小麦育种中的“周麦现象”及其思考

学术   2024-12-24 23:59   江苏  

以下文章内容转载于一麦众承

本文的目的是探索作物育种的规律。欢迎大家一起讨论!“周麦现象”是不是说明,表现优秀、亲缘关系相近、但仍有一定差异的A品种和B品种杂交,是自花授粉作物杂交育种的一种配组范式?

一、写作本文的目的和起因


写作本文的目的是探索作物育种的规律。其起因较为复杂。闲聊如下。

我真正的写作始于1982年读研期间,限于学术,后持续20年多年,虽然再之后并未完全中断,但明显减少。我开始写科普性文章,其起点大约是2010年,起因是2007年科技部将转基因研究列入全国顶级科技计划——首批16个重大科技专项,与大飞机、新一代通信、艾滋病等一道,国家大力度资助。此后不久转基因争论十分激烈,起初我只是围观,一段时间之后,我对反转基因言论实在看不下去了,在新浪网开通博客,网址是http://blog.sina.com.cn/science1996,开始了以转基因为主的科普写作,打发业余时间,但从不参与争论。后来,2009年我在国家第二轮资助中主持了转基因棉花产业化研究课题,科技部对课题负责人提出科普转基因的要求,要求写文章,作讲座,并列入考核指标,于是转基因科普成为了我的正业的一部分。

随着科技部重大专项课题的结束,转基因科普写作也陷于疲劳,长江流域棉花产业萎缩,加之我国粮食作物转基因产业化遥遥无期,根本看不到曙光,数年后在科普写作的路上,转向种业,尤其是水稻种业。在这一领域,我写出不少总结成现象类的文章,如水稻、玉米大品种的“骨干亲本现象”,水稻育种的华占现象粤稻现象,还有水稻育种革命的偶遇想象(四次偶遇、四次革命)、主效基因闹革命现象(主效基因闹革命)、中国种业的民退国进现象央企有种现象、种业公司亿元魔咒现象,等等。每一个现象的背后都有值得深入思考的地方,都隐藏着一个看不见的东西——最有价值的东西。

今天写一下小麦育种的周麦现象 写作本文的目的是探索作物育种的规律对小麦育种,我是门外汉,有错误之处,欢迎粉丝善意指出。

二、周麦现象的特点及其证据


周麦是河南省周口市农科院(前身周口地区农科所)育成的小麦品种的专用名称。杜娘告知,周口农科院1979年开始小麦育种,至2024年,最新审定或结束试验品种的编号至少为周麦52”。当然,有些编号可能刻意未用,有些编号的品种可能没有通过审定,我估计大约通过国审或省级审定的品种30多个。我对小麦育种是门外汉,因关注作物育种方面的信息,时间久了,周麦给我留下了深刻的印象。于是又特意地去了解了一些关于周麦的信息,主动搜索了一些关于周麦的文章,发现周麦的里程碑事件是周麦9号和1984年郑天存团队创制的8425B”

我之所以提出周麦现象并码字讨论,是觉得周麦成为作物育种的一种现象,值得种业界人士关注,甚至思考和探索,特别是对于育种者,应该可以从中发现一些有价值的东西。我说的周麦现象,至少有以下事实支撑,或者说周麦现象有以下特点。

1. “周麦在生产上的大品种多 


2004-2020年全国年推广面积500万亩以上的小麦品种共计43个(陈新宏,2024-12-14,一麦众承),笔者根据全国农技中心的数据统计,2021-2023年全国年推广面积前10名的品种新增5个。在这48个大品种中,周麦16周麦18、周麦22、周麦27、周麦36位列其中,占比10%以上,与郑麦系列入围品种数相同,居首位。作为一个地区或市级农科院,育种家在五子登科(即一个本子、一把尺子、一顶帽子、一双靴子、一个袋子)的装备状态下,凭着一把尺子一秆秤,用牙咬,用眼瞪经典生物手段(当然近些年有很大改观),从1979年以来,在2004-2023年的20年里,培育出了5个年推广面积超过500万亩的大品种,占全国同期大品种总数的10%以上,位于全国小麦育种机构之首。可以说,令人叹为观止。

