近年來，席卷全球的高溫熱害已成為限制小麥生產(chǎn)的突出問題，如何通過育種提升小麥的氣候適應(yīng)性是全球研究的熱點問題。但是，由于數(shù)據(jù)的缺失，真實小麥育種對氣候變化究竟有多大適應(yīng)作用尚不清楚。 中國科學(xué)院大氣物理研究所張?zhí)煲谎芯繂T(第8批會員)和中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院的賀勇研究員聯(lián)合國際著名小麥育種學(xué)家Ron DePauw教授等國內(nèi)外12家科研機構(gòu)，收集了1961-2018年北美92個小麥育種站的85,770條數(shù)據(jù)，針對北美小麥育種對氣候變化的真實響應(yīng)和適應(yīng)作用提出第一手經(jīng)驗證據(jù)。該研究于2022年09月30日發(fā)表在Nature Communications上。 研究結(jié)果顯示：1961-2018年冬小麥和春小麥品種對氣候的響應(yīng)是不同的。對于冬小麥來說，溫度每增加1oC，新品種（MYG）產(chǎn)量降低3.6%，對照品種（CK）產(chǎn)量降低5.5%，這說明冬小麥育種的耐熱性是增加的；對于春小麥而言，溫度每增加1oC，新品種（MYG）產(chǎn)量降低7.5%，對照品種（CK）產(chǎn)量降低7.1%，說明春小麥育種的耐熱性并沒有提升甚至有可能下降。其主要原因是北美冬小麥和春小麥新品種和對照品種對于極端高溫（EDD）的響應(yīng)差異所致（圖1）。  圖1.冬小麥和春小麥不同品種對增溫1oC的產(chǎn)量響應(yīng)。其中CK：對照品種，LYG：低產(chǎn)品種，MYG：中產(chǎn)品種，HYG：高產(chǎn)品種；FDD：極端冷積溫，GDD：生長積溫，EDD：極端熱積溫。
基于歷史上冬春小麥的育種趨勢，研究團隊進一步預(yù)估了未來氣候變化趨勢對不同小麥品種的影響。研究發(fā)現(xiàn)：未來增溫造成小麥生長季極端高溫出現(xiàn)概率顯著增加，這造成未來氣候變暖對產(chǎn)量的負面影響逐漸超過育種優(yōu)勢。據(jù)估測：按照當前育種效率，當溫度增加6.0oC時，冬小麥新品種（MYG）產(chǎn)量將下降到基準氣候中對照品種（CK）的產(chǎn)量水平；對于春小麥來說，該溫度閾值是3.6oC（圖2）�；诖�，研究團隊認為：真實的小麥育種在耐熱性上的表現(xiàn)并不樂觀，如何通過育種手段應(yīng)對越發(fā)嚴重的高溫熱害對于小麥育種家來說依然是一個重大的挑戰(zhàn)。  圖2. 未來不同品種小麥產(chǎn)量相對于基準氣候下對照品種的變化趨勢。其中CK：對照品種，LYG：低產(chǎn)品種，MYG：中產(chǎn)品種，HYG：高產(chǎn)品種。虛線是當MYG產(chǎn)量下降到基準氣候?qū)φ掌贩N產(chǎn)量時的溫度閾值。
該研究對氣候變化背景下小麥育種有重要借鑒意義。根據(jù)我國農(nóng)業(yè)氣象分析，自1980年以來，溫度每增加1oC，小麥產(chǎn)量降低2.9%，這說明我國小麥也正在遭受來自高溫熱害的農(nóng)業(yè)災(zāi)害影響。鑒定小麥耐熱基因，構(gòu)建基于基因選擇技術(shù)的小麥育種新方法，提高育種速率，優(yōu)化小麥種質(zhì)，切實增強小麥育種耐熱性，對規(guī)避由氣候變化引起的全球小麥生產(chǎn)安全問題具有重要科學(xué)意義。 該研究得到國家重點研發(fā)計劃（2019YFA0607402），中國科學(xué)院青年促進會（2018104）等項目的聯(lián)合資助。 Zhang, T., He, Y., DePauw, R., Jin, Z., Garvin, D., Yue, X, Anderson, W., Li, T., Dong, X., Zhang, T., Yang, X. 2022. Climate change may outpace current wheat breeding yield improvements in North America. Nature Communications. 13, 5591.
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