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植入“抗病程序”，小麥“癌癥”攻克了

江蘇農(nóng)科人員解決世界性難題，抗赤霉病新品小麥今秋將在長(zhǎng)江中下游推廣

眼下，江蘇麥?zhǔn)者M(jìn)度過半，豐收可期。

談起小麥，農(nóng)民最擔(dān)心被稱為小麥“癌癥”的赤霉病。這種病不僅會(huì)導(dǎo)致小麥大幅減產(chǎn)甚至絕收，產(chǎn)生的毒素還會(huì)影響人畜健康，是“優(yōu)糧”變“等外糧”元兇之一。

令人高興的是，江蘇里下河地區(qū)農(nóng)業(yè)科學(xué)研究所小麥育種專家高德榮帶領(lǐng)科研團(tuán)隊(duì)持續(xù)攻關(guān)，成功選育抗赤霉病、高抗白粉病“雙抗”優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)新品種“揚(yáng)麥33”，綜合表現(xiàn)突出，已經(jīng)通過國(guó)家農(nóng)作物品種審定委員會(huì)審定，今年秋播期間將在長(zhǎng)江中下游赤霉病重發(fā)地區(qū)推廣，有望成為新一代主導(dǎo)品種。

利用分子育種技術(shù)攻克世界性難題

“在我國(guó)小麥種植區(qū)，普遍采用化學(xué)方法來防治赤霉病，有時(shí)多次噴灑農(nóng)藥仍達(dá)不到預(yù)期效果，還增加成本，影響生態(tài)環(huán)境。”高德榮說，20世紀(jì)90年代，研究所的科研團(tuán)隊(duì)育成一批中抗赤霉病的小麥品種，其中“揚(yáng)麥158”是當(dāng)時(shí)抗性最好的品種，在長(zhǎng)江中下游麥區(qū)年推廣面積達(dá)2000萬畝以上，有效緩解了赤霉病的發(fā)生。

然而，隨著氣候變化、小麥播期推遲等影響，赤霉病日益頻發(fā)，中抗赤霉病品種已不能滿足生產(chǎn)需求，急需選育出高抗小麥新品種。此前未見有高抗赤霉病品種大面積推廣，高德榮帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)下決心啃下這塊“硬骨頭”。

科研人員在研究了小麥品種（系）和各類種質(zhì)資源的赤霉病抗病基因組成后發(fā)現(xiàn)，“揚(yáng)麥”品種對(duì)赤霉病表現(xiàn)出較好的抗性，但多數(shù)并不攜帶世界范圍內(nèi)廣泛使用的抗性基因Fhb1。“我們采用品種間雜交的方法，將Fhb1基因?qū)搿畵P(yáng)麥’遺傳背景，聚合現(xiàn)有品種抗病基因，協(xié)同提高抗病性和豐產(chǎn)性。通過多組合、大群體選擇，終于育成抗赤霉病品種‘揚(yáng)麥33’。”

2021年5月下旬，江蘇省農(nóng)業(yè)科學(xué)院專家組對(duì)“揚(yáng)麥33”示范田進(jìn)行評(píng)鑒，專家組經(jīng)過充分研討，認(rèn)為不進(jìn)行赤霉病化學(xué)防治的“揚(yáng)麥33”示范田和防治一次的對(duì)照田，赤霉病發(fā)生程度差異并不顯著，均明顯低于中抗品種防治兩次的發(fā)生程度；“揚(yáng)麥33”赤霉病抗性突出，同時(shí)兼抗白粉病等，綜合性狀優(yōu)良，實(shí)現(xiàn)了抗赤霉病與高產(chǎn)協(xié)同遺傳改良的重大突破，有望成為我國(guó)新一代主導(dǎo)品種。

“‘揚(yáng)麥33’達(dá)到了目前全球赤霉病抗性最高等級(jí)，今年秋播預(yù)計(jì)推廣面積達(dá)到40萬畝，明年有望突破150萬畝。”江蘇里下河地區(qū)農(nóng)業(yè)科學(xué)研究所所長(zhǎng)李愛宏表示，自2012年以來，“揚(yáng)麥系列”品種推廣面積達(dá)1.2億畝，新品種比對(duì)照品種平均每畝增產(chǎn)25公斤，總計(jì)增產(chǎn)糧食超過30億公斤。

新品種植入“抗病程序”抗性好產(chǎn)量高

種子是農(nóng)業(yè)的“芯片”，攻克小麥“癌癥”，在“芯片”里植入“抗病程序”是一良方。

高德榮介紹，“揚(yáng)麥33”利用分子標(biāo)記輔助選擇技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了抗赤霉病主效基因Fhb1與來源于“揚(yáng)麥”本身的抗赤霉病位點(diǎn)相結(jié)合，從而完成“抗病程序”的植入。

