劉秉華：與矮敗小麥結緣一生

文｜本刊編輯部

矮敗小麥是我國農業科技界的一項開天辟地的、帶有重大自主創新性的科技成果。利用矮敗小麥開展輪回選擇育種，可以使數十個甚至上千個親本的基因進行大規模的反復重組，并不斷優化，進而使群體得到改良，極大地提高育種效率。

早在20年前，中國雜交水稻技術就被世界糧農組織列為解決世界上糧食短缺國家的首選技術，這項成果還獲得中國第一個“國家特等發明獎”。

然而，在育種技術家族中還有一個后起新秀，那就是——矮敗小麥育種技術。利用這一新種質和新技術可使數十個小麥親本的優異基因聚合到一個新品種之中，從而提高新品種的產量、品質、抗病蟲、抗不良環境條件的水平，實現高產、優質、抗性三者的有機結合。這項技術對傳統小麥育種技術產生了革命性的影響，是繼雜交水稻之后，有望產生巨大經濟和社會效益的農業領域又一重大科技成果。

談到這項育種技術，我們不得不從中國農業科學院作物科學研究所小麥育種專家劉秉華說起。

完成“太谷核不育小麥”的基因定位

1979年，中國農業科學院恢復研究生招生的第一年，正在河南鎮平縣教書的劉秉華，考取了育種專家、愛國華僑鄧景揚的研究生。在他讀研究生期間，遇上了一個從此結緣一生的研究課題——太谷核不育小麥。

雄性不育品種是進行作物群體改良和大規模生產雜交種的工具，是遺傳育種工作者重要的研究對象，可是在自然界尋找雄性完全不育的小麥比大海撈針還要艱難。

1972年5月的一天，山西省太谷縣郭家堡村農民技術員高忠麗在麥田中發現了一株特殊小麥，它的雌蕊柱頭發達，雄花完全退化、敗育；小麥開花時，穎殼張開角度大，柱頭外露，便于接受外來花粉，異交結實率很高。

如今已60多歲的高忠麗，還清晰地記得當時的情形：“1971年，當時太谷縣各大隊技術員，都在找小麥不育株，也確實找到了一些，但冬天種下去，第二年和正常小麥沒什么兩樣。1972年，他們都放棄了，我還在找。后來，我在太谷縣水秀鄉郭家堡村的幾百畝麥田里找到了一個不育株。這個株有四穗，我讓其中一穗自由授粉，一個套袋不授粉，兩個套袋拿其他小麥人工雜交授粉，收獲的果實種下去，得到了理想的效果。”

很長的時間里，高忠麗拿著由最初的那株小麥繁衍的后代，四面八方尋求支持，卻終因識者不多而暫時擱置。

利用矮敗小麥技術選育出來的第1個國審品種“輪選987”，高產、穩產、綜合抗性好、適應范圍廣，比對照品種平均增產14.6%。

一切都是機緣，終于，她等到了著名小麥遺傳育種家鄧景揚。1979年，鄧景揚經過遺傳學分析后認為，這是一株世界上首次發現的由一個顯性雄性不育單基因控制的天然小麥突變體，在遺傳學上和育種學上具有重要利用價值，將其命名為“太谷核不育小麥”。

太谷核不育小麥的發現與鑒定引起了中央高層的重視，鄧小平親自作了批示，原國家科委主任方毅主持成立了全國的協作組，進行聯合攻關，希望早日把它廣泛用于育種上。

明確太谷核不育小麥的不育性受一對顯性基因控制以后，下一個重要研究課題就是確定這個基因在小麥21對染色體的哪一對上，完成基因定位不僅有理論意義，而且有重要應用價值，這一個問題不解決，就難言有大的發展。之前，高忠麗等的研究，抽穗前無法知道哪些是可育與不育，是混合的，只有開花時才知道，不好利用，效率很低。

