湖北省白皮小麥品種穗發(fā)芽抗性鑒定及改良

董靜+許甫超+秦丹丹+徐晴+葛雙桃+李梅芳

摘要：鑒定了湖北省本省育成和外引的12個(gè)白皮小麥（Triticum aestivum L.）品種的穗發(fā)芽抗性，比較了室內(nèi)整穗發(fā)芽法和田間自然鑒定法的優(yōu)劣，分析了系譜法經(jīng)驗(yàn)選擇的效果。結(jié)果表明，湖北省本省育成的白皮小麥品種具有一定的穗發(fā)芽耐性，而外引品種高感穗發(fā)芽；室內(nèi)整穗發(fā)芽法和田間自然鑒定法均可提高穗發(fā)芽選擇，以室內(nèi)整穗發(fā)芽法效果較好，采用改良系譜法結(jié)合室內(nèi)整穗發(fā)芽法鑒定是抗穗發(fā)芽育種的一種有效途徑。

關(guān)鍵詞：小麥（Triticum aestivum L.）；穗發(fā)芽；抗性鑒定；系譜法篩選

中圖分類號：S512.1 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：0439-8114（2016）23-6057-04

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2016.23.011

Abstract： In this paper， pre-harvesting sprouting resistance of 12 Hubei white-grained wheat（Triticum aestivum L.） cultivars was identified by intact spike germination in room and natural weathering selection in field trials， and comparison of the efficiency between two methods was done. Meanwhile， the effect of pedigree system selection application on pre-harvesting sprouting resistance was analyzed. The results showed that wheat cultivars with white-grained which bred by the institutes in Hubei province had certain tolerance to pre-harvesting sprouting. Intact spike germination in room and natural field resistance selection were helpful for breeding， but the efficiency of the former was better. And the method that combined the modified pedigree selection and intact spike germination in room was a good way to improve pre-harvesting sprouting resistance.

Key words： wheat （Triticum aestivum L.）； pre-harvesting sprouting； resistance identification； pedigree selection

小麥穗發(fā)芽（Pre-harvest sprouting，PHS）是指小麥（Triticum aestivum L.）在收獲前遇到陰雨或在潮濕環(huán)境下的穗上發(fā)芽。小麥穗發(fā)芽不僅降低產(chǎn)量，而且嚴(yán)重劣化加工品質(zhì)及種用價(jià)值。長江中下游冬麥區(qū)是中國穗發(fā)芽重災(zāi)區(qū)之一[1]。湖北省的東南及江漢平原麥區(qū)由于降雨較多，小麥穗發(fā)芽現(xiàn)象發(fā)生頻繁。過去通過種植紅皮小麥可以較好地控制穗發(fā)芽風(fēng)險(xiǎn)，但由于白粒小麥出粉率高，面粉潔白，近年來白皮小麥種植面積擴(kuò)大，尤其是以鄭麥9023為代表的外引白皮小麥在湖北省的不合理推廣，造成間隔性穗發(fā)芽災(zāi)害。選育抗穗發(fā)芽品種增強(qiáng)防災(zāi)減災(zāi)能力，對小麥安全生產(chǎn)及增產(chǎn)增效具有重大意義。而且由于外引白皮小麥豐產(chǎn)性突出，在湖北省乃至長江中下游的小麥育種中經(jīng)常作為親本，可能導(dǎo)致未來小麥生產(chǎn)的穗發(fā)芽抗性風(fēng)險(xiǎn)，但是目前對湖北省推廣小麥品種穗發(fā)芽鑒定及育種研究報(bào)告較少，缺乏足夠的數(shù)據(jù)指導(dǎo)白皮小麥抗穗發(fā)芽育種[2-5]。本研究通過對重要的白皮小麥品種進(jìn)行穗發(fā)芽抗性鑒定、比較不同穗發(fā)芽鑒定方式優(yōu)劣以及開展育種改良實(shí)踐獲得數(shù)據(jù)，以期為湖北省小麥穗發(fā)芽育種提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

