創(chuàng)新育種思路 打造廣適高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)小麥品種

文本刊記者 楊陽(yáng)

1月10日上午，2019年度國(guó)家科學(xué)技術(shù)獎(jiǎng)勵(lì)大會(huì)在人民大會(huì)堂舉行。由山東省農(nóng)業(yè)科學(xué)院原子能農(nóng)業(yè)應(yīng)用研究所研究員李新華主持，并率領(lǐng)聯(lián)合中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物科學(xué)研究所等科研團(tuán)隊(duì)的“廣適高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)小麥新品種魯原502的選育與應(yīng)用”獲得國(guó)家科技進(jìn)步獎(jiǎng)二等獎(jiǎng)。項(xiàng)目完成人還有劉錄祥、李鵬、吳建軍、高國(guó)強(qiáng)、孫明柱、趙林姝、王美華、張鳳云、郭利磊等。

小麥?zhǔn)俏覈?guó)重要口糧，不斷選育和推廣小麥新品種是保障國(guó)家糧食安全的戰(zhàn)略途徑。上世紀(jì)90年代末，黃淮麥區(qū)的小麥生產(chǎn)凸顯出一些亟待解決的問(wèn)題：一是高產(chǎn)品種的廣適性較差，推廣種植區(qū)域受到較大限制；二是育成品種的遺傳相似性高，潛在風(fēng)險(xiǎn)大；三是品種抗倒伏能力較差，產(chǎn)量穩(wěn)定性受到較大影響。針對(duì)以上問(wèn)題，項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)創(chuàng)新育種思路與技術(shù)體系，育成廣適高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)小麥品種魯原502并大面積推廣應(yīng)用。

“兩穩(wěn)兩增” 育種新思路成就新品種

項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)確立了“兩穩(wěn)兩增”（即穩(wěn)定群體、穩(wěn)定千粒重、增加穗粒數(shù)、增強(qiáng)抗倒性）的育種新思路，創(chuàng)新集成了目標(biāo)突變體創(chuàng)制與雜交選育相結(jié)合的育種技術(shù)體系。按照“兩穩(wěn)兩增”育種思路，創(chuàng)新“誘發(fā)突變、定向篩選”的育種技術(shù)，研制出矮稈抗倒伏種質(zhì)“9940168”；以其為母本與濟(jì)麥19配制雜交組合，并利用早代選組合、中高代定向選單株、穩(wěn)定品系多生態(tài)區(qū)異地鑒定的雜交選育新技術(shù)，育成了廣適高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)小麥新品種魯原502。利用該體系，還育成71個(gè)優(yōu)良新品系，其中3個(gè)新品系已完成國(guó)家或省級(jí)生產(chǎn)試驗(yàn)，32個(gè)新品系進(jìn)入?yún)^(qū)域試驗(yàn)。

確立了“兩穩(wěn)兩增”育種新思路。20世紀(jì)90年代黃淮麥區(qū)育成品種的群體和千粒重得到了較大提升，但存在莖稈強(qiáng)度較弱、易發(fā)生倒伏，穗粒數(shù)較少、限制產(chǎn)量進(jìn)一步提升等突出問(wèn)題。針對(duì)以上問(wèn)題，確立了“兩穩(wěn)兩增”的育種新思路，即穩(wěn)定群體（畝成穗40萬(wàn)左右），穩(wěn)定千粒重（45克左右），增加穗粒數(shù)（38粒左右），增強(qiáng)抗倒性。在穩(wěn)定群體和粒重的基礎(chǔ)上，通過(guò)增加穗粒數(shù)進(jìn)一步提升產(chǎn)量水平，通過(guò)提高莖稈強(qiáng)度增強(qiáng)抗倒能力，解決多穗型品種普遍存在的高產(chǎn)與倒伏的矛盾，以及大穗型品種高產(chǎn)與廣適的矛盾。

