中国植物杂交育种的重大突破 —— 朱培坤和他发明的植物染色体杂交技术

2022年4月，习近平总书记在海南考察时指出：“中国人的饭碗要牢牢端在自己手中，就必须把种子牢牢攥在自己手里。”他还特别强调，要围绕保障粮食安全和重要农产品供给集中攻关，实现种业科技自立自强、种源自主可控，用中国种子保障中国粮食安全。

深圳市百绿生物染色体杂交研究所所长朱培坤教授独创的植物染色体杂交技术，正是着眼于创造优质高产的粮食新品种、新种质，其发明堪称人类农业和种业的发展史上的重大突破。

▲ 朱培坤教授在田间进行实验作业　　

今年，农业部已明确将染色体杂交与花粉授粉、嫁接等并列定为植物杂交育种的重要技术手段，而此前朱教授通过应用染色体杂交技术创造出的九个粮油新品种也早已获得农业部颁发的新品种证书。多年来，通过该技术已创造出了九个粮油植物新品种。这意味着，中国人获得的杂交染色体植物豌豆-玉米新品种经过多年测定和分析，最终获得了国家的认可。同时这也表明中国率先获得了纲间杂交植物具有生物功能的杂交染色体及其相关基因。

什么是植物染色体杂交

传说中国古代农业的鼻祖“神农氏”，发现五谷不仅可以充饥，还能让人身体强健，获得更长久的生命，于是他就教人们种植五谷。但五谷之间一直是无法杂交的，千万年来，在朱培坤的发明技术以前稻是稻，黍是黍。

随着人类文明的不断发展，人类对粮食的需求越来越大，科学家们一直致力于研究高等植物的创新以获得更高产量和更高质量的农作物。

花粉授粉是人类最早也是最普遍使用的植物杂交技术。另外，嫁接技术也是目前世界广泛流行的一种改良植物品种的手段，中国早在几千年前就开始使用嫁接技术，唐代《种树学》、宋代《桔录》中就有记载。改良植物的方法还有很多，例如原生质体融合进行的体细胞杂交、争论不休的转基因等。

朱培坤多年来致力于研究不受种属亲缘关系局限的杂交技术，即植物染色体杂交技术。

那么究竟什么是染色体杂交呢？

生物物种包括七个主要分类级别：界、门、纲、目、科、属、种。简单来说，界有植物界、动物界等，门有被子植物门、裸子植物门等；纲有单子叶植物纲、双子叶植物纲等。总之，等级越高说明生物亲缘关系越远。而染色体杂交能够打破纲间、门间甚至界间杂交的障碍，从而实现远缘杂交的无种属局限。

植物染色体杂交技术是指：在一定的条件下，将外源的异源的染色体及其片段导入受体植物的细胞，两种不同的染色质DNA因重组而发生杂交，从而在受体细胞中形成杂交染色体，这样就形成具有杂交染色体的新型细胞，通过对这种杂交染色体细胞的分化和培育，从而获得具有杂交染色体的新类型杂交植物。例如把海洋滩涂植物大米草的染色体和水稻细胞内的染色体进行杂交，就可培育出直接能在盐碱地种植的水稻；把含油量高的植物和高产但含油量不高的植物进行杂交，就可获得高产的含油量丰富的新品种例如亚麻一玉米。目前，朱培坤的豌豆—玉米、亚麻—玉米、紫苏—水稻等粮油杂交新品种，均已被国家农业部授予了植物新品种证书。

创造人类所需的新类型植物

朱培坤曾在复旦大学任教、从事科研8年多，在美国明尼苏达大学做过访问学者，担任过美国阿拉斯加大学特邀专家以及美国多家生物技术公司的资深科学家，1999年成为香港科技大学生物学系客座研究教授。

作为高等植物无种属局限杂交的探索者，朱培坤是植物染色体杂交技术的发明人，植物染色体杂交理论的奠基者。通过理论研究，他认为在一定的条件下，外源的不同种属的染色体及其片段可以导入适当的植物受体细胞，从而和受体细胞里的染色体进行染色质杂交，形成新型的杂交染色体。这种杂交染色体携带着三种基因 ：受体的基因、供体的基因、杂交的基因；只要这些基因进行稳定的表达，就能人工创造出不同的品种或亚种甚至物种。

实际上，朱培坤的研究也经历过漫长而艰苦的过程。20世纪70年代末，上海爆发青菜病毒病，朱培坤将大蒜和青菜两个“非亲非故”的不同纲的物种进行杂交，使青菜散发出大蒜的气味，从而让青菜病毒病的传播媒介蚜虫闻而却步。

