科学通报 | 赵昌平团队发表“二系杂交小麦研究进展”综述文章

近日，北京市农林科学院杂交小麦研究所赵昌平研究员团队在《科学通报》发表题为“二系杂交小麦研究进展”的最新综述文章。该文章系统回顾了杂交小麦的发展历程，重点呈现了我国在光温敏雄性不育种质创新、育性调控机制解析以及强优势杂交种创制与高效制种体系构建等方面取得的重要突破。

文章特别介绍了“京麦”系列杂交小麦在增产、抗逆和推广方面的显著成效，展示了其在推动杂交小麦规模化应用中的关键作用。研究团队还展望了未来通过基因编辑、多组学融合、智能育种等前沿技术，进一步推动杂交小麦产业化发展的广阔前景。

该成果的发表不仅体现了我国在杂交小麦领域的持续创新能力，也为保障国家粮食安全和推进现代种业振兴提供了有力支撑。

杂交小麦：突破育种瓶颈，引领绿色农业未来

小麦是全球种植面积最广、消费量最大的粮食作物，在维护全球粮食安全中发挥着不可替代的作用。然而，相较于水稻和玉米，小麦在杂种优势（heterosis）利用方面长期滞后，尚未实现大规模产业化应用。如何有效突破技术瓶颈，充分释放杂种优势，提升产量与抗逆能力，已成为全球小麦育种领域亟待攻克的核心课题。

历史回顾：三系法与化杀法的探索

20世纪50至90年代，杂交小麦育种主要依赖“三系法”和“化杀法”两大技术路径。1951年，日本遗传学家木原均首次合成异源质雄性不育小麦，为三系法的建立奠定了基础。随后，研究人员通过种间杂交与回交转育，构建了包括T型在内的多个细胞质雄性不育系，并形成了由不育系、保持系与恢复系构成的三系杂交体系。

然而，三系法在实际生产中面临不育系繁殖困难、恢复系资源匮乏、育种周期长等难题，严重制约了其产业化应用。同时，该体系对繁育体系依赖性强、稳定性差，不利于大规模制种。

为克服上述问题，自20世纪60年代起，欧美国家开始探索“化杀法” （化学杂交法），采用雄性不育剂（如MH、胺鲜酯等）诱导植株花粉不育。尽管该方法理论上具有制种流程简便、适用性广等优势，但受限于环境安全隐患、药效选择性低、制种稳定性差及成本高昂，始终未能实现技术突破。

重大突破：光温敏二系法的诞生与崛起

20世纪90年代，中国科学家在长期育种实践中发现具有特定生物学特性的光温敏不育系（photo-thermo-sensitive genic male sterile, PTGMS），由此开启了小麦“二系法”杂交育种的新篇章。

不同于三系法，二系法仅依赖不育系与恢复系，不育系的育性可在环境条件变化（如温度、光照）下发生可逆调控：在高温长日条件下育性恢复以自繁，低温短日条件下转为不育以用于制种，从而实现可育性与不育性的精准切换，极大简化了制种体系，提高了效率与经济性。

我国科研团队先后选育出C49S、BS366、BS1453等代表性光温敏不育系。其中，BS366与BS1453可在北京等高温长日地区进行自繁，而在河南等低温短日环境下实现不育并用于杂交制种，表现出良好的环境响应性与育种适应性。

更重要的是，我国在PTGMS小麦育性调控的遗传学与分子机制研究方面也取得突破。不育性的形成受遗传与环境双重调控，关键基因位于2A、2B、3A、5B等染色体上，涉及光信号传导、细胞骨架重塑、激素代谢与脂质合成等多个通路。近年来，WTMS1、SCULP1与TaFAR9等核心基因的克隆与功能解析，深入揭示了温敏不育的分子机制，在转录调控、活性氧（ROS）稳态与细胞壁形成等方面取得实质进展，为基于CRISPR/Cas9的精准育性调控提供了潜在靶点，并为构建系统性的育性调控网络奠定了坚实基础。

自主创新：推动杂交小麦产业化进程

二系法杂交小麦技术的成功应用，打破了三系法与化杀法的技术壁垒，具备育性可逆、繁育灵活、周期短、成本低、适应性广等多重优势。结合我国科研团队提出了“激素—糖代谢协同调控花药开裂”的新模型，发现热激蛋白在高温条件下通过表观遗传机制维持蔗糖供应，进而保障花粉育性，为选育耐热型亲本提供了理论支撑。

结合遗传远缘、生态远缘与冬春杂交等优势组合策略，研究表明，小麦杂种优势主要源自光合效率提升与转录调控能力增强的协同作用。开发出“1:19父母混播”高效制种技术（图1），可显著提高制种产量节约成本，为二系杂交小麦的推广应用和产业化提供了理论与技术支持。目前，我国二系杂交小麦已在多个主产区实现大面积推广，在高产稳产和抗逆性方面表现优异。

图1：杂交小麦“父母本混播”高效制种技术

自2000年以来，我国已审定通过33个二系杂交小麦品种，如“京麦188”和“京麦189”，大面积应用产量提高15%–30%，抗逆性显著增强（图2），在渤海湾与新疆维吾尔自治区等盐碱地实现大面积多年亩产650公斤以上的优异表现。“JM6-3”成为乌兹别克斯坦首个注册的中国杂交小麦品种，在乌兹别克斯坦和巴基斯坦的大面积多点示范应用中产量提升25%–50%。

图2：京麦189大面积应用

在国家重大科技项目与政策扶持下，我国科研团队已建立起从种质创新、分子机制解析、遗传调控研究、强优势杂交种创制到杂交制种应用的全链条技术体系，构建了具有中国特色的杂交小麦育种联合攻关平台。

展望未来：杂交小麦前景可期

作为国家粮食安全的战略核心作物，杂交小麦有望在未来十年实现跨越式发展，大幅提升产量与抗逆能力，为农业绿色高质量发展注入新动能。随着生物技术、信息技术与智能育种的深入融合，二系杂交小麦将迎来更加广阔的发展空间，迈向更大规模的产业化应用，为全球粮食安全与可持续发展贡献中国智慧与中国方案。

赵昌平，唐益苗为该论文的（共同）通讯作者，赵昌平，汪德州为该论文的（共同）第一作者。该工作得到了国家重点研发计划(2022YFF1003502)和北京学者基金的支持。

文章信息

赵昌平，汪德州，张风廷，等。二系杂交小麦研究进展 (J/OL). 科学通报, 2025, 70 (19): 3115-3125.

https://doi.org/10.1360/CSB-2025-0674

https://www.sciengine.com/doi/10.1360/CSB-2025-0674.

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