我国小麦种业科技研发现状与展望

文丨刘录祥

小麦是我国重要的口粮作物。党的十八大以来，以习近平同志为核心的党中央把保障粮食安全作为治国理政的头等大事，提出了“确保谷物基本自给、口粮绝对安全”的新粮食安全观。目前，我国人均粮食占有量超过470公斤，高于人均400公斤的国际粮食安全标准线，小麦品种的自主率为100%。做好小麦种业科技研发对保障我国粮食安全有着重要的意义。

一、小麦产业基本面

我国小麦的单产水平居世界先进水平。全世界小麦年种植面积在30～33亿亩之间，总产达到7.0～7.8亿吨。我国作为小麦生产和消费大国，常年种植面积3.5亿亩，总产连续8年超过1.3亿吨，2022年总产达到1.38亿吨。2022年平均单产水平达到了390.4公斤/亩，10年间增加了22.3%。我国小麦平均单产水平低于英国、法国和德国等单季种植的国家，但比美国、加拿大、澳大利亚、俄罗斯等小麦出口大国高70%；比同属一年两熟制的印度高60%。

小麦单产提升对总产发挥决定性作用。小麦产业的发展是以科技支撑为基础的。过去70多年，小麦总产从1949年的1381万吨增加到2021年的13695万吨，增长了8.9倍。小麦平均亩产从1949年的42.8公斤增加到2021年的387.3公斤，增长了8倍。改革开放以来，随着农业产业结构性调整，小麦种植面积不断降低，从4.4亿亩减少到2021年的3.5亿亩，几乎减少了1亿亩，但平均亩产从123公斤增加至387.3公斤，带动总产从0.54亿吨提升到1.37亿吨。这表明小麦单产的贡献对总产持续提升发挥了决定性作用。

我国优质麦进口呈快速增长态势。从1978年开始，我国已经开始对优质麦进口作出结构调整。2020年优质麦进口量显著增加，超过800万吨，2021年进口972万吨。2022年进口量达到996万吨，同比增加1.9%，吨价同比增长22.3%，进口小麦吨价逐月增长，从1月份平均吨价365.1美元，增加至10月份的416.7美元。据不完全统计，2010—2021年，小麦主产区优质强筋小麦品种仅占同期本区域推广品种总数的8%。因此，未来需要持续落实调优结构政策，不断提升优质小麦品种占比。这既是满足国内自身消费的需求，也是节约外汇的重要措施。

黄淮麦区产量差成因与解决路径。近些年出现一种现象，农作物品种的大面积平均产量与同期报道的高产创建的记录产量往往存在较大的差距，我们称其为“产量”差。2022年，从北部冬麦区到长江中下游麦区，多地小麦高产创建达到亩产800公斤以上，而黄淮麦区更是出现了9个实打验收典型案例亩产达900公斤以上。据测算，黄淮地区小麦理论最高亩产可以达到1600公斤。2022年小麦亩产最高纪录为950公斤，只实现了理论最高产量的59%；近年来国家级区域试验平均亩产为515公斤左右，只实现了理论最高产量的32%，部分品种可以达到亩产650公斤，但仍与理论最高产量差距较大；而同期农户亩产量仅有415公斤，为理论最高产量的26%。究其原因，主要是缺乏可重复的区域性高产高效配套技术，加之实用技术到位率低、共性技术精准度不够等。因此，需要进一步探索高产潜力挖掘和新技术突破，加强集成区域性高产高效协同关键技术、推广并精准实施新技术、提高配套农艺措施的精准度，逐渐缩短产量差。

二、小麦产业发展重大需求

保障国家口粮绝对安全。小麦在保障国家口粮绝对安全中占据重要战略地位，因此小麦生产举足轻重，其丰产对全年粮食的增产和丰收起到带动和鼓舞作用。俗话说，夏粮丰收，全年主动，我国利用不足10%的耕地面积生产了世界20%的粮食总量，小麦生产起到了积极的带动作用。

推进小麦绿色可持续发展。我国水资源严重短缺，淡水资源总量占全球水资源的6%，人均水资源仅占世界的1/4，其中农业用水占用水总量的62%。小麦是需水大户，占北方农业用水的70%，水资源的短缺导致小麦常年受旱面积约1亿亩，减产50亿公斤以上。未来小麦品种和生产的节水化是实现小麦高产稳产、大幅度提高中低产田产量、保障粮食安全，推进绿色可持续发展的重要途径。

