近日，北京市農(nóng)林科學(xué)院雜交小麥研究所趙昌平研究員團隊在《科學(xué)通報》發(fā)表題為“二系雜交小麥研究進展”的最新綜述文章。該文章系統(tǒng)回顧了雜交小麥的發(fā)展歷程，重點呈現(xiàn)了我國在光溫敏雄性不育種質(zhì)創(chuàng)新、育性調(diào)控機制解析以及強優(yōu)勢雜交種創(chuàng)制與高效制種體系構(gòu)建等方面取得的重要突破。

文章特別介紹了“京麥”系列雜交小麥在增產(chǎn)、抗逆和推廣方面的顯著成效，展示了其在推動雜交小麥規(guī)?；瘧?yīng)用中的關(guān)鍵作用。研究團隊還展望了未來通過基因編輯、多組學(xué)融合、智能育種等前沿技術(shù)，進一步推動雜交小麥產(chǎn)業(yè)化發(fā)展的廣闊前景。

該成果的發(fā)表不僅體現(xiàn)了我國在雜交小麥領(lǐng)域的持續(xù)創(chuàng)新能力，也為保障國家糧食安全和推進現(xiàn)代種業(yè)振興提供了有力支撐。

雜交小麥：突破育種瓶頸，引領(lǐng)綠色農(nóng)業(yè)未來

小麥?zhǔn)侨蚍N植面積最廣、消費量最大的糧食作物，在維護全球糧食安全中發(fā)揮著不可替代的作用。然而，相較于水稻和玉米，小麥在雜種優(yōu)勢（heterosis）利用方面長期滯后，尚未實現(xiàn)大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用。如何有效突破技術(shù)瓶頸，充分釋放雜種優(yōu)勢，提升產(chǎn)量與抗逆能力，已成為全球小麥育種領(lǐng)域亟待攻克的核心課題。

歷史回顧：三系法與化殺法的探索

20世紀(jì)50至90年代，雜交小麥育種主要依賴“三系法”和“化殺法”兩大技術(shù)路徑。1951年，日本遺傳學(xué)家木原均首次合成異源質(zhì)雄性不育小麥，為三系法的建立奠定了基礎(chǔ)。隨后，研究人員通過種間雜交與回交轉(zhuǎn)育，構(gòu)建了包括T型在內(nèi)的多個細胞質(zhì)雄性不育系，并形成了由不育系、保持系與恢復(fù)系構(gòu)成的三系雜交體系。

然而，三系法在實際生產(chǎn)中面臨不育系繁殖困難、恢復(fù)系資源匱乏、育種周期長等難題，嚴(yán)重制約了其產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用。同時，該體系對繁育體系依賴性強、穩(wěn)定性差，不利于大規(guī)模制種。

為克服上述問題，自20世紀(jì)60年代起，歐美國家開始探索“化殺法” （化學(xué)雜交法），采用雄性不育劑（如MH、胺鮮酯等）誘導(dǎo)植株花粉不育。盡管該方法理論上具有制種流程簡便、適用性廣等優(yōu)勢，但受限于環(huán)境安全隱患、藥效選擇性低、制種穩(wěn)定性差及成本高昂，始終未能實現(xiàn)技術(shù)突破。

重大突破：光溫敏二系法的誕生與崛起

20世紀(jì)90年代，中國科學(xué)家在長期育種實踐中發(fā)現(xiàn)具有特定生物學(xué)特性的光溫敏不育系（photo-thermo-sensitive genic male sterile, PTGMS），由此開啟了小麥“二系法”雜交育種的新篇章。

不同于三系法，二系法僅依賴不育系與恢復(fù)系，不育系的育性可在環(huán)境條件變化（如溫度、光照）下發(fā)生可逆調(diào)控：在高溫長日條件下育性恢復(fù)以自繁，低溫短日條件下轉(zhuǎn)為不育以用于制種，從而實現(xiàn)可育性與不育性的精準(zhǔn)切換，極大簡化了制種體系，提高了效率與經(jīng)濟性。

我國科研團隊先后選育出C49S、BS366、BS1453等代表性光溫敏不育系。其中，BS366與BS1453可在北京等高溫長日地區(qū)進行自繁，而在河南等低溫短日環(huán)境下實現(xiàn)不育并用于雜交制種，表現(xiàn)出良好的環(huán)境響應(yīng)性與育種適應(yīng)性。

