水旱兼用多抗高產(chǎn)小麥新品種‘煙農(nóng)173’選育研究

丁曉義，辛慶國，李林志，殷 巖，嚴美玲，趙 倩，孫曉輝，姜鴻明

（山東省煙臺市農(nóng)業(yè)科學研究院，山東煙臺265500）

0 引言

中國水資源總量為281 萬億m3，人均占有量不足世界人均的1/4，水資源供需緊張的矛盾已經(jīng)嚴重制約著中國國民經(jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展[1-2]。作為用水大戶的農(nóng)業(yè)面臨嚴重水危機，且受旱面積呈逐年擴大態(tài)勢，因干旱缺水導致糧食減產(chǎn)700億～800億kg以上[3-5]。小麥是中國主要糧食作物之一，常年種植面積在2400 萬hm2左右，其中旱地小麥占全國小麥總面積的30%以上[6-11]。山東省旱地小麥面積在86.7 萬hm2左右，約占全省小麥面積的24%。山東省旱地麥田平均單產(chǎn)約5070 kg/hm2左右，水澆麥田約6510 g/hm2左右，旱地小麥單產(chǎn)與水澆地相差約1500 kg/hm2，歸其原因是干旱少雨，而生產(chǎn)上又缺乏干旱年份能穩(wěn)產(chǎn)，豐水年份又高產(chǎn)的雨養(yǎng)小麥新品種。長期以來，干旱缺水造成單產(chǎn)低而不穩(wěn)，嚴重限制了小麥總產(chǎn)的提高，已成為影響山東省小麥高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)和可持續(xù)發(fā)展的主要制約因素。目前山東省旱地栽培的品種大多為高稈耐旱品種，這些品種抗旱性好，但豐產(chǎn)性差，不抗倒伏。將抗旱性與高產(chǎn)性結(jié)合、節(jié)水性與豐產(chǎn)性結(jié)合，培育水旱兼用雨養(yǎng)小麥新品種，提高小麥自身的水分利用效率和耐旱性，進而達到節(jié)水、豐產(chǎn)、增效的目的，是緩解乃至解決干旱缺水的主要途徑。推廣水旱兼用雨養(yǎng)小麥新品種，進一步提高小麥增產(chǎn)潛力對全省乃至全國糧食生產(chǎn)都有重要意義[12-15]。

針對山東省旱地麥區(qū)的生態(tài)特點，以解決高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、抗逆、節(jié)水、高效的問題為目標，通過水旱一體種植、平行優(yōu)勢選擇、抗逆生態(tài)選擇、水旱聯(lián)合鑒定的系統(tǒng)方法[16-22]，成功選育出了既在水地表現(xiàn)豐產(chǎn)，又在旱地表現(xiàn)抗旱的水旱兼用多抗高產(chǎn)小麥新品種‘煙農(nóng)173’。

1 材料與方法

1.1 材料

‘煙農(nóng)173’的母本是‘濟麥22’?！疂?2’是山東省農(nóng)業(yè)科學院作物研究所育成的超高產(chǎn)、多抗、優(yōu)質(zhì)中筋小麥新品種，是黃淮北片冬麥區(qū)主推品種，累計推廣面積666.67 萬hm2以上，是中國第一大小麥品種。該品種具有三大突出特點：一是產(chǎn)量高；二是抗性強，抗白粉病、條銹病，抗倒伏，抗寒，節(jié)水，耐熱；三是適應性廣黃淮和北方冬麥區(qū)大面積推廣種植。

‘煙農(nóng)173’的父本是‘煙2415’?！疅?415’是煙臺市農(nóng)業(yè)科學研究院于1996年以自創(chuàng)親本‘煙849’為母本，本單位選育的‘魯麥21號’為父本雜交選育而成的高產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)、廣適性小麥新品種。其中‘魯麥21 號’小麥品種具有極強的抗旱能力，經(jīng)國家半干旱農(nóng)業(yè)工程技術(shù)研究中心鑒定：抗旱系數(shù)為1.07，并稱該品種是高產(chǎn)、抗旱品種類型。‘魯麥21 號’至今作為山東省旱地試驗的對照品種已20余年，并在1997年、2008年非灌溉條件下分別創(chuàng)造了10404.6 kg/hm2、10555.05 kg/hm2的高產(chǎn)紀錄，是中國抗旱高產(chǎn)品種選育的重大突破。

