小麦丰收故事国家农科组让草成为小麦改良的资源

小麦和小麦草如何实现远缘杂交? 高达一人高的小黑麦为何成为西北和中原地区广泛种植的牧草、饲料粮? 中国小麦是如何培育出可以与世界一流强筋小麦相媲美的?

辽阔平坦的黄淮海平原是我国最大的小麦主产区,冬小麦种植面积2亿多亩。 时值仲夏,我们已进入一年中最忙碌的收获季节。

在黄淮海麦区的中心地带,河南新乡的平原上,有一个特殊的农场。 这里是中国农业科学院作物科学研究所的实验基地,常年有多家农业科研机构驻扎于此。 近日,小麦收获期间,基地举办线上科技开放活动,展示农业科学家数十年育种成果。

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5月7日,在中国农业科学院新乡基地,科学家们在线介绍农业科技进展。中国农业科学院供图

远缘杂交使草成为小麦改良的资源

35年前,刚刚考上研究生的李礼辉为自己设定了一个“不可能”的目标,攻克“小麦-冰草”远缘杂交难题。 在此之前,这个问题一直困扰着世界各地的饲养者。 半个多世纪了。

小麦草是一种常见杂草,生命力极强,具有优良的抗旱、抗寒、抗病能力。 小麦草属植物是小麦的野生近缘种。 它的穗有些类似于小麦的穗,但穗更大,小穗更多,小花也更多。

如果小麦能够具有麦草的顽强生命力和高产能力,必将改变小麦种植的历史。 早在20世纪30年代,国外科学家就开始尝试将两者杂交,但直到半个世纪后的1980年代,还没有人成功。 李立辉的导师、著名农作物种质资源专家董雨辰院士告诉他,两者杂交在国际上已经被宣判了“死刑”。

35年后,在河南新乡的试验田里,由数十种小麦与麦草杂交制成的小麦材料即将成熟。 利用该材料育成新品种15个,储备新品种39个。 15个新品种中,不乏高抗性品种,如甘肃、陕西两省审定的小麦新品种普丙151,已成为条锈病等病害流行的旱地麦区种植的主要品种。 还有高产品种,如国家审定新品种川麦93,每穗粒数54.2粒,增产16.7%。 这一切,李丽辉花了三十多年的时间才完成。 三十多年来,李礼辉和他的团队解决了小麦与麦草花期不同、生殖隔离、杂交胚不能正常发育等诸多难题,为小麦育种增添了多种新种质资源。 “远缘杂交成功以来,已有5000多个小麦草基因通过杂交引入小麦。”中国农业科学院作物科学研究所所长、中国科学院院士钱谦说。 。

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基地占地1100余亩,常年驻扎20余支养殖队伍。中国农业科学院供图

“在小麦驯化的过程中,长期的近交使得小麦的基因变得相似。” 李丽辉说,“而小麦-麦草等远缘杂交引入了目前栽培小麦所缺乏的关键优良基因,不仅可以提高产量,而且抗逆境和抗病害的能力也会增强。”

5月27日,在河南新乡基地举行的线上农科开放日活动上,李礼辉以视频的形式介绍了多种“小麦-冰草远缘杂交”小麦材料,“比如,我现有此类型籽粒数非常高,一般可达100粒以上,千粒重可保证在50克以上,且株形紧凑,有利于增加数量每亩穗数”。

小黑麦,和人一样高的小麦,其实是饲料草

与普通麦田里整齐的小麦不同,试验田里的小麦长得有些杂乱,高低参差不齐,绿黄相间。 事实上,在每一块麦田里,都种植着几十上百种育种材料,科学家们选择那些性能优异的材料,继续培育它们。 新品种的开发往往需要长时间的反复育种。

中国农业科学院作物科学研究所副研究员孟凡华的试验田里长出了很多近乎人高的“小麦”。 这些并不是普通的“小麦”,而是一种叫做“小黑麦”的草料和饲料。 多用途作物。

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小黑麦是新品种,也是优质饲料饲料作物。中国农业科学院供图

