戈壁灘上有一種野草，莖稈細韌，葉子堅硬窄短內卷，花序粗壯，小穗緊密平行排列成兩行。它有一個好聽的名字——冰草。由于冰草營養豐富，適口性佳，被各種家畜所喜食，成為中國北方干旱及半干旱地區人工草地種植的重要牧草之一。
作為小麥的野生近緣種，在科學家眼中，冰草不僅僅是一種牧草，更是改良現代小麥品種的最佳基因資源。
成熟的普冰小麥。中國農科院作科所供圖
中國農業科學院作物科學研究所研究員李立會從事小麥—冰草研究已經30余年。他帶領團隊堅持原始創新，創制了多穗粒數、綠色抗病的小麥—冰草遠緣雜交小麥新種質，為我國小麥育種創新提供了優異種質資源。
5月24日，中國農業科學院作物科學研究所聯合中原中心在河南省新鄉市舉辦“小麥—冰草”遠緣雜交新品系（種）田間展示暨有效利用研討會。現場展示了小麥—冰草遠緣雜交高產、穩產、強筋新品系（種）90個，其中包括2023年國審新品種“普冰03”和9個正在參加國家區域試驗的新品系。
為什么是冰草
“安徽的小麥經過這么多年發展以后，它的產量遇到了一個瓶頸。穗數是足的，但是穗粒數老是提不上去，特別是老百姓大面積種植的小麥，穗都是尖的，不飽滿。有些品種也出現了退化，這是一個很大的問題。”安徽農業大學教授馬傳喜說。
這種情況不僅僅發生在安徽小麥上。“2014~2017年間參加國家區試和申請保護的313個小麥品種間的遺傳相似度為76~98%。遺傳基礎狹窄是限制現代小麥育種持續健康發展的關鍵問題。”李立會說，我國小麥育種已經取得了舉世矚目的成就，但由于現代小麥品種間同質化、遺傳基礎狹窄，導致小麥單產難以取得實質性突破，限制大面積單產提升，抵御病蟲害及逆境能力嚴重下降。
因此，“迫切需要通過原始創新為小麥育種提供新基因源”。李立會說，在小麥野生近緣種中，冰草屬物種具有小麥育種的眾多優異目標性狀。
冰草每株能結實超過50個穗，每穗粒數超過300粒，而株高低于50cm，是理想的株型；籽粒粗蛋白質含量大于18%；抗病性優良，兼抗條銹、葉銹、稈銹、白粉、黃矮和赤霉病等多種病害；抗逆性極強，具有極強的抗旱和抗寒性，耐鹽堿、耐瘠薄。
正因為冰草具有眾多小麥育種目標性狀，所以它可作為外源供體種實現小麥種質創新與利用效應最大化。20世紀30~80年代，國內外學者對小麥與冰草屬物種間的遠緣雜交進行了不懈努力，但一直未能成功。
李立會團隊在上世紀80年代就開始創建小麥遠緣雜交新技術體系，嘗試解決利用冰草屬物種改良小麥的國際難題。
1988年，該團隊首次獲得中國春與沙生冰草和根莖冰草間的自交可育雜種。1990年獲得普通小麥品種Fukuho與冰草間的自交可育雜種。
李立會說，千分之三的成胚率說明小麥與冰草屬物種間的遠緣雜交確實是困難的。但三次重復雜交實驗證明了他們創建的小麥遠緣雜交新技術體系是科學可行的。
在此基礎上，李立會團隊闡明了冰草和小麥自交可育的遺傳機制。
優異的“普冰”新種質
此次研討會上展示了“小麥—冰草”遠緣雜交新品系（種）90個，被與會者親切成為“普冰”，它們與現在生產上推廣種植的小麥品種間遺傳差異大于60%。這些品系（種）有 20~40個姊妹系，將盡可能滿足推廣區域的不同要求。該團隊還對每個新品系（種）均進行了重測序，基本明確了其所攜帶的冰草P基因組的遺傳成分。
“小麥—冰草”遠緣雜交新品系（種）田間展示。中國農科院作科所供圖
