農(nóng)技知識(shí)：怎樣培育小麥優(yōu)良品種

■王建康 張愛民

小麥?zhǔn)俏覈?guó)重要的糧食作物，總產(chǎn)量和消費(fèi)量均居世界第一。建國(guó)初期，小麥產(chǎn)量很低，每畝一般只有幾十斤、好的一百多斤。經(jīng)過數(shù)次大規(guī)模的品種更新?lián)Q代，目前的平均畝產(chǎn)已經(jīng)超過700斤，比世界平均水平高出60%。我國(guó)小麥生產(chǎn)的發(fā)展與小麥育種工作密不可分。老一輩小麥育種家莊巧生院士在其主編的《中國(guó)小麥品種改良及系譜分析》一書中說：“自新中國(guó)成立以來，已經(jīng)育成數(shù)以千計(jì)的優(yōu)良品種。每年輪番在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)第一線服役的就有300-400個(gè)，年種植面積達(dá)1000萬(wàn)畝以上的品種累計(jì)就有近60個(gè)”。這些大品種中，豫麥18、阿勃、濟(jì)南2號(hào)和百農(nóng)3217等4個(gè)品種的最大年度種植面積曾超過3000萬(wàn)畝，為我國(guó)小麥生產(chǎn)的發(fā)展做出了卓越貢獻(xiàn)。那么，優(yōu)良小麥品種究竟是如何產(chǎn)生出來的呢？

優(yōu)良的小麥品種，首先要求高產(chǎn)和優(yōu)質(zhì)，同時(shí)還要能夠抵抗各種病蟲害侵襲（如銹病、白粉病、赤霉病和蚜蟲），能夠抵御各種極端氣候變化（如返青拔節(jié)期的倒春寒、灌漿時(shí)期的干熱風(fēng)和成熟收獲前的連陰雨），能夠有效利用土壤中的水分和養(yǎng)分物質(zhì)，能夠適應(yīng)廣闊的生態(tài)區(qū)域等等。優(yōu)良品種的這些優(yōu)異特性，育種家稱其為育種目標(biāo)。小麥育種工作的主要任務(wù)是挑選適當(dāng)?shù)挠H本材料、設(shè)計(jì)雜交方案和分離群體種植方案、聚合存在于不同親本材料中的有利基因、培育符合育種目標(biāo)的理想基因型，為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)提供適宜的品種。

配、選、比，得出更好純系

小麥品種的各種優(yōu)異性狀都是基因和環(huán)境共同作用的結(jié)果。每個(gè)小麥品種都攜帶大約十萬(wàn)個(gè)基因，這些基因分布在21對(duì)染色體上。自然界中，作物繁殖后代的方式大致有三種，一是無性生殖，如馬鈴薯、甘薯、木薯和甘蔗等；二是自花授粉，如小麥、水稻、大豆和花生；三是異花授粉，如玉米、高粱、黑麥、油菜和向日葵。還有一些作物同時(shí)采用自花授粉和異花授粉兩種方式繁殖后代，如棉花、蠶豆和一些麻類作物。作物的繁殖方式?jīng)Q定了作物的遺傳構(gòu)成，也在很大程度上決定著農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的品種類型以及改良該作物的適宜育種方法。小麥在長(zhǎng)期的自交過程中，個(gè)體的基因型是純合的，自交后代的基因型與親代保持一致。一個(gè)純合基因型個(gè)體的自交后代，遺傳育種中稱為一個(gè)純系。一個(gè)小麥品種其實(shí)也就是一個(gè)純系。生產(chǎn)上種植的大多數(shù)純系小麥品種是通過雜交育種的方法選育出來的，選育工作涉及親本選配、分離后代選擇和多環(huán)境產(chǎn)量比較試驗(yàn)等一系列過程，育種家形象地稱為“配、選、比”。