5月中旬,部分地方小麦用作青贮饲料的消息引起广泛关注,农业农村部也发布通知,防止小麦毁坏。

制作小麦青贮饲料并不经济。 在“小麦家族”中,小黑麦是专门为畜牧业培育的饲料和粮食作物。 孟繁华介绍,小黑麦是一种非常年轻的作物,发展历史只有140多年。 “但它结合了小麦的高产和黑麦的抗寒、耐寒、耐瘠、抗三锈病、抗白粉病等特性,是一种非常优良的饲料、饲草专用作物。每亩产量在3吨到3.5吨之间,晒干的青干草也能达到1到1.2吨。”

小黑麦广泛种植于西北黄土高原、青藏高原、黄河沿岸盐碱地和南方冬闲稻田。 在种植与养殖相结合的水产养殖业中发挥着极其明显的作用。 20世纪60年代和70年代,我国开发了自己的小黑麦品种,几十年来已成为优良的饲料原料。

试验田里除了近乎人高的小黑麦外,还有一米左右的矮小黑麦,用作饲料。 孟繁华介绍,在国外,小黑麦主要用于饲料,亩产可以达到600公斤,目前,我国也在重点培育小黑麦用于饲料用途。

中国面包,由中国小麦制成

面条的嚼劲与否与小麦的品质有关。 但实际上,我国小麦消费中,主要消费的是中筋小麦。 相比之下,弱筋和强筋小麦在中国的消费量并不多。

中筋小麦主要用于制作面条、馒头等传统面食,而弱筋小麦则多用于酿造等工业生产,强筋小麦则多用于制作面包等特色食品。

过去,我国弱筋、强筋小麦产量不足,品种较差。 尤其是强筋小麦,我国长期依赖进口调整。 随着农业科技的发展,我国自己的弱筋、强筋品种现已普遍赶上国际先进水平。

在小麦品质与新品种育种团队首席科学家何忠虎的试验田里,种植着大面积的国产强筋小麦中麦578。 这是与中国农业科学院作物科学研究所、棉花研究所合作20多年开发的优质产品。 强筋小麦品质优良,抗逆性好,适应性强。 黄河以北、以南、西北地区均可种植。 预计今年种植面积将达到5至600万亩。

何忠虎团队拥有70多年小麦育种经验。 始建于1946年,由已故小麦专家庄巧生创办。 70多年来,代代相传,培育出众多享誉全国的小麦品种。

新乡试验田里,今年除种植中麦578外,旁边还种植了其亲本济麦22、中麦255等。

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几十年来,该基地克服了诸多育种难点,为众多科研单位提供了新的育种材料。中国农业科学院供图

何忠虎介绍,中麦255是河南豫麦49号与澳大利亚优质小麦品种杂交育成的。 选育时间是2008年,历时十几年选育出中国自己的优质强筋小麦中麦578。 “中麦578的品质可与国外优质小麦相媲美,适合制作面包或优质面条、饺子,产量也高于国外。”

中国农业科学院作物科学研究所研究员张勇表示,“2021年,河南焦作试验田种植的中麦578创下了841.5公斤的高产纪录。规模化生产,也能达到600公斤左右,2020年河北邢台某合作社实际收获589公斤,2021年同一合作社收获607公斤,其中865亩连种收获703公斤.”

亲近自然的同时,我们也在不断与自然作斗争

“育种是一个漫长的过程,在无数不同的小麦材料中,才有可能选出特性好的材料,不断地组合、不断地选择,时间长了,才有可能选出一个好的品种。” 在中国农业方面,中国科学院作物科学研究所研究员张学勇的试验田里种植了许多不同品种的小麦。 这些小麦正处于培育过程中,因此不能称为品种。 在育种中,它们通常被称为材料。

“我脚下的材料有的结实,有的矮,都是好材料。有的看上去很高,但实际上不太好。” 张学勇说,“从种质资源到品种,它是一个金字塔形状,底部有无数的种质资源,顶部是育成的品种。”

一个好的品种是什么样的? 张学勇说,首先要有稳定性,其次要有一致性,第三要对当地常见病虫害有良好的抵抗力。

2017年,张学勇团队选用了为河南选育的优良品种中麦66。 这是一种短茎、高抗性品种,不仅产量高,而且适合晚播。 2021年秋洪,造成多地冬小麦晚播,适宜的晚播品种尤为重要。 试验田里有一块2021年11月2日播种的中麦66,与10月15日播种的其他品种相差无几。

