山東農(nóng)業(yè)大學(xué)付道林：雜交小麥之戀，一場孕育國寶的“集體婚禮”

來源：睿見Economy

　　由北京君和創(chuàng)新公益基金會、中國科學(xué)院大學(xué)校友會聯(lián)合主辦，主題為“和而不同，思想無界”的CC講壇第69期演講2025年12月20日在中國科學(xué)院大學(xué)（北京玉泉路校區(qū)）禮堂舉行。山東農(nóng)業(yè)大學(xué)泉脈農(nóng)業(yè)創(chuàng)始人教授付道林出席，并以《雜交小麥之戀，一場孕育國寶的“集體婚禮”》為題發(fā)表演講。

　　演講實錄：

　　大家好，我是付道林。一晃8年時光，很想念大家，也很想念這個舞臺。2017年首次來CC講壇，我還在美國工作，今天，我是山東農(nóng)業(yè)大學(xué)的一員，也是泉脈農(nóng)業(yè)的創(chuàng)始人。回到祖國、挽起褲腿、深耕農(nóng)田，不為別的，就是為了我心中的戀人，雜交小麥。

　　大家知道，小麥很重要，很多人從小吃小麥長大。全球范圍內(nèi)，超過1/3的人口依賴小麥生存。那么，如何讓小麥變得更重要？如何讓小麥養(yǎng)活更多的人口？這是我們所有農(nóng)業(yè)科技工作者，都關(guān)心的問題。

　　雜交種的應(yīng)用呢，在糧食增產(chǎn)中發(fā)揮了重要的作用。以玉米為例，雜交種的商業(yè)化應(yīng)用已有近百年的歷史。在此過程中，雜交種的應(yīng)用帶來了至少6倍單位面積產(chǎn)量的提升。以至于到了今天，全球30多億畝的玉米，幾乎100%采用雜交種。

　　雜交種的本質(zhì)是利用雜種優(yōu)勢。那么，什么是雜種優(yōu)勢呢？就是雜交種比父母本都優(yōu)秀的現(xiàn)象。如圖所示，雜交種可以是發(fā)芽快、個頭高、結(jié)實多等各種表現(xiàn)。

　　聽到這里，大家可能會想，雜交種既然這么好，是不是所有的糧食作物都廣泛地應(yīng)用了雜交種呢？其實不然，在我國三大糧食作物中，玉米100%普及，水稻50%普及，但小麥的應(yīng)用還不到1%。國際上，玉米也是100%，小麥仍不足1%。

　　為什么呢？字面上理解，雜交種是父母本之間的結(jié)晶，父母本之間的遺傳差異越大，混血兒就表現(xiàn)的越充分。因此，在植物上，想獲得雜交種，首先就必須把植物分出個男和女的差異，再讓異性們之間結(jié)婚生子。因此，育種家的工作，很大程度上是做個好月老。

　　這里，讓我們先了解一下植物的結(jié)實特性。以小麥、水稻和玉米為例，每棵植株通常都具有雄蕊–這相當(dāng)于爸爸，還有雌蕊–這相當(dāng)于媽媽，當(dāng)這棵植株自己的雄蕊花粉粒落到自己的雌蕊柱頭上，就構(gòu)成了自花授粉，相當(dāng)于自己跟自己結(jié)婚，所生的孩子也被稱為自交種。因此，為了生產(chǎn)雜交種，我們就得想辦法廢掉這棵植株上所有的雄蕊部分，讓這棵植株變成純母本，然后再接受其他植株的花粉產(chǎn)生雜交種。那么，怎樣才能把所有的雄蕊廢掉呢？有著不同的手段；玉米上很簡單，雄穗和雌穗之間距離20-50公分，可以直接把頂部的雄穗拔掉，因此玉米上早就普及了雜交種。但對于小麥和水稻，由于他們的雄蕊和雌蕊都坐落在同一朵小花，距離僅幾毫米，而且每棵植株上都有著上百、上千個小花，人工去掉所有的雄蕊不現(xiàn)實，說老實話，即使用上AI技術(shù)也無能為力。然而，大自然卻奇跡般地為我們保留了雄性不育基因這個殺手锏，她可以讓雄蕊失效。