1  2004-2020年全国年推广面积500万亩以上大品种(万亩)

2  2016-2023年全国小麦推广面积前10名品种和面积

2. “周麦被用作育种亲本产生的衍生品种多


第一,在2004-2023年的48个大品种中,周麦作亲本的子一代品种有11个,除5周麦系大品种外,还有百农AK58(周麦11)、百农207(周麦16)、中麦895(周麦16)、郑麦7698(周麦16)、郑麦379(周麦13)、郑麦1860(周麦22),占比22.9%。(括号里的周麦是亲本之一)。

第二, 1984年创制的8425B”这一种质资源,经周麦11、周麦12、周麦13、周麦15、周麦16周麦17衍生出的品种如下图。

8425B具有优良农艺性状和良好的配合力,尤其是突出的成株期条锈病和叶锈病抗性,其本身以及由其衍生的周麦13、周麦16和周麦22等已成为我国多个麦区的重要育种亲本,至2023年已育成审定衍生新品种966个(国审345个,省审621个),形成了以周麦、郑麦、百农、豫麦、豫农、存麦、中麦等为代表的系列品种,种植面积占黄淮南片麦区65%以上,为小麦品种更新换代、生产发展及我国粮食安全和农民增产增收做出了重要贡献(李广伟等,Plant Comm2024-12-16)。

根据对8425B”作骨干亲本衍生审定新品种的统计,全国共有12(区、市)197家育种科研单位,利用8425B”作骨干亲本育成审定新品种415(包括国审品种123),其中黄淮麦区育成衍生审定品种405个,河南省育成衍生品种192个,其中这个项目的6家主持、合作单位审定小麦新品种51个,形成了周麦”“郑麦”“百农”“中麦”“存麦”“豫麦等多个主推品种,占黄淮麦区(南片)推广品种的65%以上。(尚伟民,2023-7-28,中国农村科技)

据周口市农科院统计,自上世纪八十年代以来,至2020年,全国12个省市172家育种单位利用周8425B育成通过国审和省级审定的衍生小麦新品种325个,累计推广5.8908亿亩,2018-2020年累计推广2.0377亿亩。

第三,周麦22的衍生出45个品种(李吴佳等,2023-9-9,作物学报公众号),如下图。

可见,周麦特别是8425B”是小麦育种的重要骨干亲本,衍生品种多。

3周麦及衍生品种获得的科技奖励多


8425B”的后代中,表现优秀者众多,其中百农矮抗58”郑麦7698”两个新品种分别获得国家科技进步一等奖、二等奖;“周麦12”周麦22”百农207”周麦11”周麦16”周麦23”6个新品种分别获河南省科技进步一等奖和二等奖。(尚伟民,2023-7-28,中国农村科技)《矮杆大穗、抗病抗逆小麦骨干亲本新种质周8425B创制与应用》于2020年获河南省科技进步一等奖。还有,周麦9号荣获国家科技进步二等奖。

不完全统计,周麦及其衍生品种获得国家科技奖励3项,河南省科技进步一、二等奖4项和3项。10项国家、省科技进步一、二等奖,这是何等的重量

4周麦育种模式近亲交配的多


周麦真正引起我关注的是它们的配组方式,所以有了这篇小文。据笔者不完全统计,周麦系列品种的名称、审定编号、亲本来源如下表。

从上表可见,自周8425B这一材料1984年创制以后,从周麦11开始,31个品种每个品种均有至少1个亲本是周麦,其中有16个品种全是周麦”/“周麦31个周麦品种,使用亲本67次,非周麦亲本或周麦衍生系亲本仅13次。近亲配组十分普遍。

5. “周麦现象持续不断


第一,周麦系列大品种持续不断。本世纪以来,大部分年份的大品种,都有周麦的身影。2004年审定的周麦182004-2007年成为大品种,2003年审定的周麦162010年成为大品种,2007年审定的周麦222011-2016年成为大品种,2011年审定的周麦272016-2017年成为大品种,2018年审定的周麦362022-23年成为大品种。

