定。产量性状受众多基因的共同调控，与那些受单基因控制的抗病基因截然不同，它们更容易受到各种环境因素（如气候、土壤、水分和肥力）的影响。因此，为了获得准确的数据，研究人员必须在不同地点进行多年的系统评估。
“然而，这个充满挑战的过程中，最令人兴奋的发现莫过于那些具有育种利用价值的产量性状位点。每当我们鉴定出这些位点，就像是在小麦育种的迷宫中找到了通往高产宝藏的线索，它们不仅丰富了我们的科学知识，也为未来的农业发展开辟了新的可能性。”马建说。
多个新品种育成
但四川小麦育种还需解决两大核心问题
挖掘到高产基因，最终要用到育种中，选育出高产优质的新品种。这项研究中，团队成功将多小穗、多分蘖、高千粒重等与高产紧密相关的基因引入目标育种亲本，创制了一系列携带不同高产性状基因的新材料，孕育出一批各具特色的小麦新品系，并成功审定了多个小麦新品种。截至目前，团队创制20份高产新种质，培育7份高产新品系，审定3个新品种，累计推广239.06万亩。其中，蜀麦2224以其两年平均比对照增产10%的优异表现，成功进入四川省生产试验。
这项成果也为解决突破性育种材料稀缺的问题提供了支持。为了促进全国的小麦基因基础研究和育种应用，团队将部分高产材料共享给中国科学院、南京农业大学、四川省农业科学院等国内主要小麦研究机构。
去年6月19日，四川省农村科技发展中心聘请中国科学院、四川大学、四川省农业科学院相关专家对成果进行了评价，认为“该成果创新性突出，整体达到国际先进水平。”
尽管取得了突破性成果，但在马建看来，四川小麦育种领域亟需解决两大核心问题。
首先，单产提升迫在眉睫。尽管四川小麦的单产在近年有所攀升，但与全国平均水平相比，仍有较大的提升空间。以2023年为例，四川小麦单产大约为300公斤/亩，这一数字不仅低于全国389公斤/亩的平均水平，与德国等欧美国家超过500公斤/亩的单产相比，差距更大。
其次，产量与品质的协同改良是一道难题。四川独特的生态环境虽然不利于小麦产量提升，却赋予了弱筋小麦在这里的潜在优势。然而，当前小麦品种的弱筋特性并不突出，市场上缺乏优质的弱筋品种。
“破解这两大难题，我们必须从根本上着手，通过评价新种质、引进新资源、挖掘新基因来丰富现代小麦育种的遗传基础，为实现产量与品质的双重提升提供基础。”马建说。
（图片由受访者提供）