农业是一个靠天吃饭的产业,科技的进步让人类有了更多与环境、自然相处的能力。

“比如中麦66,抗病性好,农药用量少,籽粒残留少,对地下水污染少。这就是我们在育种中一直强调抗性的原因。” 张学勇说,“在环境友好方面,养殖中也会强调化肥使用的效果。 如何加强品种对肥料的利用能力,使人类在实现高产的同时减少化肥的使用。 这样也能有效减少化肥的使用量。 对土壤的污染。 中麦66是一个对肥料不敏感的品种,在缺水缺肥的情况下也能生长得更好。 事实上,中麦66的产量水平一般可以达到亩产1250公斤至1300公斤。 斤,管理特别好的时候可以达到1400斤,有很大的推广价值。”

一把青稞一杯酒,新旧农耕文化

在中国农业科学院作物科学研究所研究员杨平的麦田里,高大的小麦已经完全成熟了。 这里种植的是大麦。 与小麦相比,其芒较长,成熟后,籽粒和壳仍紧密。 紧紧地连接在一起。

大麦是一种传统农作物。 它和小麦一样起源于西亚,在其漫长的历史过程中传播到世界各地。 脱粒后的大麦被称为青稞。 是重要的饲料作物,也是酿造青稞酒、啤酒、威士忌的主要原料。

在全球范围内,大麦广泛种植。 杨平表示,全球大麦种植面积约7.6亿英亩,年产量约1.4亿吨,其中70%用于饲料,20%用于酿造,5%用作粮食。 比如,在我国青藏高原地区,居民多以大麦为食。 如今,大麦作为一种健康食品,被越来越广泛地消费。 “比如北方常见的大麦茶,也是用大麦泡制的。 同时,大麦富含β-葡聚糖等成分,有利于防治高血糖。 、高血压、高血脂等,效果很好,可以作为健康食品食用。

新乡的试验田里,种植的大部分是近七十年来种植的主要品种,包括早期的农用品种、近年来开发的新品种以及正在选育的大量大麦原料。 优质苗圃也是大麦育种历史沿革的展示区。 通过了解育种历史的演变,我们可以找到未来的育种方向,培育出农民需要的品种。”

在传统不断演化的过程中,新的育种方法也在改变着育种的现状,特别是分子育种和智慧育种技术的进步,迅速提高了育种的速度和效果。 在阳平的实验田里,有一块特殊的大麦材料,是科研人员通过诱变育种技术获得的。 其蛋白质含量比传统品种高40%左右。

钱谦院士:国家育种团队应该做什么?

种子是农业的筹码。 种业技术进步是农业发展的基础,是保障14亿人口粮食安全的重要前提。 中国农科院的一组数据显示,1978年至2018年的40年间,我国农业全要素生产增长率年均达到3.26%,其中技术进步贡献了78%。

小麦是我国居民的两大主食之一。 我国小麦育种早在20世纪上半叶就开始了。 几十年来,它逐渐走到了世界前列,这要归功于一代又一代的育种者。 不懈探索。

北京国家农作物种质库保存有5万余份小麦种质资源,在河南新乡基地,20多个课题组每年在这里开展60多项科研任务,瞄准黄淮海及周边地区,新培育出一个又一个品种,同时为无数科研单位提供育种材料。

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这里培育的小麦品种在黄淮海及周边麦区广泛种植。中国农业科学院供图

“这就是国家队要做的事情。” 钱谦说,“比如李礼辉建立的小麦-冰草远缘杂交体系,为丰富小麦种质资源做出了巨大贡献,每年为数百台单位提供材料。中胡再好,中麦578他们培育出的小麦粉可以与国外高端小麦粉相媲美,而这一切都始于小麦育种的原始创新。”

据中国农业科学院作物科学研究所资料显示,这个占地约1100亩的新乡基地自1993年开始建设,2003年正式落户,是我国小麦主产区唯一的综合实验基地。黄淮海、海南。 二十年来,荣获国家科技进步一等奖、国家科学技术发明二等奖等多项奖项。 基地培育了多个系列粮食作物新品种,其中中麦895已成为我国第三大小麦品种,强筋高产小麦品种中麦578秋播面积已扩大达到500万英亩。

中国农业科学院作物科学研究所副所长王文胜表示,该基地具有科普功能,每年向政府、企业、种植户、中小学开放,并将把养殖的故事介绍给更多人。

新京报记者 周怀宗

张树静 编辑 赵琳 校对