供試品種包括湖北省生產(chǎn)上應(yīng)用的本省及外引白皮小麥品種12個(gè)，以及配制的雜交組合鄭麥9023/鄂麥11、鄭麥9023/鄂麥12//豐優(yōu)7號分離世代材料及其育成品系。所有材料種植在湖北省農(nóng)業(yè)科學(xué)院糧食作物研究所武昌南湖試驗(yàn)基地。

1.2 試驗(yàn)方法及設(shè)計(jì)

各品種（系）穗發(fā)芽鑒定采用室內(nèi)整穗發(fā)芽法和子粒發(fā)芽法。鄭麥9023/鄂麥11分離世代單株采用室內(nèi)整穗發(fā)芽法和田間自然鑒定法。各品種（系）在開花后30～35 d（麥穗及小麥旗葉變黃、退綠）田間取樣，每品種取10個(gè)主莖穗，5穗捆成一束；世代材料單株（取300～400株）在蠟熟期一次性取材，每株取2穗捆成一束用于室內(nèi)整穗發(fā)芽；室內(nèi)風(fēng)干3 d，待種子的含水量降到15%以下，立即存放于-20 ℃冰箱以維持種子的休眠性，待收獲全部材料后一并進(jìn)行試驗(yàn)。世代材料單株剩余穗田間延遲5 d，每株收獲2～3穗脫粒直接用于檢測穗發(fā)芽率。

整穗發(fā)芽法：把整束穗浸入1.0%次氯酸鈉溶液消毒10 min，然后在無菌水中浸泡8 h，之后從水中取出，穗子垂直插于盛有沙子的塑料桶中，每天噴水3次，用塑料薄膜覆蓋維持濕度在95%以上。7 d后取出，電熱恒溫干燥箱快速烘干，阻止其繼續(xù)發(fā)芽；再于陽光下暴曬至子粒易剝?nèi)?，以胚部出現(xiàn)破裂跡象為鑒定標(biāo)準(zhǔn)，記錄每穗穗發(fā)芽率。用平均發(fā)芽率表示整穗發(fā)芽抗性。穗發(fā)芽率=發(fā)芽粒數(shù)/總粒數(shù)×100%，參考小麥抗穗發(fā)芽檢測方法標(biāo)準(zhǔn)（NY/T 1739-2009）[3]，將穗發(fā)芽率<5%，定為高抗（HR）；5%<穗發(fā)芽率<20%，定為抗（R）；20%<穗發(fā)芽率<40%；定為中抗（MR）；40%<穗發(fā)芽率<60%，定為感（S）； 穗發(fā)芽率>60%，定為高感（HS）。

子粒發(fā)芽試驗(yàn)方法參考文獻(xiàn)[4]；子粒發(fā)芽率公式同穗發(fā)芽；發(fā)芽指數(shù)=（7×n1+6×n2+5×n3+4×n4+3×n5+2×n6+1×n7）/（7×N）×100，其中，n1，n2，…，n7分別為第1，2，…，7天的發(fā)芽種子數(shù)，N為種子總數(shù)。

2 結(jié)果與分析

2.1 整穗和子粒發(fā)芽鑒定結(jié)果

通過2012、2014、2015年3年的鑒定，結(jié)果表明湖北省本省育種單位育成的白皮品種鄂麥11、鄂麥12、鄂麥18等6個(gè)品種的7 d穗發(fā)芽率平均為53.6%，最低為鄂麥11，最高為鄂麥23，變異系數(shù)為20.2%；發(fā)芽指數(shù)平均為0.67，最低為鄂麥18，最高為鄂麥23，變異系數(shù)為17.9%（表1）。說明湖北省本省育成的白皮小麥品種穗發(fā)芽抗性屬于S級；具體分析發(fā)芽指數(shù)，發(fā)現(xiàn)品種多能耐3 d的降雨（鄂麥23除外，數(shù)據(jù)未列出），其耐性來源于子粒短暫的休眠性和穗部性狀抗性。在湖北省推廣應(yīng)用的外引白皮品種7 d穗發(fā)芽率平均為88.8%，最低為豐優(yōu)7號，最高為鄭麥9023，變異系數(shù)為6.9%；發(fā)芽指數(shù)平均為0.76，最低為周麥16，最高為豫麥50和周麥18，變異系數(shù)為17.0%。說明外引品種穗發(fā)芽抗性屬于HS級，具體分析發(fā)芽指數(shù)，發(fā)現(xiàn)這些品種多在1～2 d即大量發(fā)芽，其中周麥16例外，其可能是病害過重引起的種子活力不足。

