白粒全糯性小麥品種的選育實踐與體會

劉愛峰，韓冉，程敦公，李豪圣，曹新有，宋健民，劉成，郭軍，劉建軍

（山東省農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物研究所／農(nóng)業(yè)部黃淮北部小麥生物學(xué)與遺傳育種重點實驗室／小麥玉米國家工程實驗室，山東 濟南 250100）

小麥?zhǔn)潜Ｕ蠂壹Z食安全的重要作物。人們在實現(xiàn)美好生活的過程中對飲食多樣化的要求也隨之增強，其中糯性食品因其獨特的特性受到青睞，糯性小麥品種的選育及其在食品加工業(yè)中的應(yīng)用也逐漸成為社會關(guān)注的焦點。糯小麥有別于普通小麥的主要差異是淀粉組成成分，普通小麥淀粉中含有20%～30%的直鏈淀粉和70%～80%的支鏈淀粉，而糯小麥不含直鏈淀粉或直鏈淀粉的含量很低（＜2%）［1-3］。

小麥糯性是由位于7A、4A和7D染色體上的3對隱性基因Wx-A1b、Wx-B1b和Wx-D1b控制的，只有當(dāng)這3對基因同時隱性純合或缺失時才成為全糯質(zhì)突變體即糯小麥［4-6］。自然界中不存在糯小麥突變體，需要采用一定的育種手段和方法來實現(xiàn)。人工雜交遺傳重組是最早應(yīng)用的育種方法，第一個全糯小麥就是用這種方法培育而成［4］。隨后，利用EMS（甲基磺酸乙酯，ethylmethane sulfonate）誘變技術(shù)也獲得了全糯植株［7］。隨著育種技術(shù)的發(fā)展和輔助育種手段的多樣化，全糯小麥品種的數(shù)量不斷增多［8-11］。采用輪回選擇育種技術(shù)和碘試劑染色跟蹤、分子標(biāo)記技術(shù)選出了糯質(zhì)小麥新品系［12，13］，常規(guī)育種技術(shù)選育出農(nóng)大糯麥1號和2號［14］，玉米誘導(dǎo)小麥單倍體技術(shù)選育出糯性新品系［15］。糯性小麥的培育技術(shù)和手段呈現(xiàn)多樣化，但相對比較零散，還沒有形成完整的育種技術(shù)體系。本文以我們選育的白粒全糯性特色小麥品種濟糯116為例，總結(jié)了白粒全糯性小麥的選擇過程和運用的技術(shù)手段，以期為白粒全糯性小麥品種的培育提供育種技術(shù)參考。

1 親本選擇及后代選育

1.1 親本優(yōu)優(yōu)配置是基礎(chǔ)

糯小麥的培育首先需要收集和鑒定篩選優(yōu)異糯性種質(zhì)資源，選擇合適親本是培育新品種的首要工作和基礎(chǔ)。本團隊對收集的糯性種質(zhì)資源進行了綜合農(nóng)藝性狀和適應(yīng)性的田間鑒定，篩選出表現(xiàn)較好的冀糯200作為母本；在多年觀察鑒定的基礎(chǔ)上，選擇綜合農(nóng)藝性狀優(yōu)良的普通小麥鄭麥366作為父本，配制雜交組合。

1.2 F1代的精細選擇是關(guān)鍵

F1代采用單株收獲，挑選出表皮顏色為白色的籽粒（圖1），鑒定籽粒的胚乳外觀，淘汰胚乳渾濁不清或者半透明的籽粒，保留胚乳為乳白色不透明的籽粒。然后用1.0%的碘-碘化鉀溶液對選留的籽粒胚乳進行染色，淘汰胚乳染色深（藍黑色）的籽粒，保留胚乳染色淺（棕紅色）的籽粒（圖2）。之后再種植入選的籽粒有胚部分，利用多余的種子測定直鏈和支鏈淀粉含量，直鏈淀粉含量低于2.0%時說明這些籽粒為糯性。

圖1 粒色

圖2 胚乳染色

1.3 F2～F5代的輔助選擇是保障

F2代按照單株取葉片提取DNA，分析糯蛋白的3個位點WxA、WxB和WxD分子標(biāo)記的基因型（圖3、圖4、圖5），篩選Wx-A1位點突變型的擴增片段長度為317 bp，Wx-B1位點突變型的擴增片段長度為668 bp，Wx-D1位點突變型的擴增片段長度為260 bp，篩選3個位點均為突變型的單株。同時對選留單株的籽粒進行碘-碘化鉀溶液染色，選留胚乳染色呈棕紅色的籽粒并將有胚的部分進行種植。多余的種子混合用于測定直鏈和支鏈淀粉含量及淀粉糊化特性，直鏈淀粉含量須低于2.0%，淀粉糊化特性曲線的峰值時間短、終粘度低、回升值低。在F3-5代家系綜合農(nóng)藝性狀鑒定的基礎(chǔ)上進行單株選擇，每個單株隨機取20粒進行碘-碘化鉀溶液染色，選留籽粒染色呈棕紅色的單株。

圖3 Wx-A1位點

圖4 Wx-B1位點

圖5 Wx-D1位點

1.4 高代穩(wěn)定系的綜合性狀選擇是最終抉擇

對F6代以后的高代穩(wěn)定系的產(chǎn)量性狀和綜合農(nóng)藝性狀等進行接近生產(chǎn)條件的小區(qū)種植鑒定，并加強對淀粉品質(zhì)的測定研判。按照山東省小麥品種區(qū)域試驗對產(chǎn)量的要求（增產(chǎn)幅度＞3.0%），選留產(chǎn)量潛力高、綜合農(nóng)藝性狀表現(xiàn)優(yōu)良的株系，同時對株系的淀粉糊化特性進行測定分析，選留淀粉糊化特性明顯不同于普通小麥（非糯性系）的株系（圖6），最終選留株系128116為濟糯116的出圃高代穩(wěn)定系。在2017—2019年度山東省小麥品種區(qū)域試驗和生產(chǎn)試驗中其666.7m2平均單產(chǎn)552.13 kg，比對照品種增產(chǎn)8.13%，2020年在山東德州陵城的1.07 hm2大田生產(chǎn)中666.7m2平均單產(chǎn)503 kg，在濱州陽信26.67 hm2大田生產(chǎn)中666.7m2平均單產(chǎn)超過600 kg。

