气候变化了，小麦育种策略也要调整

“气温每上升1℃，所选育的小麦品种的环境适应能力将下降8.7%。”

国际玉米小麦改良中心(CIMMYT)河南中心与中国农业科学院研究人员通过分析CIMMYT近50年来在全球育成的3652份小麦新品系与环境的关系，得出了上述结论。近日，相关研究成果在线发表于《自然-气候变化》。

论文第一作者兼通讯作者熊伟建议，未来必须对现有育种策略进行调整，增加抗逆高产品种的遗传多样性，以适应不断增加的极端天气事件。

CIMMYT首席科学家、华中农业大学教授Ravi Singh认为，该研究是一项开创性的工作，可以指导气候韧性育种。

高产品种抗逆能力降低

“气候变化严重威胁全球农作物生产，培育适应气候变化的作物新品种是确保未来粮食安全的关键。目前育种周期一般在10年以上，因此迫切需要改进现有作物育种方法，提升品种韧性。”河南农业大学特聘教授、负责CIMMYT河南中心研究及日常工作的熊伟表示，“小麦是全球种植最为广泛的主要粮食作物，其适应能力的提升至关重要。”

论文作者之一、中国农业科学院作物科学研究所研究员何中虎说，发展中国家的育种一直以高产为主要目标，通常做法是在高产亲本的基础上，不断引入更多产量性状优良基因或其他需要关注的优良基因，从而使各种优良性状基因在新育品种中不断叠加。

然而，多种优良基因的积累会导致一定的基因隔离，提高品种对环境、栽培管理等条件的需求。在这种情况下，育成品种与自然进化条件下形成的品种之间的基因差异会越来越大，使高产品种的抗逆能力以及环境与管理韧性降低。

“随着全球小麦种植地区变得更加温暖，并且经历更频繁的热浪，培育具有气候韧性的品种将成为确保产量稳定的关键。”熊伟告诉《中国科学报》。

气候韧性的复杂性状育种是指在高产育种中更多引入具有环境适应性的远源基因，如野生种、不同地区和极端环境下进化的农家种等，并针对这些品种对环境适应的表型特性或特定基因，进行杂交和选择或者基因导入和编辑，从而增加品种的适应性。但开展这项工作的前提，是对这些环境适应性强的品种的表型性状、基因特征、适应性机制进行深入研究。

农民可选品种范围更窄了

CIMMYT每年在全球90多个国家和地区的650个试验点鉴定1000份以上小麦新品种新品系。研究团队使用全球品种区域试验中的3652份新品系建立了一个定量遗传模型，模拟了这些品系对过去(1981—2020年)和未来(到2100年)气候情景的产量反应，并评价了每份品系在不同气候条件下的反应。

研究表明，不同小麦品系对温度升高的产量反应存在很大差异。在2011—2020年试验地点的温度平均升高0.26℃的情况下，适应这种变化的品系不到1/3，而适应变化的表现仅在1/4的试验环境下是稳定的。此外，气温每上升1℃，所培育的小麦品种的环境适应能力将下降8.7%。

“气候变化可能会限制发展中国家农民选择优良品种的范围。”何中虎解释说，气候变化的主要特征是不同地区的环境差异变大，同一地区不同时期的环境差异也变大。

气候变化加大了对品种广适性的要求，不仅要求风调雨顺时高产，也要求发生灾害时有一定的抗逆能力，还要求能适应多地的环境。由于这样的品种少之又少，农民可选择的范围非常有限。如果进一步考虑更多的气候变化问题，如减排、提升投入利用效率等，农民可选择品种的范围就更窄了。

熊伟认为，在这种情况下，育种工作需要考虑气候变化导致的更复杂的生态环境。比如，专门针对黄淮麦区的半干旱区，进行高产优质多抗广适性冬小麦育种;针对西南潮湿地区，开展高产抗病育种工作。

需创新育种策略

这项研究还表明，目前很多地区的育种工作尚未把应对气候变化或抗热作为品种选育的重要目标。主要原因是品种育成后通常会在不同环境下进行试种，育种人员认为这种多点试验已经可以反映出气候变化的因素。但实际上，多点试验往往只在少数站点开展，且只进行一两年，并不能全面反映环境差异或可能的温度上升范围。

“为了应对气候变化带来的挑战，育种策略必须系统地将与气候韧性相关的性状纳入育种规划。”熊伟认为，适应气候变化，急需育种创新。

目前，CIMMYT、国际水稻研究所等国际公立育种机构正在进行生理育种。熊伟介绍说，生理育种是利用生理性状选择培育抗热节水、具有广泛环境适应性的新品系。

生理育种不断引入不同的适应能力强的重要基因，保证小麦新品系的遗传多样性和表型稳定性;相比之下，商业育种则不断优化选择过程，使得基因多样性不断降低，逐步形成与其他地区或外源品种的基因隔离。

“由于种种原因，不同国家的品种资源交流受到很大制约，所以这种基因隔离现象在短期内很难改变。而生理育种是打破隔离的主要途径之一。”熊伟说，很多野生品种有很强的适应能力，生理育种可以将广适性基因导入现有推广品种，增强高产品种的环境适应能力。

熊伟强调，系统创新育种方法需要多学科合作，包括生理育种、全基因组选择、基因发掘和基因编辑等，以及持续分析基因型、表现型和环境数据。人工智能辅助模型可以测试各种杂交组合和选择策略，能有效指导实际育种工作，并加速培育气候韧性小麦品种。

相关论文信息：

https://doi.org/10.1038/s41558-024-02069-0