對比湖北省本省及外省來源的兩組白皮小麥品種可以看出，外引品種穗發(fā)芽抗性差，不宜在高降雨量的鄂東南及江漢平原推廣，本省品種具有一定的耐性，但抵御災(zāi)害性天氣能力不容樂觀。

2.2 室內(nèi)穗發(fā)芽鑒定和田間自然鑒定效率比較

從2012-2015年，每年對鄭麥9023/鄂麥11后代300～400個(gè)單株進(jìn)行室內(nèi)穗發(fā)芽鑒定和收獲種子穗發(fā)芽檢測，比較F2至F5世代，HR單株占1.8%，R單株占12.3%，MR單株占21.4%，S單株占23.6%，HS單株占40.9%（圖1）。從鄭麥9023與鄂麥11及其后代的發(fā)芽鑒定結(jié)果來看，說明有超親現(xiàn)象出現(xiàn)?？紤]世代材料鑒定的單株穗數(shù)較少的緣故，結(jié)果包含一定的假陽性信息，但4個(gè)世代都有部分單株表現(xiàn)優(yōu)于雙親概率存在，說明超親現(xiàn)象確實(shí)存在?？梢娎煤笔”镜啬退氚l(fā)芽品種作為抗源，可以改善穗發(fā)芽抗性。

F2代田間自然鑒定中抗以上單株占48.3%，而室內(nèi)鑒定為25.1%，F(xiàn)3至F5代田間自然鑒定中抗及中抗以上單株占80%以上，而室內(nèi)鑒定為36.6%～43.8%?？疾焯镩g降雨因素，則發(fā)現(xiàn)F2代由于灌漿期降雨較多，田間自然鑒定與室內(nèi)鑒定相對接近，而F3至F5代灌漿期降雨量正?；蚱?，自然篩選壓力不夠，則田間穗發(fā)芽率低，假陽性高，而室內(nèi)鑒定結(jié)果保持穩(wěn)定，說明室內(nèi)鑒定可以較好地篩選穗發(fā)芽抗性株。

上述群體未淘汰高感單株，假如以300個(gè)單株的基礎(chǔ)群體計(jì)算，F(xiàn)2代以高感均值40%計(jì)算，其余世代按20%計(jì)算，F(xiàn)5代保留約115株，采用單穗傳法結(jié)合室內(nèi)鑒定篩選構(gòu)建群體世代材料，即可以保留較多的遺傳變異，又可以提高穗發(fā)芽抗性篩選力度，同時(shí)田間試驗(yàn)規(guī)模也能得到較好的控制。

2.3 系譜法選擇效率

為了更好地了解田間自然篩選，整理了鄭麥9023/鄂麥11、鄭麥9023/鄂麥12//豐優(yōu)7號兩個(gè)組合的系譜法田間篩選過程（試驗(yàn)時(shí)間為2003-2006年）。其中F2代每行按照50株存活估算，F(xiàn)3至F5代按照80株存活估算。從表2可以看出，育種家從F2至F5代大約需要從4 000株選擇出目標(biāo)優(yōu)株，按照綜合性狀選擇，中選概率極低，僅為0.4%～4.0%。