創(chuàng)新“誘發(fā)突變、定向篩選”的育種技術(shù)，研制出矮稈抗倒伏種質(zhì)“9940168”。誘發(fā)突變技術(shù)能夠使植物在DNA水平發(fā)生變異，產(chǎn)生自然界稀有或用常規(guī)方法較難獲得的新性狀，并且能夠穩(wěn)定遺傳。91102是項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)育成的具有穗大粒多、結(jié)實(shí)性好、莖稈粗壯、韌性好等優(yōu)良性狀的穩(wěn)定品系，但植株較高（91厘米），難以利用。為此，他們將其進(jìn)行了衛(wèi)星搭載（國(guó)土普查衛(wèi)星），從SP2代開始，在保留原有優(yōu)良性狀的基礎(chǔ)上主要針對(duì)株高變異進(jìn)行選擇，在SP4代中選出了矮稈突變材料9940168。該材料株高中等（78厘米）、植株繁茂、株型優(yōu)良，穗部育性好、穗粒數(shù)多、結(jié)實(shí)飽滿，基部節(jié)間短、壁厚、莖稈韌性好、抗折能力強(qiáng)，是一個(gè)理想的育種新材料。

創(chuàng)新集成早代選組合、中高代定向選單株、穩(wěn)定品系多生態(tài)區(qū)異地鑒定的雜交選育新技術(shù)，育成了廣適高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)小麥新品種魯原502。魯原502畝穗數(shù)40.6萬(wàn)、穗粒數(shù)38.6粒、千粒重43.8克、莖稈抗折力3.14牛頓，于2011年通過(guò)國(guó)家審定；利用創(chuàng)新性育種技術(shù)體系，項(xiàng)目組后續(xù)育成71個(gè)優(yōu)良新品系，其中3個(gè)新品系已完成國(guó)家或省級(jí)生產(chǎn)試驗(yàn)，32個(gè)新品系進(jìn)入了區(qū)域試驗(yàn)。

按照“兩穩(wěn)兩增”的育種思路，以創(chuàng)制的9940168為母本，與濟(jì)麥19配制雜交組合。濟(jì)麥19曾是黃淮麥區(qū)主推品種，2005年獲國(guó)家科技進(jìn)步獎(jiǎng)二等獎(jiǎng)，具有群體適宜、株型優(yōu)良、落黃性及綜合抗性好等突出優(yōu)點(diǎn)，但株高較高、莖稈較弱、穗粒數(shù)偏少，與9940168莖稈強(qiáng)韌、穗粒數(shù)多的特性優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)。

早代選組合。子一代重點(diǎn)觀察各組合雜種優(yōu)勢(shì)表現(xiàn)，淘汰劣勢(shì)組合；子二代由常規(guī)點(diǎn)播種植、單株選擇，改為小區(qū)種植、群體選擇，并在濟(jì)南和桓臺(tái)兩地同步進(jìn)行，根據(jù)小區(qū)群體綜合性狀表現(xiàn)，確定重點(diǎn)留選組合。

中高代定向選單株。子三代至子五代采用點(diǎn)播種植、單株選擇。注重單穗小穗數(shù)和穗育性選擇，通過(guò)增加小穗數(shù)、提高小花結(jié)實(shí)性，增加穗粒數(shù)；注重莖稈強(qiáng)度和基部節(jié)間長(zhǎng)度選擇，自子四代開始對(duì)選出單株的基部第二節(jié)間長(zhǎng)度、壁厚、莖稈抗折力進(jìn)行測(cè)定，選擇抗倒伏能力優(yōu)于親本濟(jì)麥19的單株；注重粒葉比和株型選擇，選取下部葉片窄、上部葉片較短且挺舉的材料，提高通透性和光能利用率。

穩(wěn)定品系多生態(tài)區(qū)異地鑒定。優(yōu)選的新品系在濟(jì)南、桓臺(tái)、菏澤進(jìn)行多點(diǎn)多年的綜合性狀鑒定與評(píng)價(jià)，同時(shí)在北京和宿州進(jìn)行冬季抗寒性、抗倒春寒和抗病性鑒定，篩選出適應(yīng)性廣、高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)的新品種/系。

品質(zhì)優(yōu)良 打造我國(guó)主推小麥品種

魯原502通過(guò)國(guó)家和四?。ㄗ灾螀^(qū)）審（認(rèn)）定，實(shí)打產(chǎn)量突破800公斤/畝，年推廣面積超1500萬(wàn)畝，為我國(guó)三大主推小麥品種之一。魯原502具有產(chǎn)量潛力高、適應(yīng)性廣、抗倒伏能力強(qiáng)、水分利用效率高、品質(zhì)優(yōu)良等突出優(yōu)點(diǎn)。在國(guó)家和山東省區(qū)試中產(chǎn)量均居第一位，分別較對(duì)照增產(chǎn)10.16%和4.99%；山東省高產(chǎn)創(chuàng)建實(shí)打驗(yàn)收最高單產(chǎn)達(dá)812.2公斤/畝。該品種自身調(diào)節(jié)能力強(qiáng)，適應(yīng)區(qū)域廣，在國(guó)家多年多點(diǎn)區(qū)試中增產(chǎn)點(diǎn)率100%，推廣區(qū)域覆蓋魯、皖、冀、蘇、晉、新疆等6個(gè)?。▍^(qū)）。群體結(jié)構(gòu)合理，植株重心低、基部節(jié)間短且壁厚、莖稈抗折力高，抗倒伏能力強(qiáng)。在不同節(jié)水處理?xiàng)l件下，水分利用效率高，節(jié)水豐產(chǎn)性好。品質(zhì)為優(yōu)質(zhì)中筋，饅頭評(píng)分80.0分，面條評(píng)分82.0分。

