刘秉华：与矮败小麦结缘一生

文｜本刊编辑部

矮败小麦是我国农业科技界的一项开天辟地的、带有重大自主创新性的科技成果。利用矮败小麦开展轮回选择育种，可以使数十个甚至上千个亲本的基因进行大规模的反复重组，并不断优化，进而使群体得到改良，极大地提高育种效率。

早在20年前，中国杂交水稻技术就被世界粮农组织列为解决世界上粮食短缺国家的首选技术，这项成果还获得中国第一个“国家特等发明奖”。

然而，在育种技术家族中还有一个后起新秀，那就是——矮败小麦育种技术。利用这一新种质和新技术可使数十个小麦亲本的优异基因聚合到一个新品种之中，从而提高新品种的产量、品质、抗病虫、抗不良环境条件的水平，实现高产、优质、抗性三者的有机结合。这项技术对传统小麦育种技术产生了革命性的影响，是继杂交水稻之后，有望产生巨大经济和社会效益的农业领域又一重大科技成果。

谈到这项育种技术，我们不得不从中国农业科学院作物科学研究所小麦育种专家刘秉华说起。

完成“太谷核不育小麦”的基因定位

1979年，中国农业科学院恢复研究生招生的第一年，正在河南镇平县教书的刘秉华，考取了育种专家、爱国华侨邓景扬的研究生。在他读研究生期间，遇上了一个从此结缘一生的研究课题——太谷核不育小麦。

雄性不育品种是进行作物群体改良和大规模生产杂交种的工具，是遗传育种工作者重要的研究对象，可是在自然界寻找雄性完全不育的小麦比大海捞针还要艰难。

1972年5月的一天，山西省太谷县郭家堡村农民技术员高忠丽在麦田中发现了一株特殊小麦，它的雌蕊柱头发达，雄花完全退化、败育；小麦开花时，颖壳张开角度大，柱头外露，便于接受外来花粉，异交结实率很高。

如今已60多岁的高忠丽，还清晰地记得当时的情形：“1971年，当时太谷县各大队技术员，都在找小麦不育株，也确实找到了一些，但冬天种下去，第二年和正常小麦没什么两样。1972年，他们都放弃了，我还在找。后来，我在太谷县水秀乡郭家堡村的几百亩麦田里找到了一个不育株。这个株有四穗，我让其中一穗自由授粉，一个套袋不授粉，两个套袋拿其他小麦人工杂交授粉，收获的果实种下去，得到了理想的效果。”

很长的时间里，高忠丽拿着由最初的那株小麦繁衍的后代，四面八方寻求支持，却终因识者不多而暂时搁置。

利用矮败小麦技术选育出来的第1个国审品种“轮选987”，高产、稳产、综合抗性好、适应范围广，比对照品种平均增产14.6%。

一切都是机缘，终于，她等到了著名小麦遗传育种家邓景扬。1979年，邓景扬经过遗传学分析后认为，这是一株世界上首次发现的由一个显性雄性不育单基因控制的天然小麦突变体，在遗传学上和育种学上具有重要利用价值，将其命名为“太谷核不育小麦”。

太谷核不育小麦的发现与鉴定引起了中央高层的重视，邓小平亲自作了批示，原国家科委主任方毅主持成立了全国的协作组，进行联合攻关，希望早日把它广泛用于育种上。

明确太谷核不育小麦的不育性受一对显性基因控制以后，下一个重要研究课题就是确定这个基因在小麦21对染色体的哪一对上，完成基因定位不仅有理论意义，而且有重要应用价值，这一个问题不解决，就难言有大的发展。之前，高忠丽等的研究，抽穗前无法知道哪些是可育与不育，是混合的，只有开花时才知道，不好利用，效率很低。

为克服这些问题，就要做标记，做标记，就要知道显性基因在哪个位置，这就需要基因定位。当时还是研究生的刘秉华跟着老师邓景扬一起，参与到这项科研工作中。太谷核不育小麦基因的定位并不是块好啃的“甜饽饽”——由于它的基因性质特殊，不能用常规方法定位。上世纪80年代初，基因定位在国际上属前沿工作，国内刚刚起步。特别是小麦雄性不育基因定位不能用常规方法，国内外尚未进行过此类基因定位的先例。邓景扬先后访问了美国，英国，法国和国际小麦改良中心，向数位著名遗传育种专家请教太谷核不育小麦基因定位法，但都没得到明确答复。此时，刘秉华主动请缨承担这一任务，要把自己的研究生论文定位在这个题目上。

刘秉华调动了自己全部的知识贮备，还翻译了国内外最新发表的有关论文，反复比较了各种定位的方法。专心研究这个题目的他连走路、吃饭、休息都在琢磨。一天，刘秉华在研究生集体宿舍靠窗的上铺上，脑子里还在想基因定位问题。突然来了灵感，眼前一亮，为什么不用端体分析的方法？不妨试试，可以利用有关染色体的特殊行为进行分析，不仅解决了不育株只能做母本的问题，而且方法较单体分析更简便易行。他急忙起来，把方案记了起来。

