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“周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”的“经典”和“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。
表1 2004-2020年全国年推广面积500万亩以上大品种(万亩)
表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个“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, 仅1984年创制的“周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。
周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 Comm,2024-12-16)。
根据对“周8425B”作骨干亲本衍生审定新品种的统计,全国共有12省(区、市)197家育种科研单位,利用“周8425B”作骨干亲本育成审定新品种415个(包括国审品种123个),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“周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
“周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”和“周麦11”、“周麦16”、“周麦23”等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18在2004-2007年成为大品种,2003年审定的周麦16在2010年成为大品种,2007年审定的周麦22在2011-2016年成为大品种,2011年审定的周麦27在2016-2017年成为大品种,2018年审定的周麦36在2022-23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号/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号 ,国审麦2012010)2016-2020年连续6年、郑麦7698(郑麦9405/4B269//周麦16,国审麦2012009)2015-2017年连续3年、郑麦379(周13/D9054-6,国审麦2016013)2018-2023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20190027)2021-2023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号”(豫审麦20242025)的亲本来源就是“周麦32号/周麦36号”。
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。