据海关总署发布的数据显示，2017年，我国大豆、小麦、玉米等几大主粮都有进口，国人人均食用进口粮食10公斤。与发达国家相比，我国的粮食生产效率较低、粮食生产成本偏高，加之城市和工业扩张加剧耕地流失、化学肥料的大量使用造成土壤肥力下降和环境污染等问题，我国的粮食生产现状有待改善；而降低良种选育的成本，以先进的育种方法提高良种产出率，是其中重要的一环。

记者日前从上海市农科院获悉，在国家大麦青稞产业技术体系和上海市科委、市农委重点项目支持下，该院麦类作物育种技术研发团队经多年攻关，创建了麦类作物小孢子高效培养技术。在此基础上研发形成了具有自主知识产权的小孢子低氮（节肥）、病菌毒素（抗病）、高盐胁迫筛选系列技术，可在实验室的培养皿里快速聚合、纯合有益基因，从源头减少农药和化肥的使用。上海市农科院运用该技术为全国30多家大麦、青稞育种团队及部分小麦育种团队提供双单倍体育种（DH育种）公益服务，形成了全国第1个麦类育种技术共享平台，将小孢子水平的高效遗传改良方法成功应用于麦类作物育种实践，成功培育出包括5份大麦、1份青稞的第一批新品种。同时，全国多家育种单位通过该育种技术共享平台，选育出了10多份大麦、青稞、小麦优良新品系，这些品系有望近几年在我国的麦类作物主产区形成新的品种，显示了该育种技术应用的巨大潜力，有力提升了我国麦类作物育种技术的国际竞争力和上海先进技术服务全国的影响力，为我国啤酒工业自主发展、边疆稳定和藏民脱贫致富，提供了可靠的育种技术支撑。

用几个培养皿代替几亩地

中兴的芯片危机警示国人：关键技术一定要自力更生。保障种业安全，使中国人的饭碗端在自己手里，采用自主研发的先进育种方法提高粮食生产效率迫在眉睫。

“比如中国的啤酒消费量全球第一，而过去我国啤酒40%—50%的原料依靠进口，因为国外的啤麦比国内的便宜。现在，我们项目组成员利用小孢子DH育种技术已育成第1批啤麦新品种5份，不仅啤麦品质优，而且品种的耐逆抗病性得到了明显提升。其中‘空诱啤麦1号’为首次通过空间诱变结合小孢子培养技术育成，耐盐性强；另有3份啤麦新品种都高抗黄花叶病。作为中国三大啤麦产区之一的江苏盐城地区，采用这些新的啤麦种子进行种植，相关种植、种子、麦芽等企业通过对该成果形成品种的使用，近3年累计新增产值近3.5亿元，出口创汇750万美元，取得了较好的经济效益和社会效益，有望在一定程度上缓解优质麦种进口需求，同时也在节肥减药方面发挥出生态效益。这是真正的‘藏粮于技’。”“麦类作物小孢子水平的高效遗传改良技术与应用”项目第一完成人、上海市农科院研究员黄剑华欣喜地告诉记者。

据黄剑华介绍，传统的田间育种具有较大的随机性和盲目性，比如，由于不同的土地肥力水平相差较大，一次筛选出来的耐肥力种子往往是假的；需要经过多年一代代的筛选，将种子的好性状留下，最终才能形成比较“纯”的优良性状表达。小孢子细胞具有高度的细胞全能性表达能力，可以由一个细胞形成一棵完整植株；且其在培养皿中，接受到的是一个均一、稳定的胁迫压筛选环境。通过在液体培养基中添加低氮、病菌毒素和高盐等胁迫手段，可以获得对这些胁迫因素具有更强抗性或耐逆性的种质材料，在几个培养皿中胁迫培养可以起到几亩地的筛选效果。

DH育种是现代生物育种技术的重要研究领域，其核心是诱导形成单倍体；而具有“植物生殖干细胞”之称的小孢子（又称花粉粒细胞）培养技术是获取单倍体最为直接有效的途径。通过在细胞层面将小孢子的染色体加倍，形成种子节肥、抗病等优良性状的表达可以一步到位。相较传统育种一般选种要几年、稳定良种又要几年，小孢子培养技术可以在1年甚至两三个月里获得纯合稳定种质材料，从而大大提高良种产出率，相当于用几个培养皿代替了几亩地，还大大降低了农药、化肥的使用，有利于保持土壤生态。但由于基因型依赖和加倍单倍体得率低等障碍，基于小孢子培养的DH育种技术过去一直未在麦类作物育种中发挥重要作用。

高效筛选并稳定种子优良性状

那么，“麦类作物小孢子水平的高效遗传改良技术”到底通过怎样的创新，才在谷类作物上突破了加倍单倍体高效形成和基因型障碍这两大困扰业界的难题？市农科院生物技术研究所副所长刘成洪告诉记者，系列关键技术的创新与集成是关键。研究人员通过创建大麦、青稞、小麦供体植株种植与取材方法，率先在大麦中实现了单株供体材料再生成苗千株以上，从而减少了田间杂交工作量和实验室占用空间；通过优化大麦、青稞、小麦供体植株、器官、细胞不同水平的小孢子培养前预处理方法，成倍提高了小孢子诱导成胚量与分化绿苗数量；通过发明适用大麦、青稞、小麦等麦类作物的小孢子成胚诱导培养基，使得单皿小孢子培养平均再生绿苗达到100株以上，在小孢子再生苗可育性和存活率上关键炼苗和移栽技术上取得了突破，大规模小孢子再生苗异地移栽成活率和可育率均达到90%。通俗地说，就是通过小孢子培养技术，育种工作者可以不分时空、季节地在实验室培养皿中把育种家挑选材料的抗病、耐低氮、耐盐等性状通过小孢子培养技术筛选并稳定下来，形成稳定株系交给各地去做大田鉴定，培育出优良新品种。

据统计，近10年来，研究人员利用500多份来自各地的大麦、青稞、小麦材料，共获得了12万多株再生绿苗，大幅度拓宽了麦类作物小孢子培养的基因型。不同生态区大麦主栽品种单皿小孢子培养平均再生绿苗达100株以上，其中，大麦品种“花30”平均每皿再生379株，超过了国外高花培反应模式品种的再生频率，处于国际领先水平。