更重要的是，我國在PTGMS小麥育性調(diào)控的遺傳學(xué)與分子機制研究方面也取得突破。不育性的形成受遺傳與環(huán)境雙重調(diào)控，關(guān)鍵基因位于2A、2B、3A、5B等染色體上，涉及光信號傳導(dǎo)、細胞骨架重塑、激素代謝與脂質(zhì)合成等多個通路。近年來，WTMS1、SCULP1與TaFAR9等核心基因的克隆與功能解析，深入揭示了溫敏不育的分子機制，在轉(zhuǎn)錄調(diào)控、活性氧（ROS）穩(wěn)態(tài)與細胞壁形成等方面取得實質(zhì)進展，為基于CRISPR/Cas9的精準(zhǔn)育性調(diào)控提供了潛在靶點，并為構(gòu)建系統(tǒng)性的育性調(diào)控網(wǎng)絡(luò)奠定了堅實基礎(chǔ)。

自主創(chuàng)新：推動雜交小麥產(chǎn)業(yè)化進程

二系法雜交小麥技術(shù)的成功應(yīng)用，打破了三系法與化殺法的技術(shù)壁壘，具備育性可逆、繁育靈活、周期短、成本低、適應(yīng)性廣等多重優(yōu)勢。結(jié)合我國科研團隊提出了“激素—糖代謝協(xié)同調(diào)控花藥開裂”的新模型，發(fā)現(xiàn)熱激蛋白在高溫條件下通過表觀遺傳機制維持蔗糖供應(yīng)，進而保障花粉育性，為選育耐熱型親本提供了理論支撐。

結(jié)合遺傳遠緣、生態(tài)遠緣與冬春雜交等優(yōu)勢組合策略，研究表明，小麥雜種優(yōu)勢主要源自光合效率提升與轉(zhuǎn)錄調(diào)控能力增強的協(xié)同作用。開發(fā)出“1:19父母混播”高效制種技術(shù)（圖1），可顯著提高制種產(chǎn)量節(jié)約成本，為二系雜交小麥的推廣應(yīng)用和產(chǎn)業(yè)化提供了理論與技術(shù)支持。目前，我國二系雜交小麥已在多個主產(chǎn)區(qū)實現(xiàn)大面積推廣，在高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)和抗逆性方面表現(xiàn)優(yōu)異。

圖1：雜交小麥“父母本混播”高效制種技術(shù)

自2000年以來，我國已審定通過33個二系雜交小麥品種，如“京麥188”和“京麥189”，大面積應(yīng)用產(chǎn)量提高15%–30%，抗逆性顯著增強（圖2），在渤海灣與新疆維吾爾自治區(qū)等鹽堿地實現(xiàn)大面積多年畝產(chǎn)650公斤以上的優(yōu)異表現(xiàn)。“JM6-3”成為烏茲別克斯坦首個注冊的中國雜交小麥品種，在烏茲別克斯坦和巴基斯坦的大面積多點示范應(yīng)用中產(chǎn)量提升25%–50%。

圖2：京麥189大面積應(yīng)用

在國家重大科技項目與政策扶持下，我國科研團隊已建立起從種質(zhì)創(chuàng)新、分子機制解析、遺傳調(diào)控研究、強優(yōu)勢雜交種創(chuàng)制到雜交制種應(yīng)用的全鏈條技術(shù)體系，構(gòu)建了具有中國特色的雜交小麥育種聯(lián)合攻關(guān)平臺。

展望未來：雜交小麥前景可期

作為國家糧食安全的戰(zhàn)略核心作物，雜交小麥有望在未來十年實現(xiàn)跨越式發(fā)展，大幅提升產(chǎn)量與抗逆能力，為農(nóng)業(yè)綠色高質(zhì)量發(fā)展注入新動能。隨著生物技術(shù)、信息技術(shù)與智能育種的深入融合，二系雜交小麥將迎來更加廣闊的發(fā)展空間，邁向更大規(guī)模的產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用，為全球糧食安全與可持續(xù)發(fā)展貢獻中國智慧與中國方案。

趙昌平，唐益苗為該論文的（共同）通訊作者，趙昌平，汪德州為該論文的（共同）第一作者。該工作得到了國家重點研發(fā)計劃(2022YFF1003502)和北京學(xué)者基金的支持。

文章信息

趙昌平，汪德州，張風(fēng)廷，等。二系雜交小麥研究進展 (J/OL). 科學(xué)通報, 2025, 70 (19): 3115-3125.

https://doi.org/10.1360/CSB-2025-0674

https://www.sciengine.com/doi/10.1360/CSB-2025-0674.

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