人工輔助父母本聯(lián)姻生子

小麥雜交育種從兩個(gè)純系間配置產(chǎn)生雜交種開始。參與雜交的兩個(gè)純系稱作親本，一個(gè)用作父本、一個(gè)用作母本。由于小麥?zhǔn)翘烊坏淖曰ㄊ诜圩魑铮麄€(gè)雜交過程需要通過人工輔助才能完成。首先在母本上挑選剛抽出3厘米左右、尚未授粉、長(zhǎng)勢(shì)健壯的穗子，去掉頂部、基部和中部發(fā)育不良的小穗，剪掉發(fā)育良好小穗的穎殼的中上部分，用鑷子除去每個(gè)可育小穗上的3個(gè)雄性花蕊。這一過程稱之為去雄，去雄時(shí)不能傷害雌蕊的柱頭，去雄后要對(duì)整個(gè)穗子用半透明紙袋套袋隔離。去雄2-3天后，采集父本正在開花的穗子，剪掉穎殼的上半部分，將其花粉散落在除雄蕊的母本的柱頭上，然后再次套袋隔離。這樣，成熟時(shí)從母本上收獲的種子就是雜交種。兩個(gè)親本之間的差異基因越多，雜交種的雜合度就越高，在之后的連續(xù)自交過程中，就可以產(chǎn)生出眾多不同于親本基因型的純系。

挑選優(yōu)秀基因，改良品種缺陷

小麥雜交育種中，雜交親本間的差異基因遠(yuǎn)多于4對(duì)，后代群體的重組基因型可以成千上萬(wàn)，優(yōu)異基因型的頻率往往很低，不同基因型間的遺傳差異有時(shí)并不大，同時(shí)還存在各種環(huán)境和隨機(jī)誤差因素的干擾。小麥育種家的偉大之處就在于能夠從“蕓蕓眾生”中，通過仔細(xì)的田間觀測(cè)、后代選擇和多地點(diǎn)產(chǎn)量比較試驗(yàn)，將最符合育種目標(biāo)、最優(yōu)秀的極少數(shù)基因型挑選出來，然后擴(kuò)大繁殖使之成為優(yōu)良品種。經(jīng)驗(yàn)豐富的小麥育種家，能夠在田間用肉眼識(shí)別個(gè)體基因型間的細(xì)微差異，甚至可以與他們培育的品種進(jìn)行“對(duì)話”交流。他們充分了解每個(gè)品種的習(xí)性和優(yōu)缺點(diǎn)，然后通過雜交育種的方法，不斷向優(yōu)良品種中加入新的優(yōu)良基因，改良已有品種的少量缺陷、鞏固并強(qiáng)化已有品種的優(yōu)良特性，為我國(guó)小麥生產(chǎn)提供源源不斷的優(yōu)良新品種，保障小麥生產(chǎn)的連續(xù)增長(zhǎng)。

小麥育種是一項(xiàng)長(zhǎng)期而又艱辛的工作。從雜交組合配置到品種通過審定用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的時(shí)間大約在10年左右，這個(gè)時(shí)間正好與我國(guó)小麥生產(chǎn)中歷次大規(guī)模的品種輪替時(shí)間相吻合。極少數(shù)品種的大面積種植時(shí)間超過20年，大多數(shù)品種的種植時(shí)間在5年左右，有的甚至只有1-2年。目前，小麥育種仍依賴于表型選擇，傳統(tǒng)小麥雜交育種方法雖然已經(jīng)取得了巨大的成績(jī)，但總起來說育種效率并不高。過去20年興起的分子標(biāo)記輔助選擇方法，只適宜于少數(shù)主效基因控制的簡(jiǎn)單性狀。大部分的小麥育種目標(biāo)性狀受眾多基因共同控制，單個(gè)基因的效應(yīng)非常小，同時(shí)又容易受環(huán)境的影響，標(biāo)記輔助選擇難以奏效。

隨著科學(xué)的發(fā)展，作物科學(xué)的研究目前正在進(jìn)入基因組學(xué)時(shí)代，基于表型選擇的傳統(tǒng)經(jīng)驗(yàn)育種方法正朝著基于基因選擇的分子水平發(fā)展。2014年為期5年的“小麥產(chǎn)量和品質(zhì)性狀的全基因組選擇研究”項(xiàng)目啟動(dòng)。該項(xiàng)目重點(diǎn)解析小麥產(chǎn)量和品質(zhì)相關(guān)基因的作用及分子調(diào)控網(wǎng)絡(luò)，研究全基因組水平精確選擇的理論和方法，實(shí)現(xiàn)小麥育種的科學(xué)化親本選配、精準(zhǔn)后代預(yù)測(cè)和全基因值選擇。不久的將來，育種家就可以利用該項(xiàng)目的研究成果，加快實(shí)現(xiàn)小麥產(chǎn)量和品質(zhì)的協(xié)同改良，加快培育高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)小麥品種節(jié)奏，為廣大消費(fèi)者提供充足的優(yōu)質(zhì)小麥。（整理自《農(nóng)民日?qǐng)?bào)》）