• 科研進展

    NC: 北美未來氣候變化速率可能超過小麥育種效率

      近年來,席卷全球的高溫熱害已成為限制小麥生產的突出問題,如何通過育種提升小麥的氣候適應性是全球研究的熱點問題。但是,由于數據的缺失,真實小麥育種對氣候變化究竟有多大適應作用尚不清楚。

      中國科學院大氣物理研究所張天一研究員和中國農業科學院的賀勇研究員聯合國際著名小麥育種學家Ron DePauw教授和中國農業大學楊曉光教授等國內外12家科研機構,收集了1961-2018年北美92個小麥育種站的85,770條數據,針對北美小麥育種對氣候變化的真實響應和適應作用提出第一手經驗證據。該研究于2022年09月30日發表在Nature Communications上。

      研究結果顯示:1961-2018年冬小麥和春小麥品種對氣候的響應是不同的。對于冬小麥來說,溫度每增加1℃,新品種(MYG)產量降低3.6%,對照品種(CK)產量降低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1℃,新品種(MYG)產量降低7.5%,對照品種(CK)產量降低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)的響應差異所致(圖1)。

    圖1.冬小麥和春小麥不同品種對增溫1℃的產量響應。其中CK:對照品種,LYG:低產品種,MYG:中產品種,HYG:高產品種;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,研究團隊進一步預估了未來氣候變化趨勢對不同小麥品種的影響。研究發現:未來增溫造成小麥生長季極端高溫出現概率顯著增加,這造成未來氣候變暖對產量的負面影響逐漸超過育種優勢。據估測:按照當前育種效率,當溫度增加6.0℃時,冬小麥新品種(MYG)產量將下降到基準氣候中對照品種(CK)的產量水平;對于春小麥來說,該溫度閾值是3.6℃(圖2)?;诖?,研究團隊認為:真實的小麥育種在耐熱性上的表現并不樂觀,如何通過育種手段應對越發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。

    圖2. 未來不同品種小麥產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:低產品種,MYG:中產品種,HYG:高產品種。虛線是當MYG產量下降到基準氣候對照品種產量時的溫度閾值。

      鑒定小麥耐熱基因,構建基于基因選擇技術的小麥育種新方法,提高育種速率,優化小麥種質,切實增強小麥育種耐熱性,對規避由氣候變化引起的全球小麥生產安全問題具有重要科學意義。

      該研究得到國家重點研發計劃(2019YFA0607402),中國科學院青年促進會(2018104)等項目的聯合資助。

      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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