促进小麦品质多元化与国民营养健康。目前，我国优质专用小麦的需求仍依赖进口，主要用于制作高档面包和糕点，配粉用麦连年增加，因此需要逐步以技术创新来弥补优质麦需求的缺口。同时，兼具营养特色的功能性产品开发对改善国民营养健康十分重要，如富锌、富铁、高抗性淀粉、高膳食纤维等小麦可以满足不同消费人群的差异化需求。此外，从品种端到加工产品全产业链，对功能专用型产品的实际需求增长较快，迫切需要优化农产品供给结构。

掌握小麦产业国际竞争主动权。随着气候变化和国际地缘政治冲突加剧，国际小麦市场不确定性增加，必须加大小麦自主产能，降低对外依赖。国际种业竞争核心主要依靠原创科技，针对面临的技术创新挑战，必须做好小麦源头科技创新，突破小麦种业科技关键核心技术。我国小麦产业市场相对较小，小麦种业市值常年在160亿元左右，种业企业自育和科企合作育成品种合计占比约25%，需要加快培育具有国际竞争力的小麦种业企业。

三、我国小麦产业体系科技研发新进展

育成小麦新品种大面积推广应用，支撑种源自主可控。2022年，国家小麦产业技术体系遗传改良研究室收集评价小麦种质资源9380份，引进包括东方小麦、阿拉拉特小麦、提莫菲维小麦等261份，从中筛选出产业急需的强抗旱种质、高抗穗发芽和强筋高抗茎基腐病等资源。不断优化和改良小麦育种技术与方法，如小孢子离体诱变技术、高通量突变基因筛选TILLING技术等。组装了超强筋小麦品种济麦44的基因组，开发出的多种不同用途的小麦液相芯片，分别用于小麦基础研究和育种应用。克隆和解析多个重要农艺性状基因，如矮秆抗倒伏基因Rht8、干旱应答信号通路TaSnRK2.10等。阐明了河南省小麦遗传改良过程中品种的氮素吸收利用和籽粒生产效率遗传改良进展。通过远缘杂交，将外缘冰草有益基因导入到栽培品种中，为小麦产量和抗性改良提供了创新种源。构建了以小麦骨干亲本“京411”为背景的全外显子大容量突变体库，为小麦功能基因挖掘与新品种培育提供了重要材料基础，并在国内外公开发放。

国家小麦产业技术体系年均育成小麦新品种130个左右。其中2022年育成国审品种54个、省审品种70个。15个品种入选2022年农业农村部主导品种，占全国小麦生产主导品种的60%；所育成冬小麦品种年推广面积占全国总面积的36%以上，超过1.05亿亩。一些冬小麦品种如“济麦22”“烟农19”“鲁原502”“郑麦9023”“郑麦1860”等，已经在生产上大面积推广应用。

水肥耕种土全环节集成技术促进小麦产量和效益提升。国家小麦产业技术体系栽培与土肥研究室研发的冬小麦节水省肥优质高产技术等8项技术入选2022年农业农村部粮油生产主推技术。稻茬小麦灭茬免耕带旋播种技术等13项技术入选2022年度省级农业主推技术。水肥耕种土全环节集成技术的推广应用，可使小麦产量实现3.1%～11.8%的增产，水分利用效率提高6.0%～22.7%，土壤主要肥力指标提高6.5%以上，温室气体减排25%以上，每亩节本增收可达120～200元。

对麦田水氮协同增效机理的研究，为小麦绿色生产提供了理论支撑。在测墒补灌节水34.4%条件下，施氮显著调节了各生育阶段的耗水量。相比传统方式减氮22.2%，可显著降低硝态氮淋溶的风险。开发了丰产绿色节水增效关键技术及装备，实现小麦农田精准高效用水，支撑了黄淮海平原粮食安全与水安全。创新“实时监测—快速诊断—智能决策—精准实施”水肥一体化精准施用控制装置，集成了黄淮海平原控水、提质、增效技术模式。