為克服這些問題，就要做標記，做標記，就要知道顯性基因在哪個位置，這就需要基因定位。當時還是研究生的劉秉華跟著老師鄧景揚一起，參與到這項科研工作中。太谷核不育小麥基因的定位并不是塊好啃的“甜餑餑”——由于它的基因性質特殊，不能用常規方法定位。上世紀80年代初，基因定位在國際上屬前沿工作，國內剛剛起步。特別是小麥雄性不育基因定位不能用常規方法，國內外尚未進行過此類基因定位的先例。鄧景揚先后訪問了美國，英國，法國和國際小麥改良中心，向數位著名遺傳育種專家請教太谷核不育小麥基因定位法，但都沒得到明確答復。此時，劉秉華主動請纓承擔這一任務，要把自己的研究生論文定位在這個題目上。

劉秉華調動了自己全部的知識貯備，還翻譯了國內外最新發表的有關論文，反復比較了各種定位的方法。專心研究這個題目的他連走路、吃飯、休息都在琢磨。一天，劉秉華在研究生集體宿舍靠窗的上鋪上，腦子里還在想基因定位問題。突然來了靈感，眼前一亮，為什么不用端體分析的方法？不妨試試，可以利用有關染色體的特殊行為進行分析，不僅解決了不育株只能做母本的問題，而且方法較單體分析更簡便易行。他急忙起來，把方案記了起來。

當時劉秉華很興奮，徹夜未眠，第二天一早就趕到實驗室，將這一好消息告訴了導師，導師將信將疑，前人沒有用過的方法能行嗎？雖然理論上可行，可是在短短的兩年時間內，能完成嗎？不少疑問掛在導師臉上，劉秉華堅決的表示，一定按時完成任務。

經過溫室和異地加代的回交種植以及對數千株太谷核不育小麥的細胞學檢測和遺傳分析，劉秉華出人意料地用簡捷的方法，圓滿地完成了太谷核不育小麥的基因定位。國際上將此不育基因命名為Ms2。隨后召開了成果鑒定會，得到農業部部長、著名科學家談家楨等領導和專家的肯定，此項成果最終獲國家科技發明二等獎，而劉秉華也成為中國植物遺傳研究會最年輕的委員。

然而，用染色體排除和端體分析一套新的定位程序和方法，將太谷核不育基因定位在4D染色體短臂上，這只是找到了太谷不育基因的住所。怎樣讓這個基因在麥田里一目了然，怎樣讓它容易識別？當時國內一些搞同類研究的同行都沒有解決這個問題。

劉秉華回憶說：“當時我曾嘗試用藍粒性狀，解決太谷核不育的標記問題。”他做了大量太谷核不育小麥與藍粒小麥的雜交試驗，不育與藍粒有時連上了，后代又分開了，總是不能將二者緊密地連在一起。子粒顏色標記的理想并未實現。

不僅如此，隨著大田育種工作的繼續，太谷核不育小麥不能克服的缺點也顯現出來：必須在抽穗后才能人工分出不育與可育，而且輪回選擇群體株高逐年升高，費工耗時，也不利于小麥的遺傳優化。

劉秉華陷入沉思。他想到了株高，能不能有一種辦法，讓這株小麥是矮個的，又是不育的？

讓不育和矮稈走到一起

用太谷核不育小麥和矮稈作物資源雜交，培育帶有矮稈不育基因的小麥，是當時國內幾個單位都感興趣的課題。按照一般規律，在雜交的幾百株里就應該有一株新的類型，但是大家的研究實驗結果都不理想。在多次失敗后，有人下結論說，矮稈不育屬于“致死型”，不能生存，所以我們不可能得到。

劉秉華卻不以為然。他推斷，只要加大種植規模，小麥有關基因就能交換到一起，就可能得到不育的矮稈類型。在沒取得足夠的科研經費之前，劉秉華決定自己先干起來。 1985年的下半年，劉秉華開始“獨立”。獨立之初，條件十分艱苦——在一間簡易的平房里，一臺普通顯微鏡，一臺冰箱，一個試驗臺，兩張辦公桌和一張作為烤種臺用的借來的床板，這成為他的全部家當。