　　雄性不育最偉大的應(yīng)用就是袁隆平爺爺引領(lǐng)的中國雜交水稻。袁爺爺?shù)膱F隊在1970年發(fā)現(xiàn)了野生稻雄性不育，在1973年培育了全球第一個雜交水稻品種，并快速帶動了中國雜交水稻和中國種業(yè)的發(fā)展，到了1997年，中國雜交水稻的生產(chǎn)占比就超過了50%，并維持到今天。這里我想問問大家，袁爺爺所引領(lǐng)的這一切，包括水稻不育基因、水稻不育系和雜交水稻，是不是我們中國值得驕傲的寶藏？坦白地講，在我心中，這一切都是我們的國寶！

　　這里展示了麥穗和小花的細節(jié)，當(dāng)我們用上了雄性不育基因，就可以把一株即當(dāng)?shù)⒂之?dāng)媽的小麥轉(zhuǎn)換成一株只能做媽媽的小麥，我們通常稱她為小麥雄性不育系或小麥不育系。這樣一來，這個不育系就只能與我們“選定”的對象結(jié)合，從而孕育出基因優(yōu)良、生命力超強的“小麥混血兒”。

　　因此，想給小麥當(dāng)月老，就必須掌握雄性不育基因這個尚方寶劍。2017年，我首次登上了CC講壇，當(dāng)時介紹了太谷核不育小麥的雄性核不育基因MS2。太谷核不育小麥是“國寶級”種質(zhì)資源，她之所以稱得上國寶，正是因為攜帶了這個“強大的”雄性核不育基因。這個基因很神秘，來無影、去無蹤，所以我給它起了個藝名“孫猴子二世”。

　　2017年5月，我還在美國工作，我與山東農(nóng)業(yè)大學(xué)合作發(fā)表了太谷核不育基因MS2。論文中，我們提出如何利用太谷核不育基因篩選小麥強優(yōu)勢組合并生產(chǎn)雜交小麥的設(shè)想。從那時起，我心里就埋下了從事雜交小麥的種子，但是在美國我一直沒機會、也沒條件開展這項工作。說著說著，就到了新冠疫情，一切變得突然慢了下來。我是一個天生閑不住的人，想到了革命事業(yè)還沒有開始，又經(jīng)歷了出其不意的疫情，我于是暗下決心，我要回國，去追尋我心中的戀人，雜交小麥。那一年，我整整50歲。

　　2020年6月，山東省濟南市對發(fā)展雜交小麥表達了濃厚的興趣和巨大的決心。帶著對雜交小麥的向往，我很快向愛達荷大學(xué)提出了辭職。不得不說，脫口請辭很難為情，一方面：同事們之間關(guān)系很融洽、工作如魚得水，自己也剛剛申報了終身教授；另一方面，將離開自己熟悉的崗位，開始“零”經(jīng)驗創(chuàng)業(yè)。我的工作單位，愛達荷大學(xué)出于好意，也特別為我提供了停薪留職一年的機會。俗話說，“五十而知天命之年”，但我最終還是在天命之年聽從了我的夢想，回到了祖國，找到了我心中的戀人。

　　這里大家看到的是雜交小麥的制種田，中間稍矮的是小麥母本，即雄性不育系，間隔稍高的是小麥父本，即花粉供體，目的就是讓稍高的父本給稍矮的母本授粉，生產(chǎn)雜交種。因此，這就好比我們給成千上萬的青年男女舉行集體婚禮。但是，要想取得集體婚禮的絕對成功，我們對雄性不育系的要求極其苛刻，她們必須是純母本、未婚，帶著以生孩子為目的的結(jié)婚，但又不能奉子成婚。因此，這里的焦點就是我們必須有能力創(chuàng)造出大量的高質(zhì)量小麥雄性不育系。