2021年，在江蘇省高郵市開展的大面積示范種植結(jié)果顯示，“揚(yáng)麥33”未防治赤霉病的病穗率1.99%，平均嚴(yán)重度0.82，病情指數(shù)0.52；中抗對(duì)照品種“揚(yáng)麥20”未防治赤霉病的病穗率13.18%，平均嚴(yán)重度1.91，病情指數(shù)8.7。“今年大田生產(chǎn)同樣表明‘揚(yáng)麥33’即使不采取防治措施，其發(fā)病程度也輕于中抗品種防治兩次的發(fā)病程度。”高德榮說。

“揚(yáng)麥33”攻克了抗赤霉病難高產(chǎn)問題，“身體”好產(chǎn)量也高。理論測(cè)產(chǎn)結(jié)果顯示，“揚(yáng)麥33”示范田畝有效穗28.3萬，每穗粒數(shù)50.2粒，預(yù)估千粒重42克，理論產(chǎn)量達(dá)596.7公斤每畝。高德榮介紹，此前不少抗赤霉病材料雖然抗性達(dá)到要求，但農(nóng)藝性狀不理想，不利于育種利用，也無法在生產(chǎn)上推廣，比如莖稈過高易倒伏、生育期過晚導(dǎo)致遲收等。

“我們歷時(shí)十多年，反復(fù)開展田間試驗(yàn)，終于使‘揚(yáng)麥33’在保證優(yōu)良農(nóng)藝性狀的前提下，實(shí)現(xiàn)了赤霉病抗性與產(chǎn)量協(xié)同提高。”高德榮告訴記者，“揚(yáng)麥33”在國(guó)家小麥良種聯(lián)合攻關(guān)兩年度大區(qū)試驗(yàn)中平均比對(duì)照增產(chǎn)5.18%，在2019-2020年度生產(chǎn)試驗(yàn)中平均較對(duì)照增產(chǎn)5.74%，居參試品種第1位，增產(chǎn)點(diǎn)率100%，實(shí)現(xiàn)了抗赤霉病同時(shí)又能獲得高產(chǎn)的重大突破。

此外，受訪專家介紹，“揚(yáng)麥33”籽粒硒含量高于其他小麥品種，穩(wěn)定性好，具有較高營(yíng)養(yǎng)價(jià)值，適應(yīng)人民群眾對(duì)健康食品的需求。

由“經(jīng)驗(yàn)育種”向“精準(zhǔn)育種”轉(zhuǎn)變

農(nóng)業(yè)農(nóng)村部小麥專家指導(dǎo)組組長(zhǎng)、揚(yáng)州大學(xué)農(nóng)學(xué)院教授郭文善介紹，多年來，小麥赤霉病在長(zhǎng)江中下游和黃淮小麥產(chǎn)區(qū)高發(fā)，年發(fā)病面積超過1億畝。高德榮告訴記者，“揚(yáng)麥33”已在江蘇、安徽、湖北和浙江等地示范種植，目前田間抗病性和豐產(chǎn)性表現(xiàn)突出，今年秋播期間將在長(zhǎng)江中下游赤霉病重發(fā)地區(qū)推廣。

小麥育種由“經(jīng)驗(yàn)育種”向“精準(zhǔn)育種”轉(zhuǎn)變。中國(guó)工程院院士張洪程認(rèn)為，“揚(yáng)麥33”的育成為抗赤霉病改良做出了貢獻(xiàn)，鞏固了我國(guó)抗赤霉病育種在國(guó)際上的領(lǐng)先地位。中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院副院長(zhǎng)倪中福表示，“揚(yáng)麥33”利用分子育種技術(shù)手段加強(qiáng)各類抗性基因聚合，大幅度提高育種效率和性狀改良精準(zhǔn)性。

受訪專家介紹，“揚(yáng)麥33”主要實(shí)現(xiàn)了在保證優(yōu)良農(nóng)藝性狀的前提下將公認(rèn)的抗赤霉病主效基因與來源于揚(yáng)麥本身的抗赤霉病位點(diǎn)相結(jié)合，使赤霉病抗性與產(chǎn)量協(xié)同顯著提高。同時(shí)，“揚(yáng)麥33”還利用分子育種技術(shù)導(dǎo)入了抗白粉病基因Pm21，實(shí)現(xiàn)高抗白粉病，可減藥增效，生態(tài)效益突出。

在高德榮看來，當(dāng)前我國(guó)糧食生產(chǎn)向現(xiàn)代化邁進(jìn)過程中，一家一戶小生產(chǎn)對(duì)農(nóng)藥、化肥等投入成本意識(shí)不強(qiáng)，更關(guān)注產(chǎn)量。但家庭農(nóng)場(chǎng)、種植企業(yè)等不僅關(guān)心產(chǎn)量，更關(guān)注成本投入、生產(chǎn)風(fēng)險(xiǎn)，要求品種抗病抗逆性強(qiáng)、高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)和節(jié)本高效，更有利于良種普及。他認(rèn)為，持續(xù)提高小麥抗病抗逆性，提高農(nóng)民種糧效益，助力保障國(guó)家糧食安全，是農(nóng)業(yè)科研工作者應(yīng)盡職責(zé)，他將踔厲奮發(fā)、繼續(xù)探索。