河北農業大學特聘教授張愛民用“繼往開來”四個字形容“普冰”。他說，中國小麥和世界小麥相比是多花多實的，但近幾年傳統育種中似乎丟失了一些多花多實的特點。而“普冰”的雜交后代使得我國小麥多花多實的水平有所恢復，繼承和發揚了過去的特點。此外，“普冰”株型緊湊，葉片直立，使得整個群體有很大的發展潛力。最大的貢獻應該是與現代推廣品種有60%的遺傳差異，大大增加了生產應用品種和育種資源的遺傳多樣性。
馬傳喜在現場觀摩后表示，這次收獲很大，因為他發現小麥—冰草遠緣雜交研究的種質材料已經升級了。雜交后代形成的新種質，不僅多花多實，株型優良，而且具有高產、廣譜抗病性、抗逆、肥料高效利用等特點。
李立會說，要實現小麥育種的改良，首先需要優異的育種親本，而種質創新就是優異育種親本創造的過程。
傳統育種中，畝穗數、穗粒數和千粒重是影響產量的三個要素，但這三者互為負相關，即一個要素的提高往往會造成其他兩個要素的下降，難以同時提高。而小麥-冰草創新種質解決了這個問題，其穗粒數和千粒重相比濟麥22、周麥18等主栽品種顯著提高。目前，該團隊已創制出以增加穗粒數為核心、產量三因素協同提升，比周麥18增產15%以上的育種親本23個。
此外，這些創新種質兼抗白粉病、條銹病、葉銹病等病害，具有廣譜抗病性，為培育持久抗性且兼抗多種病害新品種提供強力支撐。
普冰即將投入生產
在現場，2023年國審新品種“普冰03”引起了與會者的極大關注。國家育種聯合攻關試驗鑒定認為，該品種抗倒能力較強，免疫葉銹病，中感條銹病、白粉病、紋枯病，高感赤霉病；氮磷利用效率均中等。
李立會介紹，它攜帶76個冰草外源基因，包括調控育性和穗粒數相關基因2個、千粒重相關基因1個、分蘗相關基因2個、抗病基因4個、耐逆基因4個。這些基因可能與其穗粒數與畝穗數協同提高、綜合抗病性好的特性相關。
“很高興再次看到普冰麥的表現。小麥—冰草的利用上了一個新臺階。”中國工程院院士、中國農業大學校長孫其信在會上說，從種質材料到新品種，從多花多實到多抗，它會不會成為下一次我國麥區換代的代表性品種，這個品系的潛力還是蠻大的。
“小麥全身都是病。”中國工程院院士、西北農林科技大學教授康振生說，他最近在關注如何提高小麥品種的綜合抗病能力，而普冰的抗病性就是綜合性的。他希望未來對普冰的品種利用上，通過挖掘不同的抗性資源，合理布局，形成生物屏障，對多種小麥病害產生持續的控制力。
中國工程院院士、中國農科院作科所研究員劉旭對普冰很熟悉，但當天的現場會還是讓他感到面目一新。他說，普冰的成功在于其原創性強。到目前為止，其他國家還沒有實現冰草和小麥的遠緣雜交育種。普冰品系的綜合性狀比較好，可以給小麥生產提供很大的潛力。此外，普冰的可用性非常廣闊，兼具優質和高產的特點，遺傳多樣性比較豐富。
截至目前，“小麥—冰草”衍生系發放全國育種單位，培育出攜帶冰草外源目標基因新品種21個、參加國家和省級區試新品系39個，覆蓋全國小麥主產區。未來將建立小麥-冰草創新種質利用聯合體，大力提升利用效率，并加強創新種質中來自冰草P基因組高產、優質、多抗等重要基因的功能解析。
中國農科院作科所所長周文彬說，希望在各單位的關注和支持下，加快以“小麥-冰草”創新種質為代表的種質資源有效利用，讓這個種業源頭上的原始創新繼續發揮它的潛力和生命力，為破解我國小麥育種因為品種間雜交帶來的產量提升瓶頸難題提供新種源，切實成為當前我國小麥大面積單產提升行動的“新質生產力”。
而與會的企業代表對小麥-冰草新品系的高產潛力、抗病性、抗倒伏和抗穗發芽逆境能力和強筋品質特性給予高度評價，對下一步的合作開發和推廣表達強烈意愿。
