先正达率先攻克小麦杂交难题

历经十五载科研攻关,先正达成功突破植物学界长期视为不可能实现的商业化规模杂交小麦技术。

小麦堪称全球最重要的粮食作物。据美国农业部统计,去年全球小麦产量达8亿吨。小麦种植范围遍及全球各地,是25亿人的主食,也是全球饮食结构中主要的植物蛋白来源之一。

过去几十年间,众多农作物的产量均实现了增长,这往往得益于杂交技术的突破。通过将不同遗传性状的亲本植株进行杂交,后代植株可继承包括高产在内的多种优良性状。

美国农业部数据显示,去年全球小麦产量达8亿吨

美国农业部数据显示,去年全球小麦产量达8亿吨

这种现象被称为杂种优势,也称杂种活力。玉米、水稻大麦的杂交育种技术已相当成熟,有效提升了这些全球重要作物的产量。

但小麦是个例外。尽管业界曾多次尝试培育具有杂种优势的小麦品种,但这些品种数量有限且难以实现规模化推广。

常规品种仍是主流选择。先正达欧洲杂交谷物产品组合经理James Melichar指出:“全球小麦生产面临产量增长乏力的重大挑战——常规品种的改良空间已十分有限。”

到2050年,全球人口预计将增至100亿,杂交技术不仅有望释放小麦主产区的增产潜力,还能带来其他优势。

James表示:“农民面临严峻的环境挑战,既要应对干旱又要防范洪涝。气温波动也愈发频繁,进一步加剧了种植难度。与常规品种相比,杂交小麦不仅产量更高,还具有更强的稳定性和可预测性。”

James Melichar, Europe Hybrid Cereals Portfolio Manager, Syngenta.

先正达欧洲杂交谷物产品组合经理James Melichar

先正达欧洲杂交谷物产品组合经理James Melichar

小麦杂交难题

遗传杂交技术为何迟迟未能应用于小麦?

部分原因在于小麦是自花授粉作物,但更关键的障碍在于其惊人的遗传复杂性。James表示,这是首个可规模化推广的小麦杂交遗传体系。小麦基因组由六个染色体组构成,要实现规模化杂交育种,必须攻克困扰育种界数代人的重大科学与技术难关。

“小麦是最复杂的作物,拥有三个不同的基因组。这意味着,长期以来我们无法像追踪玉米等遗传结构较简单的作物那样,定位控制优良性状的目标基因。”

通过与已成功杂交的大麦进行对比,可以更直观地理解小麦杂交面临的科研挑战。

基因组

大麦仅有一个基因组,而小麦由三个不同的亚基因组构成。

染色体

小麦独特的染色体结构使其遗传学研究极具挑战。

基因数量

人类约有2万个蛋白质编码基因,大麦约有4万个,而小麦已被证实拥有超过10.7万个基因。

所幸,植物育种技术已取得进步。James表示:“基因测序技术的进步具有颠覆性。2010年,我们只能分析小麦DNA的片段;如今已能筛选全基因组。这对于遗传复杂度如此之高的作物而言至关重要。”

历时十五年破解小麦杂交难题

历时十五年破解小麦杂交难题

这一突破十分关键,因为掌握小麦基因组图谱,使育种专家能更精准定位控制优良性状的基因,从而为先正达育种团队培育强健的亲本系进而为开发新一代杂交种提供有力支持。

攻关之路并非坦途。解锁小麦杂交潜力的征程整整走了十五年才迎来突破性进展。

James回忆道:“2010年5月我们启动概念验证,历时四年培育出适应性杂交种。此后十年则是在此基础上进行规模化开发,最终打造出具备商业可行性的产品。”

规模化育种之路

此类突破的背后,是长达数年的科研攻关、专业积淀,以及规模化运作能力。

格雷戈尔·孟德尔时代以来,传统育种就一直局限在相对狭窄的遗传范围内进行杂交组合。因此,要转向杂交育种,就必须搭建大规模的育种体系。

James表示:“第一步是打破同质化的基因库,引入遗传多样性。这意味着要做成千上万次杂交组合实验。”

培育能够产出杂交种的亲本系,考验的是耐心、恒心与精准度。James坦言:“初期曾淘汰了大量杂交组合”。

这一切努力,最终催生了小麦育种领域的突破性成果——X-TERRA®。

Sandra Maassen, Syngenta’s Hybrid Wheat Crop System Manager.

先正达杂交小麦作物系统经Sandra Maassen

先正达杂交小麦作物系统经Sandra Maassen

X-TERRA® 优化田间管理,赋能农户

先正达杂交小麦作物系统经理Sandra Maassen表示:“杂交小麦是一项重大成就,使其成为现实凝聚了无数人的心血。”

然而,要让这项突破充分发挥价值,田间管理方式也要随之改变。Sandra指出:“杂交小麦要在规模化应用中取得成功,我们必须帮助农户把这个系统的潜力发挥到极致。”

“可以把它看作一个数学公式,”她解释道。“成功取决于遗传特性、种植环境以及农户田间管理三者之间的协同。”

过去三年半,先正达植保与种子部门的专家紧密协作,共同研发配套管理措施,帮助杂交小麦茁壮成长。

“一切都围绕优化展开:杂草管理、病害防治、生物制剂——我们要弄清楚哪些工具有效及如何发挥效用,”Sandra补充道。

高产低耗新路径

研发的这套新作物系统,也让田间管理变得更高效。

“X-TERRA®对小麦的主要病害——壳针孢叶枯病抗性很强”。Sandra解释,“借助Cropwise这类决策工具,农户可以选用生物防治方案,甚至省掉常规的早期杀菌剂,既省钱又环保。”

过去三年,团队开展了40余个试验项目,针对不同场景反复测试,最终形成一套优化后的农艺方案,确保农户能切实感受到杂交技术的田间实效。

Sandra表示:“我们提出假设,交由研发团队开展定向试验——有些验证有效,有些则被推翻,但这些经验最后都会给到农户。”

A suite of agronomic recommendations have been developed to ensure farmers see the difference in the field.

配套农艺方案确保农户看到田间实效

配套农艺方案确保农户看到田间实效

“我们围绕X-TERRA®开发了一整套作物系统,只为给农户提供最佳指导,”她补充道。

目前,两款X-TERRA®产品已在法国获批,将于2026年上市。随后,X-TERRA®平台将分别于2027年和2029年进入英国和德国关键市场。

创新步伐不止,目前已有20余款杂交新品种在上述市场进入审批流程,产品管线储备充足。

对于农户而言,他们面临气候波动与产量瓶颈,X-TRA®正在重新定义小麦的产能潜力。