第二周麦衍生出的大品种持续不断。比如:百农AK58(周麦11//温麦6/郑州8960,国审麦2005008   2008-2016年连续9年、百农207(周16/百农64,国审麦2013010      2016-2022年连续8年、中麦895(周麦16/荔垦4      ,国审麦20120102016-2020年连续6年、郑麦7698(郑麦9405/4B269//周麦16,国审麦20120092015-2017年连续3年、郑麦379(周13/D9054-6,国审麦20160132018-2023年连续6年成为大品种、郑麦1860(周麦22/郑麦1410//郑麦0856,国审麦201900272021-2023年连续3年成为大品种。

第三周麦近亲交配的育种模式持续不断。2024年最新审定的周麦52(豫审麦20242025)的亲本来源就是周麦32/周麦36

仅凭以上5点,可以说周麦现象毋容置疑,周麦系列的大品种多;周麦的衍生品种多,衍生品种成为大品种的也多;周麦及衍生品种获得的科技奖励多、层次高;周麦育种模式近亲交配的多;周麦现象持续不断,也是毋容置疑,周麦系列大品种持续不断;周麦衍生品种也持续不断成为大品种;周麦获得科技进步奖也持续不断,周麦育种近亲交配方式,也是持续不断。

三、周麦现象的思考和启示


从打开Word准备码字聊一下周麦现象开始,我的出发点和落脚点就是想从中得到一些启示,发现一些有益于育种的新东西,没有其它任何意图,更无商业的目的。我与周口市农科院、郑天存研究员及后继者等没有任何交集,写作此文纯属兴趣使然。周麦现象给我的初步启示大致有以下五点。

第一,杂交有益,近交有害,是祖师爷达尔文总结的生物学规律,但是那讨论的是自然情况下的情形,在作物育种这种强烈人为干预生殖的情况下,可能是另一番景象,自花授粉作物可能更为如此。周麦现象的出现,是不是说明,杂交有益,人工选择条件的近交也可能是有益的?因为人工选择大大淘汰了不利基因,提高了保留群体中有利基因的频率。

第二,育种学教科书强调杂交育种亲本选择的差异性,但周麦现象是不是告诉我们,亲本差异不一定要是地理的、亲缘的、生态的差异,只要是遗传的、等位基因的差异即可?因为双亲只要等位基因有差异,后代就有可能出现基因的重组,形成新的遗传变异,进而形成新的品种。

第三,周麦现象是不是同时也告诉我们,亲本差异不一定是越大越好,有一定的差异足以引起遗传重组、形成新的表现型即可?甚至是不是还告诉我们,亲本差异过大,即差异的基因位点过多,有利基因重组在一起的概率反而降低,在有限的群体中难以选择得到有利基因型?

第四,根据周麦现象,我们是不是可以猜想,基因组功能基因之多,两个亲本差异的基因也足够之多,即使有一定血缘关系的后代,之间的基因差异也是足够之多,其杂交后代基因重组,足以形成新的品种,而已有的有利基因组合还不易因重组而分散?

第五,周麦现象是不是说明,表现优秀、亲缘关系相近、但仍有一定差异的A品种和B品种杂交,是自花授粉作物杂交育种的一种配组范式?如是,作物育种教科书关于杂交育种的亲本选择原则是不是应该更新或改写?有些育种家一辈子育成的品种总是难以超群,是不是掉进了育种学教科书亲本选择原则的坑里

以上五点启示,纯属猜想。有钱、有闲、有条件、有论文需求的人士,可以对周麦系列或其它系列的品种、亲本进行基因组全测序和功能基因解析,分析得出科学的结论。甚至还可对周麦创始人郑天存研究员2006年退休后的丰德存麦系列、存麦系列、艾麦系列等品种及其亲本一并分析。这样,周麦现象的根源就会大白于天下。随便说一句,在我的印象中,小麦杂交育种近亲配组的现象似乎十分普遍,水稻中也有类似现象,只是周麦现象最为突出而已。

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