搞一輪小麥雜交、測交要花3年時間，劉秉華的研究大概要經過9年的培育期才會有結果。劉秉華自己翻地、耕地、播麥種，還要親自澆水、施肥。在小麥生長季節，每天天一亮他就到地里，一棵一棵地觀察、養育，一棵一棵地做標記、授粉；然后，他帶著記錄和標本回到實驗室，在顯微鏡下進行細胞學分析比對；下午他又下地，直到天黑。

劉秉華培育的第一輪小麥群體有321株，第二輪擴大到3824株，都沒能得到預想的矮稈不育小麥。經歷一次次的失敗后，劉秉華絲毫沒有灰心。他反復審視了自己的設計方案，認為理論上完全可行。隨著地里的“孩子們”越長越多，他感到既定目標也越來越近。

隨著實驗群體的擴大，機遇終于出現了。種三輪按常規要9年時間，可劉秉華的巧妙設計把時間大大縮短。只用了5年時間，在第3輪的5216株小麥中，終于出現了一棵他們期待已久的矮稈不育株。在它的發育期，劉秉華親自授以豐產、抗倒抗病、節水耐旱的小麥品種的花粉；到了播種季節，他又親自將這個矮稈不育株結的235粒種子精心地撒向大地。又經過8個月的漫長等待，在收獲的季節，劉秉華終于看到了期望的結果——它們的后代群體中分離出了矮稈不育株和非矮稈可育株。這兩種類型的株高區別非常明顯：高稈可育株極其容易向矮稈不育株授粉；而矮稈不育株就像一個花粉接受器，不用人工，就可以自然地接受高稈小麥的花粉并進行基因重組。為了進一步確定以上結果的穩定性，下一年，劉秉華繼續給矮稈不育株授粉，結果又分離出一半矮稈不育株和一半高稈可育株。劉秉華欣喜若狂，從此，他得到了夢寐以求的具有矮稈基因標記的太谷核不育小麥——矮敗小麥。

矮敗小麥的研制成功，極大地提高了太谷核不育小麥的科學價值和應用潛力。

創制“矮敗小麥”育種技術新體系

創制矮敗小麥的目的，不是為了矮敗小麥，而是以矮敗小麥為母本的小麥后代，方法固然好，若沒產出好的良種，那也不是好方法。劉秉華很清楚這個道理。

據劉秉華介紹，“矮敗小麥”不是一個具體的品種，而是一個育種工具，它就像一個良種加工廠、孵化器，育種材料通過它可以源源不斷地培育出滿足不同需求的新品種，實際上是為小麥育種研究提供一個先進成熟高效的技術平臺，適合在我國各大麥區應用。

矮敗小麥是我國農業科技界的一項開天辟地的、帶有重大自主創新性的科技成果。利用矮敗小麥開展輪回選擇育種，可以使數十個甚至上千個親本的基因進行大規模的反復重組，并不斷優化，進而使群體得到改良，極大地提高育種效率。矮敗小麥群體相當于一個小麥新品種選育的生產車間，應用這個育種平臺，今后可以成批量生產小麥新品種，可比常規小麥育種方法提高功效上百倍，是我國小麥育種技術研究的革命性突破。

劉秉華帶領的課題組一反傳統的“人工去雄授粉”方法，成功地創制了低成本高效率的“矮敗小麥”育種技術新體系。這樣的矮敗小麥育種群體，就像新品種的“加工廠”和“孵化器”，從中可以持續不斷地選育出各具特色的小麥新品種。用這個新體系育種，解決了許多傳統育種方法難以解決的矛盾，比如高產與優質、矮稈與高產等等，矮敗小麥已經顯示出孕育大面積畝產600公斤的“超級小麥”遠大前景。