從表3可見，對鄭麥9023/鄂麥11組合篩選出8個(gè)綜合性較好的品系進(jìn)行產(chǎn)量比較試驗(yàn)，結(jié)果比鄭麥9023增產(chǎn)超過5%的有4個(gè)，減產(chǎn)接近或超過5%的有3個(gè)，產(chǎn)量相當(dāng)?shù)?個(gè)，穗發(fā)芽率變幅為47.8%～78.2%，平均為60.8%，顯著低于親本對照鄭麥9023的98.9%；而鄭麥9023/鄂麥12//豐優(yōu)7號組合篩選出8個(gè)綜合性較好的品系進(jìn)行產(chǎn)量比較試驗(yàn)，結(jié)果比鄭麥9023增產(chǎn)超過5%的有3個(gè)，減產(chǎn)超過5%的有1個(gè)，產(chǎn)量相當(dāng)?shù)挠?個(gè)，穗發(fā)芽率變幅為70.3%～88.1%，平均為78.9%，也顯著低于對照鄭麥9023?？梢娎煤笔”镜啬退氚l(fā)芽品種作為抗源，育種家通過常規(guī)系譜法和自然田間篩選可以改良穗發(fā)芽抗性，但穗發(fā)芽抗性達(dá)不到高抗水平。其對穗發(fā)芽抗性單株的選擇效果低于相對前述室內(nèi)整穗鑒定法。同時(shí)也可以看出，單交組合鄭麥9023/鄂麥11后代比復(fù)交組合鄭麥9023/鄂麥12//豐優(yōu)7號后代的穗發(fā)芽率平均值低18.1個(gè)百分點(diǎn)，原因在于復(fù)合雜交的豐優(yōu)7號也屬于高感類型，降低了抗性單株在后代出現(xiàn)的比例。

從表2、表3可以看出，育種家采用系譜法早期田間大量淘汰農(nóng)藝不良單株，提高了農(nóng)藝性狀選擇效率，也導(dǎo)致穗發(fā)芽抗性株減少；而采用前述的單穗傳法結(jié)合室內(nèi)鑒定篩選構(gòu)建群體世代材料可以保留較多的遺傳變異，提高穗發(fā)芽抗性篩選力度，但綜合性狀優(yōu)良株比例降低。二者各有優(yōu)劣，實(shí)踐中可以結(jié)合起來，如F2至F4代淘汰掉農(nóng)藝性狀極端不良單株，增加優(yōu)良株播種量。

3 小結(jié)與討論

本試驗(yàn)證實(shí)了利用室內(nèi)整穗鑒定和田間選擇壓自然鑒定均可以提高穗發(fā)芽抗性，相比較，室內(nèi)整穗鑒定受環(huán)境影響較小，抗性鑒定精確性較高；同時(shí)對兩個(gè)組合的鑒定和篩選證明了利用湖北省本地資源改良穗發(fā)芽抗性是有效的。從方法上看，采用改良系譜法的單穗傳法結(jié)合室內(nèi)鑒定篩選構(gòu)建群體世代材料，既可以保留較多的遺傳變異，又可以提高穗發(fā)芽抗性篩選力度。

抗穗發(fā)芽是小麥育種的重要目標(biāo)之一，但影響穗發(fā)芽的因素眾多，育種難度較大。在高度重視抗穗發(fā)芽育種的基礎(chǔ)上，需要從以下3個(gè)方面努力：①需要遺傳解析現(xiàn)有優(yōu)良抗（耐）性品種的抗性機(jī)理和遺傳機(jī)制，現(xiàn)代品種農(nóng)藝性狀優(yōu)良，更容易在育種中應(yīng)用；②需要利用分子標(biāo)記技術(shù)快速將萬縣白麥子、永川白麥子、禿頭麥、大玉花等地方品種的抗穗發(fā)芽基因?qū)氲浆F(xiàn)代品種中，同時(shí)減少地方品種不良農(nóng)藝性狀的遺傳累贅[5，6]；③利用矮敗小麥育種平臺聚合不同來源的抗穗發(fā)芽基因，創(chuàng)造出優(yōu)良的中間材料，為抗穗發(fā)芽育種服務(wù)。

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