　　自上世紀60年代以來，全球一直在發(fā)展傳統(tǒng)的三系、兩系和化殺技術(shù)，用來生產(chǎn)小麥不育系。但經(jīng)過了60年的發(fā)展，直到今天雜交小麥的生產(chǎn)占比仍不足1%的事實，說明已有的雜交小麥傳統(tǒng)技術(shù)存在致命的弱點，說白了就是這些技術(shù)產(chǎn)生的雄性不育系并不滿足高質(zhì)量雜交小麥的生產(chǎn)，要么恢復(fù)難、要么制種純度差，從而阻礙了雜交小麥的產(chǎn)業(yè)化！鑒于這種情況，我們必須開發(fā)出能生產(chǎn)高質(zhì)量雄性不育系的新技術(shù)。說到這里，您可能要問了，別人60年都解決不了的問題，你哪來的這種自信？

　　我想說，袁隆平爺爺引領(lǐng)中國，取得了中國雜交水稻的偉大成功。水稻和小麥都是自花授粉作物，我一直堅信，水稻上能成功地事情，小麥上也一定能做得到。今天，如果袁隆平爺爺還健在的話，他也許不會親自做雜交小麥，但他一定會親自傳授雜交水稻的成功經(jīng)驗用來發(fā)展雜交小麥。科學(xué)就是科學(xué)，科技就是生產(chǎn)力。今天我們擁有了大量的科技手段，我們有能力發(fā)展新型雜交小麥。更為重要的是，我們的廣大小麥育種人都傾注了畢生的精力，培育出成千上萬份穩(wěn)定的小麥品系。迄今為止，全國登記的小麥品種已超過1500個，這些優(yōu)良的小麥品種距離雜交小麥僅有一步之遙。今天，我們的使命就是如何運用科技，實現(xiàn)珠聯(lián)璧合。正是因為可以站在巨人的肩膀之上攀登前行，我們開足了馬力，全速研發(fā)新型雜交小麥的核心技術(shù)。

　　前面講了，想給小麥當(dāng)月老，就必須掌握雄性不育基因這個尚方寶劍。迄今為止，我們團隊陸續(xù)克隆了10多個小麥“細胞核不育”基因，請注意，我這里用的名稱是“細胞核不育”，可以簡稱為“核不育”，這完全不同于常規(guī)技術(shù)中應(yīng)用到的“核質(zhì)互作型”和“光溫敏型”雄性不育。一個好的“核不育”基因，它所帶來的雄性不育將更穩(wěn)定、更徹底、更完全、而且不受環(huán)境影響。在我們所克隆的“核不育”基因中，太谷核不育基因MS2可以說是我的初戀，吸引我走向了雜交小麥。但是，2020年8月，當(dāng)我興致勃勃地從美國回來，我突然發(fā)現(xiàn)利用太谷核不育發(fā)展雜交小麥的設(shè)想有壁壘。窮則思變，回國后，我很快又設(shè)計出更安全、能落地的新方案。今天，真正陪伴我走進雜交小麥殿堂的是這個隱性核不育基因Msg47。這個基因的編號很給力，”似妻”就是“好似妻子”的意思，帶上了這個基因，就像打了結(jié)婚證一樣，將保證小麥不育系的純母本身份。

　　利用“似妻”基因，加上我們特有的小麥種質(zhì)，我們在兩年時間內(nèi)，建立了新型第三代雜交小麥CASP技術(shù)，也就是“染色體輔助種子生產(chǎn)技術(shù)。”

　　這里展示了從理論到實踐的第一棵植株，有著劃時代的意義。說到這顆植株，我記憶猶新，因為她是第一棵攜帶所有設(shè)計模塊的植株，當(dāng)時我非常好奇她的育性，每天三番五次地跑過去看，著了魔一樣。記得第一次在顯微鏡下揭示她的育性，我當(dāng)時心怦怦直跳，現(xiàn)在每次想起來還有那種感覺。有一次，一個朋友過來拜訪我，看到了這棵植株，他說：“道林啊！你一定把這棵植株保存好了，將來可以進國家博物館的。”