秸秆还田有利于土壤培肥，其关键技术在于将秸秆的有效生物质转变为土壤的有机质。目前研究表明，秸秆来源生物炭引起的作物产量变化与土壤关键物种的丰富度和多样性密切相关，可为生物炭在不同土壤上的高效利用提供新策略。

小麦主要病虫害监测防控与致病机制解析获重大突破。国家小麦产业技术体系病虫草害防控研究室从感病基因入手来解析致病机制、培育抗病品种，是一种全新的病虫害防控策略。研究鉴定到首个小麦条锈菌感病基因-细胞质激酶类受体基因TaPsIPK1，为作物抗病育种开辟了新路径和新材料。陈剑平院士、许为钢院士评论该研究工作兼具理论突破性和生产应用价值，是植物病理学与作物抗病育种领域的标志性成果；实现了抗病与农艺性状的协同，是实现种源自主可控，提升种业原始自主创新能力的跨越性突破。

针对赤霉病菌，国际上已经明确了草欧菌素与真菌麦角甾醇的互作机制，筛选获得了能显著抑制赤霉菌子囊壳形成的生防菌ZJU23。该研究不但加深了对赤霉病机制的了解，也为后续防治药物的开发提供了理论基础。此外，详细报道了赤霉病菌侵染小麦的过程，降低病菌对硝化胁迫的抵抗能力可有效提高寄主抗性，为抗性小麦材料的创制提供新思路。

持续改良机械效能，高质量服务小麦全程机械化生产。小麦是主要农作物中机械化程度最高的，耕种收综合机械化程度达到97%以上。国家小麦产业技术体系机械化研究室在一些特殊区域，特别是生态脆弱区，推广免少耕播种技术和复式耕播技术取得了很好的效果。实施小麦免少耕播种技术，在玉米秸秆覆盖地实现高效小麦免少耕播种，播种深度合格率大于80%。利用复式耕播技术，可一次完成深松、旋耕整地、分层施肥、碎土镇压、开沟播种、覆土等多项作业；作业后地表平整、松土深度稳定性系数大于87%、地表平整度标准差0.663。在此带动下，农业农村部设立了“保护性耕作（黄河流域）机械化科研基地”。

提升种业创新条件能力、转型升级数字化小麦产业，用科技支撑小麦产业发展。

利用小麦播种机器人技术，已经能够实现小麦无人化智能播种，克服了传统农业受农时、驾驶经验、人工疲劳等影响，提高小麦播种精度和作业效率，实现以“机器换人”。基于大型喷灌机的移动滴灌及精准变量灌溉技术取得新突破，基于地下滴灌及水肥一体化技术应用得以稳步推进。创建了小麦地下滴灌水肥一体化技术模式，相比地面灌节水10%～25%；利用移动滴灌系统，实现自动化灌溉，解决喷灌水分蒸发漂移和冠层截留损失的难题；利用精准变量灌溉技术，开发了基于冠层温度的土壤含水率反演与变量灌溉决策系统，实现大型喷灌机变量灌溉精准控制。

四、小麦种业科技研发展望

近年来，我国小麦种业科技创新为促进小麦产业发展提供了重要科技支撑。迈向小麦产业高质量发展新征程，我们仍然面临多方面的挑战，例如，缺少优质专用品种、缺乏节水抗旱品种、缺少双减绿色品种、病虫危害逐年加重、消费量连年增长导致的需求增加等。因此，需要通过科技创新，发掘优异资源、培育重大自主品种并实现产业化；创新高效精准栽培科技、提升新一代育种技术、集成绿色生产关键技术，并加强技术的应用与示范；提升种业创新条件能力、转型升级数字化小麦产业，用科技支撑小麦产业发展。

2020年，中国农业科学院创新工程启动实施了小麦“藏粮于技”增粮行动重大科研任务，提出到2025年全国小麦平均单产达到400公斤、2030年达430公斤的行动目标，用以带动实现2025年小麦总产达到1.4亿吨、2030年达1.52亿吨的产能。小麦增粮行动实施三年已经取得显著成效。在此基础上，2022年，中国农业科学院成立了小麦产业专家团，面向黄淮海、长江中下游、西南西北三个小麦生产功能区，全方位开展小麦产业科技支撑工作，构建“集团军式”大联合、大协作的科技服务网络体系，成为一支小麦稳产保供的科技小分队。