2011年，他出版了《高等植物染色体杂交》，将高等植物染色体杂交的理论和成果系统化，该书获得华东地区科技图书一等奖。

过去人们所说的杂交，往往是指有性杂交即同种植物内不同品种之间的花粉授粉杂交。而朱培坤的发明技术，则是把一种植物的染色体导入另外一种植物的受体细胞内进行染色体杂交，通过对杂交染色体细胞的分化培育，获得具有杂交染色体的新类型杂交植物，从而创造出人类所需要的各种新类型植物。

植物杂交育种技术的里程碑

广东省农业厅原副厅长潘嘉念在接受本刊记者采访时说：“ 朱培坤教授发明的植物杂交育种技术是继著名水稻育种专家袁隆平发明的水稻三系杂交育种技术之后，中国主要粮食作物及生物育种领域杂交技术上一项划时代的重大突破！也是全球植物杂交育种技术发明创新征途上的一座新的里程碑！”潘嘉念生动地把这项技术比喻为“中国农业和种业领域的5G技术”，他说：“植物染色体杂交技术是中国在植物杂交育种领域领先世界同行的一项具有自主知识产权和战略意义的发明创举！”

朱培坤这一项发明创造，已经引起美、欧等多个西方国家相关领域的专家学者及育种界的高度关注。时任美国明尼苏达大学植物病理系系主任的菲利普•拉尔蓀（Philip Larson），30多年前就曾对朱培坤的发明给予高度评价，预言其一旦得到推广应用，将会引起一场新的“绿色革命”。30多年过去了，西方至今对染色体杂交的理论与技术仍然是空白，而中国科学家已获得了令人瞩目的成就。

2008年，深圳市政府批准建立了中国乃至全世界唯一的一家生物染色体杂交研究所“深圳市百绿生物染色体杂交研究所”；研究所成立十多年来，运用染色体杂交技术，已先后创育出各类植物新品种几十个，其中已有9个获得农业部颁发的《中华人民共和国农业新品种证书》，这充分体现了国家对植物杂交育种创新技术的重视。潘嘉念強烈建议，“植物染色体杂交育种这项尖端技术的推广应用，应当上升到国家战略的高度，采取切实有力的措施支持与发展植物染色体杂交事业。”

以亚麻—玉米为例，这个由亚麻染色体和玉米受体细胞里的染色体杂交成功的新品种：亚玉05，含有较多的亚麻酸、亚油酸和玉米油，它提高了玉米榨油的出油率和油的质量，据测算含油量不低于20%。江苏宿迁试种过这个品种，从外观上看，亚麻-玉米结出了硕大的玉米棒子，籽粒油亮发光，有富油之感。

由大米草染色体与水稻细胞里的染色体杂交获得的主粮新品种：百绿海籼01，在山东东营垦利县近海极重盐碱地种植，在土壤盐碱度为3.636%，而海洋海水的盐度平均值为3.5%左右的环境下，它亩产稻谷800多斤，米质优良清香糯口，并且可以逐年改良盐碱土壤，改善当地的生态环境。

而由高粱染色体与水稻细胞染色体杂交获得的旱作稻可直接种植在山坡旱地，整个生命周期不需要灌溉，比玉米还抗旱，依靠天然雨水或者滴灌就能生产大量稻谷，为节水开辟切实可行的道路。

朱培坤与陕西省铜川市农科所科研团队从2007年开始合作一直至今，推出了亚麻一玉米等十几个杂交组合，其中有一个亚麻—玉米的杂交组合，r亚麻酸和亚油酸含量，比对照玉米分别增加46.4%和14.3%；黄豆—小麦的杂交组合，蛋白质含量比对照小麦增加15.96%。陕西省人大常委会农业和农村工作委员会委员、铜川市农科所所长张亚建和蒲城县农技中心原主任党高兵一致认为，十五年的大田合作，确定染色体杂交技术创育的杂交组合能优化主粮作物的营养品质。

中国黑稻著名育种专家吴升华认为，植物染色体杂交将为植物杂交育种开创一个新时代，染色体杂交跨越了几千年以来无法跨越的植物杂交的亲缘关系障碍，意义非凡，一旦和常规育种相结合，就会让中国种业雄起天下。

曾任北京市农林科学院院学术委员会副主任、科研管理处处长与科技情报所所长的袁士畴研究员认为，朱培坤这项发明技术在大生物学上的意义至今是无与伦比的，因为其从理论与实际相结合的高度解决了育种的随意性和针对性之间相互统一的难题。

朱培坤教授认为个人的力量是有限的也是渺小的，他表示，期盼国家有关部门建立中国的主粮作物创新科技研究院，集中全国力量创新中国更优良的主粮作物和油料作物，把植物染色体杂交这项重大发明尽快用于中国的粮油作物种质创新并促进全球的粮食安全保障。

记者：李五洲 王佳

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