1.2 方法

該品種采用水旱一體種植、平行優(yōu)勢選擇、抗逆生態(tài)選擇、水旱聯(lián)合鑒定的方法系統(tǒng)選育而成的。水旱一體種植，是指從雜交種開始將每一個世代種子一分為二種植在水、旱兩圃，根據(jù)兩圃綜合表現(xiàn)，選擇既在水地表現(xiàn)豐產(chǎn)，又在旱地表現(xiàn)抗旱、抗逆、產(chǎn)量較高、穗層整齊、穗大粒多、抗病性好的材料。具體到雜交材料后代的選擇上采用平行優(yōu)勢選擇與抗逆生態(tài)選擇，即在當?shù)厣鷳B(tài)條件下，水旱兩圃內(nèi)分別以當?shù)厮睾秃档赝茝V品種為對照，在水地選擇抗寒性、抗病性、豐產(chǎn)性最佳的材料；在旱地選擇抗寒性、抗旱性、抗干熱風性、后期葉片功能期長、熟相、子粒飽滿度好的材料。將高代中選的株系在水、旱兩個生態(tài)條件進行多環(huán)境多點聯(lián)合鑒定試驗，對其產(chǎn)量性狀進行全面正確評價，評選出抗旱性與豐產(chǎn)性結(jié)合好的品系。其選育過程及多環(huán)境多點鑒定試驗見表1。

2 結(jié)果與分析

2.1 生物學特性

半冬性，幼苗半直立。株型半緊湊，葉色淺綠，葉片上沖，抗寒、抗旱，熟相好。長芒、白殼、白粒，籽粒飽滿度中等、硬質(zhì)。兩年區(qū)域試驗結(jié)果平均：生育期246天，與對照‘濟麥22’相當；株高82.7 cm，最大分蘗1545.0 萬/hm2，有 效 穗 658.5 萬/hm2，分 蘗 成 穗 率42.6%；穗型紡錘，穗粒數(shù)37.5 粒，千粒重40.6 g，容重815.3 g/L。‘煙農(nóng)173’顯著特點是抽穗期較對照‘濟麥22’提前4～6 天，熟相好、熟期正常偏早，葉功能期長，灌漿期長，具有抗旱、抗倒春寒、抗干熱風的生物學特性[23-26]。

2.2 產(chǎn)量表現(xiàn)

2.2.1 山東省高肥組試驗 表2 為‘煙農(nóng)173’在山東省高肥組區(qū)域試驗中的產(chǎn)量表現(xiàn)。2012—2013 年度12點匯總，11 點增產(chǎn)，增產(chǎn)點率91.67%，產(chǎn)量幅度為7855.1～9610.1 kg/hm2，平均產(chǎn)量 8733.3 kg/hm2，比對照‘濟麥22’增產(chǎn)5.98%，增產(chǎn)差異極顯著，居13 個參試品種的首位。2013—2014年度14點匯總，13點增產(chǎn)，增產(chǎn)點率92.86%，產(chǎn)量幅度為8100.0～10637.6 kg/hm2，平均產(chǎn)量9231.0 kg/hm2，比對照‘濟麥22’增產(chǎn)6.35%，增產(chǎn)差異極顯著，居12個參試品種的第2位。兩年區(qū)試平均產(chǎn)量8982.2 kg/hm2，比對照‘濟麥22’增產(chǎn)6.17%，達極顯著水平。

2014—2015 年度山東省高肥組生產(chǎn)試驗（表3），13 點匯總，12 點增產(chǎn)，增產(chǎn)點次率92.31%，平均產(chǎn)量8719.6 kg/hm2，比對照‘濟麥22’增產(chǎn)4.70%。

2.2.2 黃淮北片新品種示范試驗 2015—2016 年度國家小麥產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系黃淮北片小麥新品種示范試驗，共15個示范點，展示18個品種，每個品種0.03～0.04 hm2，產(chǎn)量結(jié)果見表4。

通過15 個地點、18 個品種的產(chǎn)量結(jié)果統(tǒng)計，總平均產(chǎn)量為 8196.0 kg/hm2，其中‘邯 11-5276’、‘石 10-4393’、‘煙農(nóng)173’、‘中麥4072’、‘濟麥23’、‘臨091’、‘堯麥16’、‘衡S29’等8 個品種的平均產(chǎn)量超總平均產(chǎn)量，增產(chǎn)幅度1.8%～5.0%。產(chǎn)量超總平均產(chǎn)量3.0%以上的品種分別是‘邯11-5276’、‘石10-4393’、‘煙農(nóng)173’、‘中麥4072’、‘濟麥23’。