当时刘秉华很兴奋，彻夜未眠，第二天一早就赶到实验室，将这一好消息告诉了导师，导师将信将疑，前人没有用过的方法能行吗？虽然理论上可行，可是在短短的两年时间内，能完成吗？不少疑问挂在导师脸上，刘秉华坚决的表示，一定按时完成任务。

经过温室和异地加代的回交种植以及对数千株太谷核不育小麦的细胞学检测和遗传分析，刘秉华出人意料地用简捷的方法，圆满地完成了太谷核不育小麦的基因定位。国际上将此不育基因命名为Ms2。随后召开了成果鉴定会，得到农业部部长、著名科学家谈家桢等领导和专家的肯定，此项成果最终获国家科技发明二等奖，而刘秉华也成为中国植物遗传研究会最年轻的委员。

然而，用染色体排除和端体分析一套新的定位程序和方法，将太谷核不育基因定位在4D染色体短臂上，这只是找到了太谷不育基因的住所。怎样让这个基因在麦田里一目了然，怎样让它容易识别？当时国内一些搞同类研究的同行都没有解决这个问题。

刘秉华回忆说：“当时我曾尝试用蓝粒性状，解决太谷核不育的标记问题。”他做了大量太谷核不育小麦与蓝粒小麦的杂交试验，不育与蓝粒有时连上了，后代又分开了，总是不能将二者紧密地连在一起。子粒颜色标记的理想并未实现。

不仅如此，随着大田育种工作的继续，太谷核不育小麦不能克服的缺点也显现出来：必须在抽穗后才能人工分出不育与可育，而且轮回选择群体株高逐年升高，费工耗时，也不利于小麦的遗传优化。

刘秉华陷入沉思。他想到了株高，能不能有一种办法，让这株小麦是矮个的，又是不育的？

让不育和矮秆走到一起

用太谷核不育小麦和矮秆作物资源杂交，培育带有矮秆不育基因的小麦，是当时国内几个单位都感兴趣的课题。按照一般规律，在杂交的几百株里就应该有一株新的类型，但是大家的研究实验结果都不理想。在多次失败后，有人下结论说，矮秆不育属于“致死型”，不能生存，所以我们不可能得到。

刘秉华却不以为然。他推断，只要加大种植规模，小麦有关基因就能交换到一起，就可能得到不育的矮秆类型。在没取得足够的科研经费之前，刘秉华决定自己先干起来。 1985年的下半年，刘秉华开始“独立”。独立之初，条件十分艰苦——在一间简易的平房里，一台普通显微镜，一台冰箱，一个试验台，两张办公桌和一张作为烤种台用的借来的床板，这成为他的全部家当。

搞一轮小麦杂交、测交要花3年时间，刘秉华的研究大概要经过9年的培育期才会有结果。刘秉华自己翻地、耕地、播麦种，还要亲自浇水、施肥。在小麦生长季节，每天天一亮他就到地里，一棵一棵地观察、养育，一棵一棵地做标记、授粉；然后，他带着记录和标本回到实验室，在显微镜下进行细胞学分析比对；下午他又下地，直到天黑。

刘秉华培育的第一轮小麦群体有321株，第二轮扩大到3824株，都没能得到预想的矮秆不育小麦。经历一次次的失败后，刘秉华丝毫没有灰心。他反复审视了自己的设计方案，认为理论上完全可行。随着地里的“孩子们”越长越多，他感到既定目标也越来越近。

随着实验群体的扩大，机遇终于出现了。种三轮按常规要9年时间，可刘秉华的巧妙设计把时间大大缩短。只用了5年时间，在第3轮的5216株小麦中，终于出现了一棵他们期待已久的矮秆不育株。在它的发育期，刘秉华亲自授以丰产、抗倒抗病、节水耐旱的小麦品种的花粉；到了播种季节，他又亲自将这个矮秆不育株结的235粒种子精心地撒向大地。又经过8个月的漫长等待，在收获的季节，刘秉华终于看到了期望的结果——它们的后代群体中分离出了矮秆不育株和非矮秆可育株。这两种类型的株高区别非常明显：高秆可育株极其容易向矮秆不育株授粉；而矮秆不育株就像一个花粉接受器，不用人工，就可以自然地接受高秆小麦的花粉并进行基因重组。为了进一步确定以上结果的稳定性，下一年，刘秉华继续给矮秆不育株授粉，结果又分离出一半矮秆不育株和一半高秆可育株。刘秉华欣喜若狂，从此，他得到了梦寐以求的具有矮秆基因标记的太谷核不育小麦——矮败小麦。

矮败小麦的研制成功，极大地提高了太谷核不育小麦的科学价值和应用潜力。

创制“矮败小麦”育种技术新体系

创制矮败小麦的目的，不是为了矮败小麦，而是以矮败小麦为母本的小麦后代，方法固然好，若没产出好的良种，那也不是好方法。刘秉华很清楚这个道理。

据刘秉华介绍，“矮败小麦”不是一个具体的品种，而是一个育种工具，它就像一个良种加工厂、孵化器，育种材料通过它可以源源不断地培育出满足不同需求的新品种，实际上是为小麦育种研究提供一个先进成熟高效的技术平台，适合在我国各大麦区应用。