2003年，在國家小麥新品種的展示中，北京試點有42個品種參加，在產量位居前10名的品種中，前3名都是用矮敗小麥技術選育出來的；用矮敗小麥技術選育出來的品種在前10名中占了一半。

常規育種技術選育出來的品種一般能增產3%～5%；而利用矮敗小麥技術選育出來的第1個國審品種“輪選987”，高產、穩產、綜合抗性好、適應范圍廣，比對照品種平均增產14.6%；在淮海農場農科所國家試驗點的畝產，破紀錄地達到715公斤。

2003年京、津、唐地區的小麥白粉病發病嚴重，不少品種大面積倒伏，輪選987不僅沒有感染病害，而且表現了良好的抗倒伏性。同年7月15日，農業部組織召開“矮敗小麥創制與高效育種新體系”成果鑒定會，李振聲院士、莊巧生院士等高度評價矮敗小麥“創新性強，使用效果好，發展潛力大”。鑒定會鑒定矮敗小麥是“獨特的遺傳資源，屬國際首創，整體上達到了國際領先水平”。

2005年6月10日，中國農業科學院院長翟虎渠在北京順義區的“矮敗小麥輪選987”觀摩現場宣布：“中國農業科學院創制的矮敗小麥育種平臺，可開展輪回選擇育種，可以使數十個甚至上千個親本的基因進行大規模的反復重組，并不斷優化，進而使群體得到改良。應用這個育種平臺，選育出優良品種的概率明顯增加，可比常規小麥育種方法提高功效上百倍。”“十五”期間，全國利用矮敗小麥育種平臺共選育出10多個省級以上審定的優良小麥品種，有50多個品系正在參加國家、省（市）區域試驗；累計推廣2000多萬畝，創經濟效益15億元以上。

矮敗小麥的問世，是小麥遺傳育種史上重要的里程碑，它標志著我國小麥育種技術獲重大突破。矮敗小麥不但適用于我國的不同生態區域，也同屬于地球村。它一旦推廣，帶來的將是全世界小麥育種的革命性轉變。由小麥遺傳育種的5名院士參加的鑒定委員會認為，矮敗小麥“這個獨特的遺傳資源屬國際首創”，“該項成果創新性強，實用效果好，發展潛力大，整體處于國際領先水平。”

矮敗小麥的問世，是小麥遺傳育種史上重要的里程碑，它標志著我國小麥育種技術獲重大突破。

矮敗小麥將走得更遠

今年1月14日，國家科學技術獎勵大會在北京召開。劉秉華等來了這項遲到的大獎：矮敗小麥育種技術獲得國家科技進步一等獎，他是第一完成人。

當他接過2010年度國家科學技術獎勵大會科技進步一等獎的大紅證書時，感慨萬千——“這是國家頒給廣大農業科技戰線所有工作者的榮譽，體現了黨對‘三農’工作的重視與關愛。也說明農業的進步必須依靠科技進步來支撐。雖然我為這個項目付出了畢生的心血，值得！”這就是中國農業科學院作物科學研究所小麥育種專家、博士生導師劉秉華研究員的獲獎感言。

得知劉秉華獲獎的消息后，他的研究團隊，很多人都流出了激動的淚水，但劉秉華一如往常，依舊日出而作，日落而歸，忙忙碌碌。實際上，現在新鄉國家矮敗小麥育種技術中心的年輕員工們，沒誰比他跑得快。“他一來中心就領我們下地，一圈又一圈，我們腿都拖不動了，他還蠻有勁兒。”育種中心的負責人位運糧說。

談到未來的計劃和目標，劉秉華說：“我們搞科研的宗旨就是要創新，目的就是為農業生產服務，為農民增收服務。為了這個目標，我要繼續做下去，不斷完善成果，使它在農業生產中發揮更大作用。當然，我還有一個夢想，就是要把這個成果推廣到世界上去，讓全人類共享我們中國人的科研成果。”