2.2.3 旱地鑒定試驗 2014—2015 年山東省小麥產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系旱地小麥新品系多點鑒定試驗。參試品系20 份，對照‘魯麥21’。分別在臨沂、聊城、青島、淄博等4個試點進行旱地多點鑒定，產(chǎn)量結(jié)果見表5。綜合平均后，‘煙農(nóng)173’、‘125592’較對照‘魯麥21’分別增產(chǎn)2.51%、0.81%，2 個品系具有較好的耐旱性、適應性和穩(wěn)定性。

2.3 抗性表現(xiàn)

2.3.1 抗逆性‘煙農(nóng)173’于2011—2016年度先后參加了山東省高肥組試驗、山東省小麥技術(shù)體系旱地鑒定試驗、國家小麥產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系黃淮北片新品種示范試驗，歷時5年經(jīng)歷了寒害、干旱、倒春寒、干熱風等單因素或多因素疊加的自然災害的影響，均表現(xiàn)出了抗好的抗逆性?？购裕髂攴菰囼炗涊d莖穗均100%越冬，葉片凍害程度均為2 或2+，特別是2014 年冬季山東省極低溫度達到零下14℃，導致了部分小麥品種發(fā)生凍害而大面積減產(chǎn)，‘煙農(nóng)173’無影響，說明抗寒性強。倒春寒，試驗先后經(jīng)歷2013 年、2015 年兩次較嚴重的倒春寒危害，‘煙農(nóng)173’均表現(xiàn)穗部完整，結(jié)實性好，說明‘煙農(nóng)173’具有較強的抗性。如2013 年3 月中旬氣溫連續(xù)多日在20℃以上，4 月份上旬受冷空氣影響，出現(xiàn)大范圍降溫，8 日最低氣溫低于0℃，有霜凍，導致多數(shù)小麥品種小穗受凍，結(jié)實性差而不育，‘煙農(nóng)173’穗部性狀完整，沒有出現(xiàn)頂部及低部小穗不育，表明抗倒春寒能力強。旱災，試驗期間共經(jīng)歷了2012 年、2014 年、2015 年、2016 年的春季干旱，‘煙農(nóng)173’均表現(xiàn)出了較強的抗旱能力。干熱風危害，2014年冬季低溫冰害、春季干旱后，2014年5月下旬山東省又發(fā)生了嚴重干熱風危害，‘煙農(nóng)173’生育后期活株帶綠成熟，表現(xiàn)出較強的抗干熱風能力。

表2 ‘煙農(nóng)173’在山東省區(qū)試中的產(chǎn)量表現(xiàn) kg/hm2

表3 ‘煙農(nóng)173’在山東省生產(chǎn)試驗中的產(chǎn)量表現(xiàn) kg/hm2

2.3.2 抗病性 2015 年經(jīng)中國農(nóng)業(yè)科學院植物保護研究所接種抗病鑒定：‘煙農(nóng)173’高抗葉銹病，中抗紋枯病，中感條銹病和白粉病，高感赤霉病。

2.3.3 抗旱性 2017—2018年度，小麥產(chǎn)業(yè)體系專家青島農(nóng)業(yè)大學穆平教授對包括‘煙農(nóng)173’在內(nèi)的26 份材料進行了抗旱性鑒定。鑒定采用隸屬函數(shù)法，即以脅迫處理后的株高、根長、鮮重、干重、SOD 活性和MDA 含量為依據(jù)，用求隸屬函數(shù)值法獲得各項指標平均值并排序，平均值越大說明抗旱能力越強。根據(jù)隸屬函數(shù)平均值的大小分為四級：Ⅰ級，X≥0.7，高度抗旱；Ⅱ級，0.5≤X＜0.7，中度抗旱；Ⅲ級，0.4≤X＜0.5，抗旱；Ⅳ級，0＜X＜0.4，輕微抗旱。結(jié)果表明：對照‘魯麥21’的函數(shù)平均值為0.60，抗旱能力為Ⅱ級；‘煙農(nóng)173’的函數(shù)平均值為0.73，抗旱能力為Ⅰ級，抗旱能力強。

3 討論與結(jié)論

3.1 選育目標要明確

在中國新農(nóng)業(yè)科技革命發(fā)展任務不斷改變的情況

下，作物育種目標必須展現(xiàn)出一定的靈活性與先進性[27]。育種家必須根據(jù)當?shù)厣a(chǎn)實際需求、種植制度等因素制定育種目標，使育成品種易被市場接受，便于轉(zhuǎn)化應用，形成現(xiàn)實生產(chǎn)力。在當前的小麥生產(chǎn)條件下，水資源不足不可避免，農(nóng)民投入空間有限，大肥大水品種已不對路，沒有市場。所以選育品種要改變增產(chǎn)方式，走資源節(jié)約，環(huán)境友好與可持續(xù)發(fā)展的路子，選育既高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)又抗旱節(jié)水的高效廣適性品種。這與國家確立農(nóng)作物育種“高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、高效、生態(tài)、安全”的總方針相一致。通過培育高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)、多抗廣適性小麥新品種，大幅度提高小麥單產(chǎn)，增強抵抗自然災害的風險，已成為解決小麥安全問題的最根本有效途徑，也是當前和今后一段時間小麥育種工作的核心任務。