矮败小麦是我国农业科技界的一项开天辟地的、带有重大自主创新性的科技成果。利用矮败小麦开展轮回选择育种，可以使数十个甚至上千个亲本的基因进行大规模的反复重组，并不断优化，进而使群体得到改良，极大地提高育种效率。矮败小麦群体相当于一个小麦新品种选育的生产车间，应用这个育种平台，今后可以成批量生产小麦新品种，可比常规小麦育种方法提高功效上百倍，是我国小麦育种技术研究的革命性突破。

刘秉华带领的课题组一反传统的“人工去雄授粉”方法，成功地创制了低成本高效率的“矮败小麦”育种技术新体系。这样的矮败小麦育种群体，就像新品种的“加工厂”和“孵化器”，从中可以持续不断地选育出各具特色的小麦新品种。用这个新体系育种，解决了许多传统育种方法难以解决的矛盾，比如高产与优质、矮秆与高产等等，矮败小麦已经显示出孕育大面积亩产600公斤的“超级小麦”远大前景。

2003年，在国家小麦新品种的展示中，北京试点有42个品种参加，在产量位居前10名的品种中，前3名都是用矮败小麦技术选育出来的；用矮败小麦技术选育出来的品种在前10名中占了一半。

常规育种技术选育出来的品种一般能增产3%～5%；而利用矮败小麦技术选育出来的第1个国审品种“轮选987”，高产、稳产、综合抗性好、适应范围广，比对照品种平均增产14.6%；在淮海农场农科所国家试验点的亩产，破纪录地达到715公斤。

2003年京、津、唐地区的小麦白粉病发病严重，不少品种大面积倒伏，轮选987不仅没有感染病害，而且表现了良好的抗倒伏性。同年7月15日，农业部组织召开“矮败小麦创制与高效育种新体系”成果鉴定会，李振声院士、庄巧生院士等高度评价矮败小麦“创新性强，使用效果好，发展潜力大”。鉴定会鉴定矮败小麦是“独特的遗传资源，属国际首创，整体上达到了国际领先水平”。

2005年6月10日，中国农业科学院院长翟虎渠在北京顺义区的“矮败小麦轮选987”观摩现场宣布：“中国农业科学院创制的矮败小麦育种平台，可开展轮回选择育种，可以使数十个甚至上千个亲本的基因进行大规模的反复重组，并不断优化，进而使群体得到改良。应用这个育种平台，选育出优良品种的概率明显增加，可比常规小麦育种方法提高功效上百倍。”“十五”期间，全国利用矮败小麦育种平台共选育出10多个省级以上审定的优良小麦品种，有50多个品系正在参加国家、省（市）区域试验；累计推广2000多万亩，创经济效益15亿元以上。

矮败小麦的问世，是小麦遗传育种史上重要的里程碑，它标志着我国小麦育种技术获重大突破。矮败小麦不但适用于我国的不同生态区域，也同属于地球村。它一旦推广，带来的将是全世界小麦育种的革命性转变。由小麦遗传育种的5名院士参加的鉴定委员会认为，矮败小麦“这个独特的遗传资源属国际首创”，“该项成果创新性强，实用效果好，发展潜力大，整体处于国际领先水平。”

矮败小麦的问世，是小麦遗传育种史上重要的里程碑，它标志着我国小麦育种技术获重大突破。

矮败小麦将走得更远

今年1月14日，国家科学技术奖励大会在北京召开。刘秉华等来了这项迟到的大奖：矮败小麦育种技术获得国家科技进步一等奖，他是第一完成人。

当他接过2010年度国家科学技术奖励大会科技进步一等奖的大红证书时，感慨万千——“这是国家颁给广大农业科技战线所有工作者的荣誉，体现了党对‘三农’工作的重视与关爱。也说明农业的进步必须依靠科技进步来支撑。虽然我为这个项目付出了毕生的心血，值得！”这就是中国农业科学院作物科学研究所小麦育种专家、博士生导师刘秉华研究员的获奖感言。

得知刘秉华获奖的消息后，他的研究团队，很多人都流出了激动的泪水，但刘秉华一如往常，依旧日出而作，日落而归，忙忙碌碌。实际上，现在新乡国家矮败小麦育种技术中心的年轻员工们，没谁比他跑得快。“他一来中心就领我们下地，一圈又一圈，我们腿都拖不动了，他还蛮有劲儿。”育种中心的负责人位运粮说。

谈到未来的计划和目标，刘秉华说：“我们搞科研的宗旨就是要创新，目的就是为农业生产服务，为农民增收服务。为了这个目标，我要继续做下去，不断完善成果，使它在农业生产中发挥更大作用。当然，我还有一个梦想，就是要把这个成果推广到世界上去，让全人类共享我们中国人的科研成果。”