小麥未被開發(fā)的遺傳潛力

小麥?zhǔn)侨虻闹饕Z食作物之一，提供了約20%的膳食熱量和蛋白質(zhì)，而歐洲是最大的小麥生產(chǎn)地區(qū)，貢獻(xiàn)了約35%的全球小麥產(chǎn)量。

據(jù)預(yù)測(cè)，到2050年，全球糧食產(chǎn)量需要增長約70%，才能滿足90億人口的需求。

研究表明，未被開發(fā)的遺傳潛力意味著小麥產(chǎn)量，僅占其總產(chǎn)量的60%。經(jīng)過11，000年的小麥育種，我們還有很長的路要走。

通過育種改良，歐洲的小麥產(chǎn)量可能得到大幅提高

根據(jù)最新發(fā)表的關(guān)于這種作物未被開發(fā)的遺傳潛力的研究，歐洲的小麥產(chǎn)量可能每公頃增加5噸以上。

英國Rothamsted研究所進(jìn)行的一項(xiàng)研究表明，與當(dāng)今常用品種的典型收成相比，在一些歐洲國家，糧食產(chǎn)量可提高高達(dá)90%。英國的產(chǎn)量可能會(huì)提高一半。

如果實(shí)現(xiàn)了這些改善，將大大有助于養(yǎng)活不斷增長的世界人口，并將減少將野生棲息地轉(zhuǎn)變?yōu)檗r(nóng)田的壓力。

當(dāng)前歐洲小麥的當(dāng)?shù)仄贩N遠(yuǎn)未達(dá)到最佳品種的產(chǎn)量，遺傳產(chǎn)量差距仍然很大

這項(xiàng)研究的科研人員將作物的“遺傳產(chǎn)量潛力”定義為一種理想品種所能達(dá)到的最高產(chǎn)量，換句話說，具有優(yōu)良基因組的植物能更有效地獲取水分、陽光和營養(yǎng)。

研究人員利用現(xiàn)有的有關(guān)不同基因?qū)€(gè)體植物性狀（如大小，形狀，代謝和生長）影響的數(shù)據(jù)，模擬出適合每個(gè)地區(qū)的“完美”小麥植株。

他們發(fā)現(xiàn)，與當(dāng)?shù)剡m應(yīng)性品種的表現(xiàn)相比，當(dāng)前所有小麥品種的糧食產(chǎn)量都表現(xiàn)不佳，在現(xiàn)實(shí)和可能性之間存在著明顯的“遺傳產(chǎn)量差距”。

提高遺傳產(chǎn)量潛力和縮小遺傳產(chǎn)量差距對(duì)實(shí)現(xiàn)全球糧食安全非常重要。歐洲是最大的小麥生產(chǎn)地區(qū)，提供全球三分之一以上的小麥產(chǎn)量，但歐洲小麥基因改良的產(chǎn)量潛力尚未實(shí)現(xiàn)。

育種者研究了歐洲大陸13個(gè)地區(qū)（從南部的西班牙到北部的丹麥，從東部的匈牙利到西部的英國）的6個(gè)本地適應(yīng)性小麥品種，這些品種均為歐洲主要小麥產(chǎn)區(qū)的代表品種。

他們使用一個(gè)名為Sirius的計(jì)算機(jī)模型，進(jìn)行了數(shù)百萬次的模擬，結(jié)果顯示，許多影響產(chǎn)量的小麥性狀都遠(yuǎn)低于其最佳狀態(tài)。

模擬基于關(guān)鍵植物性狀的自然遺傳變異的大量數(shù)據(jù)。其中包括對(duì)干旱和高溫脅迫的耐受性和響應(yīng)，捕獲光的上部葉片的大小和方向以及關(guān)鍵生命周期事件的發(fā)生時(shí)間。

該項(xiàng)研究發(fā)表在《全球糧食安全》（Global Food Security）雜志上，結(jié)果表明，如果對(duì)小麥作物的基因組進(jìn)行“微調(diào)”以適應(yīng)其環(huán)境，則小麥每公頃的產(chǎn)量可能高達(dá)15噸，大大高于目前的平均水平。

換句話說，盡管進(jìn)行了繁重的小麥育種工作，但發(fā)現(xiàn)當(dāng)前的當(dāng)?shù)仄贩N遠(yuǎn)未達(dá)到最佳品種的產(chǎn)量，這意味著歐洲小麥的遺傳產(chǎn)量差距仍然很大。

小麥關(guān)鍵性狀的基因研究進(jìn)展和現(xiàn)代植物育種技術(shù)將幫助提高小麥產(chǎn)量

小麥大約在11，000年前就已經(jīng)被馴化，2018年，科研人員已經(jīng)對(duì)小麥的整個(gè)基因組進(jìn)行了測(cè)序。但盡管如此，小麥距離“最佳基因遺傳”狀態(tài)還有一段距離。

育種者們?nèi)匀粯酚^地認(rèn)為小麥產(chǎn)量可以提高。

小麥的不同性狀存在著巨大的自然遺傳變異。在過去幾十年里，育種者們已經(jīng)在確定與小麥改良和適應(yīng)的關(guān)鍵性狀相關(guān)的基因方面取得了重大進(jìn)展。

與此同時(shí)，現(xiàn)代植物育種技術(shù)也得到了發(fā)展，包括基因定位、分子標(biāo)記輔助育種、基因組輔助育種和基因編輯。因此，這些遺傳資源和進(jìn)步的技術(shù)為培育品質(zhì)優(yōu)良、適應(yīng)性強(qiáng)的小麥品種提供了機(jī)會(huì)。

來源：Rothamsted Research