科学普及 | 小麦的杂交育种

如果没有物种之间的杂交，今天世界上三大谷物之一的小麦就可能不会存在。因为，现代小麦来源于远缘杂交。人类最早种植的是产量很低的二倍体一粒小麦，约80万年前它与另一种二倍体植物拟斯卑尔脱山羊草发生天然远缘杂交，产生产量稍有提高的四倍体二粒小麦；这种四倍体二粒小麦再与二倍体的粗山羊草杂交，就形成了最古老的六倍体普通小麦。普通小麦不仅产量更高，还从粗山羊草基因里面继承了可以发面做成馒头、面包的特性。

经过9000多年的自然选择和人类有意识地不断将不同优良品质的小麦进行杂交、选择，才形成了我们今天种植的具有高产、优质、抗逆等优良性能的小麦。

小麦是自花授粉作物，大自然中异花杂交成功率很低。直到现在，人工有性杂交，仍然是最常用的小麦育种方法。那么，小麦的人工有性杂交育种是怎么进行的呢？

我们先来认识一下小麦。

整个小麦穗为一复穗，是一种复穗状花序。穗轴直立而不分枝，上面有许多节，在每一节上着生一个小穗。每一个小穗基部有一对颖片，里面有若干朵无柄的两性花，一般顶部小花发育不完全。每朵花有：一片外稃，不少品种的外稃顶端延长成芒；一片内稃，薄膜状，船形；一枚雌蕊，三枚雄蕊。雄蕊的花药与雌蕊的子房同时成熟。二片浆片，当小麦开花时，浆片吸水迅速膨胀，将内、外稃撑开，雄蕊的花丝不断伸长，三个花药从顶端开裂后能散出几千粒花粉；雌蕊其实只要有一粒花粉给它授精就可以了，但它还是将柱头展开如两片羽毛，尽量扩大接受花粉的面积，确保它能抓住一生中关键的二、三天时间里才会有的一次机会。小麦抽穗后，如果气温正常经过三到五天就能开花。开花大多集中在上午的八时到十一时，下午的二时到六时。

小麦是自花授粉植物，多数品种一边开颖，一边授粉，也有少数品种闭颖授粉。当我们看到雄蕊黄色的花药伸出稃片，随风颤动，还有圆圆的花粉在稀稀落下，也就是通常说小麦扬花的时候到了。其实可以看到，花药里基本上已经是空的了，而雌蕊的柱头上早已落下了许多花粉，授粉过程已基本完成了。

科研人员在清晨和傍晚，将母本去雄。先在母本群体内选择花药呈绿色，花药与子房都还没有完全成熟、植株健壮的主茎穗，去掉基部和顶部发育较晚的小穗，留下八到十个小穗。

自下而上逐一剪去小花上部三分之一的颖壳和麦芒。接着马上去雄。先用左手大拇指和食指轻轻压在要去雄的花朵内、外稃基部，右手用镊子轻轻插入内、外稃的中间，完整地夹出3个花药。注意不要碰伤柱头，损伤子房。为便于操作和检查取出的花药是否完整，可将花药取出后先粘在中指上。

整个麦穗的去雄，要先从麦穗的一侧开始，从下向上进行，做完一侧再做另一侧。去雄时，如发现花药已经变黄或已经破裂，应弃用另选合适的小穗。去雄结束后，套好纸袋，在标记牌上写上母本名称、去雄日期等内容，拴在植株上。

去雄后的母本，一般在第二天上午就可进行授粉。那时柱头会呈羽毛状分叉并带有光泽，表示柱头已经成熟。

在开花最盛的时段，在父本群体内选取麦穗的中上部已经有一到两朵小花散粉并且健壮的父本穗，自下而上逐一将颖壳的顶端连同麦芒一起剪去，把它剪短插在土中，等待散粉。用不了二、三分钟，我们肉眼就可以看见，插在土中的父本穗上有很多花药正在钻出颖壳，准备散粉了。

剪去套在去雄母本穗上纸袋的上端，轻轻地将插在土中的父本穗拔出来，一手撑开纸袋口，一手小心地将父本穗剪口朝下，放入纸袋中，旋转、抖动几次，花粉就会洒落到雌蕊的柱头上，这就是在给雌蕊人工授粉了。授粉结束后，将纸袋剪口折叠、夹住，在标志牌上写上父、母本名称和杂交的日期等信息，挂好。还没有授粉的子房看不清楚。授粉后过了5天，子房已长成这个样子了；过了10天，更大了；经过30到35天灌浆期，小麦籽粒逐渐饱满，由绿色变成黄色，这个时候就完全成熟了。

通过杂交得到的籽粒就是杂种种子。这些种子在田间种植后，收获F1代种子，再经过一代种植，称为F2代植株，这一代植株表现大幅度分离，科研人员要针对植株性状和穗部性状表现、抗病性、抗逆性等进行系统的评价，挑选符合育种目标要求的后代，到F5代以后，各项性状大体稳定了，方可出圃。然后还要经过产量比较、区域试验等层层的考验，最后通过审定，才能交给农民大面积种植。小麦从开始杂交到一个高产优质新品种的诞生，能去肩负保障国家粮食安全的重任，整个过程常常需要漫长的十年。

《中国农业产业发展报告2022》显示，2010年以来，中国小麦的自给率98.4%，为我国经济社会稳定发展和抵御突发事件冲击提供了坚实的保障。

摄像：朱星腾 张瑞杰

配音：孙斌

后期：毛钰婷

编导：毛志明

科学顾问：李洪杰 张宏军

策划统筹：徐琴

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