改造小麥基因

國外曾有一位專家針對世界糧食產量長期徘徊的現狀，提出了“誰來養活中國”的問題。現在，中國科學家以自己的才智和出色的工作做了回答：中國人可以自己養活自己！

經過近20年的不懈努力，李振聲和他的課題組不分春夏秋冬，終于培育出一批持久抗病而且高產優質的小麥新品種。其中小偃6號最為突出，推廣面積達1.5億畝，增產小麥40億千克，創造了巨大的社會和經濟效益。2007年2月27日，李振聲和他的課題組，因在小麥育種上的杰出成就，被授予2006年度國家最高科學技術獎，小偃6號獲得了國家發明一等獎。

“人是鐵飯是鋼，一頓不吃心發慌”。中國有13億人，全國人一天早餐的用糧就要13萬噸。2003年我國人均糧食占有量不到350千克，還不夠吃一年。據統計，中國糧食總產量已經連續四年下降，2003年跌至4.3億噸，降到10年來的最低點。而中國糧食產量的最低警戒線是4.85億噸。換句話說，中國糧食產量按最低要求還差5 500萬噸。怎么辦？一些專家把眼光轉向了小麥。

我國是世界上小麥的起源地之一，中華民族的祖先很久以前就栽培小麥了。但古時候的小麥畝產才幾十千克，也不太好吃。科學家用自然選擇的理論對小麥進行改造，培育出很多小麥良種，它才同水稻一樣成了主要的糧食作物。小麥對氣候和土壤的適應能力較強，既能在溫度較高的南方生長，也能忍受北方－20℃的嚴寒，無論山地、丘陵、平原的沙土和黏土均可種植。但世界小麥平均畝產不到150千克，中國為300千克，單產與水稻不能相比。

小麥育種成世界難題

現在世界上廣泛栽培的普通小麥是六倍體，具有21對（2n=42）染色體。根據遺傳學和細胞學性質，這21對染色體可分為三組，以AA、BB、DD表示，每組7對。它們在小麥的起源和進化中有著不同的來源。正因為小麥的染色體來源豐富，所以它對環境的適應性強，種子胚乳的營養豐富。但在人們的長期種植呵護下，小麥養尊處優，漸漸地丟掉了祖先的一些好的遺傳特性，特別是對一些真菌病害失去了抵抗力。小麥條銹病是世界小麥生產上的重要病害，尤其在高緯度或高海拔冷涼地區為害嚴重。病害流行時，受害小麥可減產30%以上，甚至絕收。在1959年以前，我國每年給條銹病吃掉的小麥高達50多億千克。中國小麥條銹病流行區主要在河北、河南、陜西、山東、山西、甘肅、四川、湖北、云南、青海、新疆等地。2003年后，小麥條銹病又在我國大面積發生，西北、西南和黃淮海近3 000萬畝染病，2004年發病小麥達1億畝左右。南方麥區的四川涪江、嘉陵江和安寧河流域，有24個區縣發生小麥條銹病，發病區縣占到全市區縣數的60%。

科學家認為，小麥所以不抗病，是因為在人工栽培條件下抗病基因丟失了。科學家們想通過雜交育種，提高小麥的抗銹能力。但世界統計數據表明，條銹病病菌5年半就會產生一個新的變種，而選育一個小麥新品種至少需要8年時間。這就是說，育種家辛辛苦苦選育出的品種，根本趕不上病菌的變異，小麥抗銹育種成了世界級難題。

李院士決心闖一闖

與小麥同屬的野生牧草如偃麥草、長穗偃麥草等就不得條銹病，因為它們的抗病基因十分優秀。我國小麥專家李振聲想，牧草的抗病能力很強，能不能將牧草的抗病基因轉移到小麥中去，選育出具有持久性抗病的小麥新品種？曾是牧草研究員的李振聲決定試一試。

牧草和小麥是同屬不同種植物，親緣關系較遠，這種雜交在生物學上被稱作遠緣雜交，同馬與騾進行交配的性質相似。李振聲帶領課題組，分別試用了12種牧草與小麥雜交，終于有3種成功，其中長穗偃麥草和小麥的后代表現最突出。但難題接踵而來，其中一個嚴重問題是雜交的第一代多數不育，就如同驢和馬雜交后生下的騾子不能再生育一樣。同時雜種后代多數像草，經過用小麥對雜種兩次回交，才分離出像小麥的雜種，但后代的性狀一點也不穩定。

要解決這些難題，唯一可行的辦法是繼續試驗。李振聲和他的課題組不分春夏秋冬，在實驗室和溫室進行實驗，經過了近20年的不懈努力，終于培育出一批持久抗病而且高產優質的品種。其中小偃6號最為突出，區域試驗比對照品種增產28%～31.9%，推廣面積達1.5億畝，增產小麥40億千克，創造了巨大的社會和經濟效益。

高科技構筑安全防線

小偃系列麥種的成功，證明了優秀基因的高品質。現在，我國的小麥年產量在1億噸上下，已是水稻產量的一半。山東省濟陽縣示范推廣的“航天一號”超級太空小麥11萬畝，平均畝產達600千克，最高畝產超過700千克。

遠緣雜交對小麥遺傳改良有重要意義，但難度大，來來回回的雜交、選擇、回交，耗費時間長，不能滿足糧食生產的需要。李振聲從小麥與長穗偃麥草雜交后代中發現了一個小麥新種質。這是由一對攜帶藍粒基因的偃麥草染色體，代換了一對小麥染色體后形成的。以它為親本與其他小麥雜交，通過染色體重組，獲得了只有一條帶藍粒基因染色體的藍粒單體小麥(藍單體)。它可以在一個麥穗上長出深藍、中藍、淺藍和白粒4種顏色的種子，根據種子顏色就可以知道它們的染色體數目(深藍42，中藍與淺藍41，白粒40)。這樣，就解決了過去小麥染色體育種中，繁殖單體必須對其后代的每粒種子進行顯微鏡檢測才能知道其染色體數目的難題。

為了快速地將外源優良基因導入小麥，李振聲用“小偃藍粒”為材料，建立了一套新的染色體工程育種系統，大大縮短了育種年限，使我國小麥育種的方法和技術走在世界是前列。

1986年在中國西安召開的首屆國際植物染色體工程會議上，100多位中外專家對“小偃藍粒”高度評價，認為這是小麥染色體育種史上具有里程碑意義的發現。李振聲和他的團隊，還通過藍單體獲得了大量的染色體數目為40的小麥（缺體小麥），經連續自交選擇，使缺體小麥自花結實，并建立了快速選育小麥異代換系的新方法，為小麥染色體工程育種的實用化開辟了新途徑。

我國農學家還對500多個小麥品種，進行氮磷施肥吸收差異對比，鑒定與篩選出了“磷高效”和“氮高效”小麥質資源，研究和揭示了它們的生理機制與增量潛力，同時開展了相關的遺傳研究，為提高氮、磷吸收和利用效率的小麥育種工作奠定了基礎，使我國的小麥育種技術走在世界前列。