表4 黃淮北片18個示范品種最高、最低產(chǎn)量及出現(xiàn)試點與平均產(chǎn)量 kg/hm2

表5 旱地參試品系不同試點產(chǎn)量匯總表 kg/hm2

3.2 親本選配是關(guān)鍵

根據(jù)育種目標，進行親本選配，其關(guān)鍵是要組配出符合育種目標需求的基因新組合，盡量減少不良的非目標性狀導入?！疅熮r(nóng)173’在親本選配中遵循了3個原則：（1）親本中要有一個本地區(qū)大面積推廣的品種。從理論上講，科技的進步總是在繼承中創(chuàng)新發(fā)展的，沒有繼承就沒有發(fā)展，小麥育種也不例外。從實踐上講，能夠成為大面積推廣的主栽品種，一般是綜合性狀好，適應性廣，效益好，得到農(nóng)民認可的，這是新育成品種高產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)、適應性廣的基礎。‘煙農(nóng)173’的母本為‘濟麥22’，是目前大面積推廣的主導品種，連續(xù)6 年為黃淮北片第一大品種。（2）雙親本盡量選用產(chǎn)量高，優(yōu)點多，缺點少，且優(yōu)缺點能互補的品種作親本，既“強強”聯(lián)合（著名小麥育種家莊巧生院士）。‘煙農(nóng)173’雙親都具有高產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)的特點，在抗倒性和肥水利用效率方面又具有很好的互補性?！疂?2’具有高產(chǎn)，穩(wěn)產(chǎn)，抗倒等多個優(yōu)良性狀，其缺點是肥水敏感度高，在高肥水地塊產(chǎn)量高且穩(wěn)產(chǎn)，在中低肥水產(chǎn)量低且不穩(wěn)定；‘煙2415’同樣具有高產(chǎn)，穩(wěn)產(chǎn)，抗病等多個優(yōu)良性狀，因其含有‘魯麥21 號’的血緣故具有較好的抗旱能力和較高的肥水利用效率，其缺點是株高偏高，熟期較晚。（3）品種與品種單交選育。這與林作揖等關(guān)于“選育品種主要用單交方式”的結(jié)論相一致。通過審定或在生產(chǎn)上應用的品種往往具有高產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)、適應性廣等特性，遺傳基因優(yōu)良穩(wěn)定。單交選育過程中目標性狀不易丟失，可避免三交或多復交過程中因遺傳基礎過于豐富，而造成目標性狀的遺失或因某一不良性狀的導入使品種存在致命缺陷。

‘煙農(nóng)173’雙親的組配，賦予了該組合具有超強優(yōu)勢的理論基礎，通過雜交聚合了雙親的優(yōu)良基因，遺傳基礎豐富，使高產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)、抗病、抗旱、抗寒、抗干熱風等優(yōu)良基因在較高層次上得到重組，使‘煙農(nóng)173’具有了更多的優(yōu)良性狀，從而提高了新品種的豐產(chǎn)性和多抗性。

3.3 選育方法是保證

選好親本組合，為品種的育成提供了最大的遺傳可能性的前提下，在后代的培育中將目標性狀從大量的后代群體中選擇出來，是育種成功的保證。在小麥新品種選育的過程中，基因型與環(huán)境互作的結(jié)果使性狀指標表現(xiàn)各異，創(chuàng)造有利的生態(tài)環(huán)境和栽培條件使目標性狀在一定的環(huán)境壓力下得到充分發(fā)揮，選擇就顯得較為容易了。小麥抗旱性和豐產(chǎn)性受多基因控制，二者往往不能同時表達，筆者在培育新品種時使用了水旱一體種植、平行交替選拔、水旱平行鑒定的方法為抗旱豐產(chǎn)型基因創(chuàng)造了充分表達的有利環(huán)境和條件，使其抗旱節(jié)水、豐產(chǎn)性能夠充分表現(xiàn)。實現(xiàn)了抗旱、節(jié)水、豐產(chǎn)目標的定向培育，提高了育種選擇效率。