　　言歸正傳，大家看看這個麥穗，上面結(jié)了藍、白兩種顏色的種子，其中藍色種子將來可以自我結(jié)實，再產(chǎn)生兩種顏色的種子，從而實現(xiàn)周而復(fù)始。但是，這里的白色種子就是全球60余年都在追逐的小麥純母本核不育系，而且這個核不育系克服了常規(guī)技術(shù)的所有弱點。混合的大量藍、白粒種子就可以利用色選機很容易地分開。因此，我們發(fā)明了一種可以高通量、高質(zhì)量、規(guī)模化生產(chǎn)小麥純母本不育系的核心技術(shù)，這就打通了解決雜交小麥規(guī)模化制種的第一道難關(guān)。利用CASP技術(shù)生產(chǎn)的小麥不育系，將確保小麥集體婚禮的100%成功。

　　雜交小麥的最大痛點，不僅僅是規(guī)模化制種，更重要的是如何配制出具有突出雜種優(yōu)勢的種子。大家知道，雜交小麥發(fā)展了60余年，直到今天雜交小麥的生產(chǎn)占比仍不足1%，難道是雜交小麥沒有產(chǎn)量優(yōu)勢？我曾私底下咨詢過很多小麥育種人，大家都認為小麥的雜種優(yōu)勢很明顯。最近，我也查閱了大量的文獻，通常認為，雜交小麥的產(chǎn)量優(yōu)勢介于10%-20%之間。過去的三年，我們自己也在開展雜交小麥的產(chǎn)量試驗，與父本相比，雜交小麥的增產(chǎn)介于11%-32%之間。因此，雜交小麥和其他作物一樣，肯定有優(yōu)勢，這里的焦點就是如何發(fā)現(xiàn)能孕育優(yōu)秀孩子的這對好夫妻。

　　可以說，如何找出這對好夫妻對于所有從事雜交小麥的團隊來講都是一個巨大的挑戰(zhàn)。在業(yè)內(nèi)，我們曾經(jīng)是一張白紙，我們可以走別人的路，一對一配組合、大量測試；我們也可以開辟自己的路，隨機配組合、高通量測試。因此，我們發(fā)明了ByF1技術(shù)，也稱作“雜交一代育種技術(shù)”。我們的宗旨就是實現(xiàn)高通量、高效率、高智能育種。2024年夏季，我們用一個小麥不育系和5，926份父本開展天然混合授粉，再混收所有不育系結(jié)的種子，這就代表著幾千個雜交組合。2024-2025年度，我們在全國安排了16個篩選試點。下面，我們一起看看ByF1的篩選效果。

　　全國范圍內(nèi)，我們優(yōu)選了2，270個單株。通過親子鑒定，我們成功解析了其中1，489個優(yōu)勢單株及其對應(yīng)的838個父本。在這838個父本中，第一名、第二名和第三名父本分別被挑選了106、35和34次，其余835個父本分別被挑選了1-11次不等。綜合考慮不同父本被挑選的次數(shù)和各個單株的產(chǎn)量，我們從中遴選出77個潛在的強優(yōu)勢組合。我們是世界上第一個這么干的團隊，聽起來有點瘋狂，但我相信，肯定會有更多的團隊這么干。

　　這里展示了前三名父本在全國16個試點中的分布情況，比如1號父本，在所有試點中都有出現(xiàn)。這些優(yōu)秀父母本組合，一方面將直接成為強優(yōu)勢雜交小麥，另一方面，也將成為常規(guī)育種的最佳組合，前景非常廣闊。

　　借此機會，我也想特別感謝一下全國16個試點中支持和幫助過這項工作的所有老師、老鄉(xiāng)和同學(xué)們。

　　今年，中美兩國都有了常規(guī)小麥畝產(chǎn)超過1噸的報道。在ByF1實施過程中，我們很驚奇地發(fā)現(xiàn)，棗莊試點的長勢非常好，雖然植株稀少，但每個植株都很厚實。說到這個試點，還有一段佳話，我們在當(dāng)?shù)卣伊艘慌_收割機，收完這片地，師傅問：“這到底是什么品種，看著稀稀拉拉的，卻打了這么多糧食，我也想種。”事后我們做了統(tǒng)計，在每畝僅有1.2公斤播量和粗放管理的前提下，獲得了畝產(chǎn)542公斤的好收成。如果按照每畝2萬個單株和每株平均65.7克的產(chǎn)量來計算，未來每畝的理論產(chǎn)量可達1314公斤。假如我們給理論產(chǎn)量再打個85折，那么未來雜交小麥的高產(chǎn)記錄能否突破畝產(chǎn)1117公斤，我們將拭目以待。