產(chǎn)量潛力高。實(shí)打產(chǎn)量高達(dá)812.2公斤/畝。魯原502在國(guó)家黃淮北片、山東省、安徽省、江蘇省和新疆自治區(qū)參試中，均表現(xiàn)突出。在國(guó)家區(qū)試中較對(duì)照石4185增產(chǎn)10.16%，居第一位；在山東省區(qū)試中較對(duì)照濟(jì)麥22增產(chǎn)4.99%，居第一位；在安徽省和新疆自治區(qū)生產(chǎn)試驗(yàn)中分別較對(duì)照增產(chǎn)15.90%和17.72%。在高產(chǎn)創(chuàng)建中，由山東省農(nóng)業(yè)廳組織專家實(shí)打驗(yàn)收，2011年兗州點(diǎn)實(shí)打產(chǎn)量783.52公斤/畝、2014年桓臺(tái)點(diǎn)812.2公斤/畝、2015年招遠(yuǎn)點(diǎn)768.18公斤/畝、2016年兗州點(diǎn)805.9公斤/畝，充分反映了魯原502的高產(chǎn)潛力。

適應(yīng)性廣。國(guó)家和四?。▍^(qū)）審（認(rèn)）定，6?。▍^(qū)）大面積推廣。魯原502自身調(diào)節(jié)能力強(qiáng)，適應(yīng)區(qū)域廣，先后通過(guò)國(guó)家和山東、安徽、江蘇、新疆四省審（認(rèn)）定，推廣區(qū)域覆蓋魯、皖、冀、蘇、晉、新疆等6個(gè)省份，滿足了不同生態(tài)區(qū)對(duì)廣適高產(chǎn)品種的需求。在國(guó)家區(qū)試中，魯原502不同年份、不同試驗(yàn)點(diǎn)表現(xiàn)穩(wěn)定，均能發(fā)揮出較高的產(chǎn)量水平，增產(chǎn)點(diǎn)率達(dá)100%。對(duì)山東、河北和山西三省兩年度24點(diǎn)次參試品種產(chǎn)量結(jié)果分析表明，魯原502適應(yīng)度值最高，變異系數(shù)和離優(yōu)度值均較低，說(shuō)明魯原502不僅產(chǎn)量高，而且廣適性和產(chǎn)量穩(wěn)定性均 較好。

莖稈強(qiáng)韌，抗倒伏能力強(qiáng)。對(duì)蠟熟期不同品種莖稈強(qiáng)度相關(guān)指標(biāo)測(cè)定結(jié)果表明，魯原502植株重心低、基部節(jié)間短、基部第二節(jié)間壁厚、莖稈抗折力高；莖稈基部第二節(jié)間的解剖結(jié)構(gòu)顯微觀察發(fā)現(xiàn)，魯原502莖稈橫切面積較大，大維管束數(shù)目較多，機(jī)械組織較發(fā)達(dá)，厚壁細(xì)胞層數(shù)多且排列緊密，細(xì)胞壁木質(zhì)化程度較高。2013年和2016年，山東省多個(gè)地市出現(xiàn)了大風(fēng)和強(qiáng)降雨天氣，魯原502經(jīng)受住了考驗(yàn)，與其它品種相比，展現(xiàn)出了更好的抗倒伏能力，得到了農(nóng)技推廣專家和種植農(nóng)戶的肯定。

節(jié)水性能好，水分利用效率高。10個(gè)小麥主推高產(chǎn)品種節(jié)水豐產(chǎn)性比較試驗(yàn)結(jié)果表明：魯原502在0水、1水和2水處理下產(chǎn)量與水分利用效率均為第1位，水分利用效率分別為每公頃面積每毫米深度用水29.64千克、每公頃面積每毫米深度用水25.13千克和每公頃面積每毫米深度用水21.90千克；生理指標(biāo)分析表明，魯原502灌漿前期干物質(zhì)增速快、中期峰值高、后期降速慢，穗粒數(shù)和千粒重波動(dòng)小，能夠在不同節(jié)水處理水平獲得較高的產(chǎn)量。

品質(zhì)優(yōu)良，適合制作饅頭和面條。國(guó)家區(qū)試品質(zhì)分析，魯原502容重784克/升，蛋白質(zhì)含量（干基）13.08%，濕面筋29.0%，沉淀指數(shù)27.8毫克，吸水率61.3%，穩(wěn)定時(shí)間4.6分鐘，為優(yōu)質(zhì)中筋。經(jīng)農(nóng)業(yè)部谷物及制品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)測(cè)試中心（哈爾濱）測(cè)試，饅頭評(píng)分80.0分，面條評(píng)分82.0分。

李新華（前排）在麥田中介紹魯原502

創(chuàng)新推廣 優(yōu)化高產(chǎn)高效栽培技術(shù)體系

項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)研究制定了魯原502高產(chǎn)高效栽培技術(shù)規(guī)程，探索構(gòu)建了“科研單位+種業(yè)聯(lián)盟+農(nóng)技推廣單位+農(nóng)業(yè)種植合作社”的推廣模式，優(yōu)化集成了“穩(wěn)群體、增穗重、減氮肥、適節(jié)水”的魯原502高產(chǎn)高效栽培技術(shù)體系，并開發(fā)了肥水決策系統(tǒng)等軟件。通過(guò)建立七省市種業(yè)銷售聯(lián)盟、農(nóng)業(yè)信息化綜合服務(wù)平臺(tái)和農(nóng)業(yè)種植合作社試驗(yàn)示范基地，形成新型高效推廣模式，加速了品種推廣應(yīng)用。

根據(jù)魯原502品種特征特性，在不同地區(qū)開展播期播量、耕作種植方式和水肥利用等試驗(yàn)，明確了魯原502的適宜播期播量、耕作種植方式和水肥管理關(guān)鍵技術(shù)，在此基礎(chǔ)上優(yōu)化集成了“穩(wěn)群體、增穗重、減氮肥、適節(jié)水”的高產(chǎn)高效栽培技術(shù)體系，并開發(fā)了魯原502肥水決策系統(tǒng)等軟件，為魯原502的大面積推廣應(yīng)用提供了堅(jiān)實(shí)的技術(shù)支撐。

依托山東魯研農(nóng)業(yè)良種有限公司牽頭國(guó)內(nèi)120余家種子企業(yè)，建立了七省市種業(yè)銷售聯(lián)盟；依托各級(jí)農(nóng)技推廣單位和山東省農(nóng)村農(nóng)業(yè)信息化綜合服務(wù)平臺(tái)，通過(guò)12396熱線、品種現(xiàn)場(chǎng)觀摩會(huì)和技術(shù)培訓(xùn)等形式，推廣品種與配套技術(shù)；同時(shí)充分發(fā)揮種植專業(yè)合作社的示范帶動(dòng)作用，在106個(gè)縣市區(qū)的173家合作社開展大面積的良種良法配套技術(shù)展示，輻射帶動(dòng)周邊農(nóng)戶。通過(guò)以上工作，構(gòu)建了“科研單位+種業(yè)聯(lián)盟+農(nóng)技推廣單位+農(nóng)業(yè)種植合作社”的推廣模式，加速了品種推廣應(yīng)用。

魯原502自推廣應(yīng)用以來(lái)，連續(xù)多年被列為農(nóng)業(yè)農(nóng)村部和省級(jí)主導(dǎo)品種，年種植面積逐年增長(zhǎng)，年推廣面積超1500萬(wàn)畝，成為我國(guó)三大主推小麥品種之一。現(xiàn)已累計(jì)推廣7700.5萬(wàn)畝，增收糧食38.91億公斤，新增經(jīng)濟(jì)效益91.83億元。近三年累計(jì)推廣5132.5萬(wàn)畝，新增經(jīng)濟(jì)效益61.21億元。獲得植物新品種權(quán)1項(xiàng)，品種審定證書5項(xiàng)，軟件著作權(quán)4項(xiàng)，出版專著1部，發(fā)表學(xué)術(shù)論文37篇。本成果獲得了2018年度山東省科技進(jìn)步獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)。