　　有了優(yōu)秀的孩子，我們不甘心，我們還想有更多、更優(yōu)秀的孩子。怎么辦呢？就像我們身邊的各種課外輔導(dǎo)班，目的就是想讓孩子獲得更多的特長。

　　在植物上，我們指的特長就是所說的優(yōu)良性狀或基因，比如抗病、抗倒伏等等。因此，在小麥上，為了獲得更多、更優(yōu)秀的雜交小麥，我們還得從父母本做起，也就是說，孩子的輸贏不能輸在父母本這對起跑線上。在我們確定了最佳父母本之后，我們就可以不斷地給父母本培養(yǎng)特長，再傳遞給后代。俗話講，巧婦難為無米之炊，為了給父母本培養(yǎng)特長，我們就創(chuàng)造了一個超過一百萬份的小麥種源。這個種源，就像一個取之不盡、用之不竭的大寶礦，將為雜交小麥的長遠發(fā)展提供各種優(yōu)異的性狀。

　　說到這個事情，我很感動。在國外，我5年時間創(chuàng)造了不到5萬份突變體，但在中國，不到兩年，我們就創(chuàng)造出100萬份突變體。這個百萬級種源，從播種、到收獲、再到脫粒，全是我們身邊的老百姓用雙手、用汗水，一步一個腳印完成的，從中我感受到了祖國的偉大。

　　我們已經(jīng)從這個百萬級種源中篩選到了具有特長的各種小麥突變體，比如抗除草劑、耐鹽堿、優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)、以及我們的殺手锏性狀“核不育”等等，然后呢，再將這些特長用于小麥父母本的升級換代。

　　為了加快育種速度，增強育種效果。我們又乘勝追擊，利用這套群體建成了全球最大的小麥基因庫。這個基因庫共包括6，248萬個新位點，必將成為我國乃至世界小麥生物育種的核“芯”資源。

　　雜交小麥是個寶，是三大糧食作物中唯一未被廣泛開發(fā)的新質(zhì)生產(chǎn)力。未來，在我國普及雜交小麥的前提下，全國可節(jié)約用種糧70億斤、增加糧食273億斤。從小麥種業(yè)出發(fā)，雜交小麥將促進小麥種子100%商業(yè)化，種業(yè)市值也將從現(xiàn)在的160億元增加至350億元。放眼全球33億畝小麥，她的綜合效益還會再放大10倍。因此，發(fā)展雜交小麥，將意味著傳統(tǒng)小麥產(chǎn)業(yè)的重新塑造和偉大變革，功在當(dāng)下，利在千秋。

　　國際上，很多頭部國際公司正在推出雜交小麥新品種，比如科迪華公司計劃2027年將雜交小麥推向市場。

　　在中國，幾十年來，很多團隊一直砥礪前行。今天，我們將風(fēng)雨同舟、共創(chuàng)輝煌。

　　2021年以來，我們團隊在國家、山東省、濟南市和山東農(nóng)業(yè)大學(xué)的大力支持下，咬定青山不放松，全力開展雜交小麥的快速落地和產(chǎn)業(yè)化。

　　不到五年時間，我們走過了別人要20年才能走完的路；不到1億元的投入，我們創(chuàng)造了別人1億美元也達不到的成就。這就是中國，這就是“小麥智造”。

　　我們將以袁隆平爺爺?shù)摹半s交水稻覆蓋全球夢”為指引，大力發(fā)展雜交小麥。未來，如果全球一半的小麥田都種上雜交小麥，就可以多養(yǎng)活4-5億人口。因此，我們的夢想就是“讓每一個地球人都吃得上、吃得起雜交小麥”。

　　時代發(fā)展到今天，雜交小麥比以往任何時候都值得關(guān)注，關(guān)心與支持。我也想借此機會，呼吁全社會，投資雜交小麥、保障糧食安全。

　　最后，謝謝大家！