圖6 糯性系與非糯性系的淀粉糊化曲線的差異

2 選育體會

2.1 優(yōu)異Wx基因種質(zhì)資源是培育新品種的基礎(chǔ)

Wx蛋白資源是糯小麥遺傳育種的物質(zhì)基因。隨著現(xiàn)代生物技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用，蘊藏在小麥地方品種及近緣物種里的Wx蛋白被逐漸挖掘和利用，為糯性小麥品種的培育提供了新型Wx蛋白資源和優(yōu)異的中間材料。優(yōu)質(zhì)強筋小麥一直是生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)面粉的首選原糧，在這類品種的培育過程中常注重蛋白質(zhì)和面筋的改良，而忽略了淀粉的重要作用，尤其是糯小麥的淀粉構(gòu)成和性質(zhì)。濟糯116成功聚合了Wx的3個基因和優(yōu)質(zhì)高分子量麥谷蛋白亞基對5＋10。在今后小麥品質(zhì)改良尤其是優(yōu)質(zhì)專用小麥的培育中應(yīng)該充分考慮淀粉的作用，將更多優(yōu)良的蛋白亞基和Wx基因聚合到同一個品種中，實現(xiàn)蛋白品質(zhì)與淀粉品質(zhì)的最優(yōu)組合。

2.2 綜合運用現(xiàn)代育種技術(shù)進行全世代選擇是育種關(guān)鍵

一個小麥新品種的育成從配制雜交組合到穩(wěn)定世代出圃要經(jīng)過5～8年的時間，在整個生育期間，需針對育種目標(biāo)的不同性狀采用不同的技術(shù)手段進行鑒定分析和篩選，糯性小麥的培育更是如此。早世代是小麥糯性選擇的關(guān)鍵時期，F(xiàn)1代的鑒定篩選至關(guān)重要。籽粒胚乳外觀是鑒定篩選的第一步，同時佐以胚乳染色鑒定篩選以及直鏈淀粉含量分析結(jié)果。F2代中采用Wx基因標(biāo)記進行分子標(biāo)記跟蹤檢測，同時考慮利用胚乳染色、直鏈淀粉含量和淀粉糊化特性等指標(biāo)。高世代是農(nóng)藝性狀和產(chǎn)量性狀的抉擇時期，需綜合考察綜合農(nóng)藝性狀、產(chǎn)量性狀和淀粉品質(zhì)特性，確保糯性、農(nóng)藝性狀、產(chǎn)量等育種目標(biāo)實現(xiàn)同步選擇。

2.3 優(yōu)異淀粉特性奠定廣闊的產(chǎn)業(yè)化開發(fā)前景

糯性小麥由于其獨特的淀粉特性被廣泛應(yīng)用于食品加工業(yè)，其面粉可以用做“修飾”淀粉食品的原料，調(diào)整直鏈淀粉含量、提高面食質(zhì)量，這在改變居民的膳食結(jié)構(gòu)和組成方面將起到重要作用［16］。糯小麥粉的添加能夠改善面條的感官和質(zhì)構(gòu)特性［17-19］，改善普通小麥粉的饅頭口感和儲藏性能［20-22］。特別是由于糯質(zhì)淀粉具有較高的持水能力、較低的凝沉和老化速度，能夠增加面粉制品的保鮮能力，同時優(yōu)良的凍融穩(wěn)定性使其非常適宜制作冷藏及速凍食品［23-26］。濟糯116的淀粉糊化特性和回升特性不同于普通小麥（圖6），直鏈淀粉含量近乎為零、回升值很低（284.0 cP）。研究發(fā)現(xiàn)，濟糯116在濟麥22和濟麥229面條中的適宜添加比例可以控制在20%～30%，而在濟麥44面條中的適宜添加比例可以控制在30%～40%；在濟麥22和濟麥44速凍面條中的適宜添加比例可以控制在20%～30%，而在濟麥229速凍面條的適宜添加比例可以控制在30%～40%；在紫麥全粉面條中的最高添加比例為20%；在紫麥全粉饅頭中的適合比例可以控制在10%～20%。濟糯116作為配粉在改良普通小麥面粉的面包、面條、速凍面條以及紫麥全粉饅頭和面條等品質(zhì)方面能夠充分發(fā)揮其獨特的淀粉特性作用。隨著濟糯116種植面積的擴大和總產(chǎn)量的增大，必將被面食品企業(yè)利用充分發(fā)揮其配粉特性和作用。

眾所周知，糯質(zhì)糧食作物是我國傳統(tǒng)釀酒工業(yè)的重要原料。近年來，我國糯小麥品種選育取得重要進展，因而糯小麥在釀酒工業(yè)中的優(yōu)勢逐漸得以顯現(xiàn)。糯小麥具有與傳統(tǒng)白酒工藝相適應(yīng)的特性，且相對于粳高粱和普通小麥而言其出酒率更高，白酒的氣味和口感更佳［27］，在中國傳統(tǒng)白酒釀造中具有廣闊的開發(fā)利用潛力。白酒釀制行業(yè)對糯小麥的青睞為濟糯116開辟了新的開發(fā)利用空間，同時，濟糯116的高拍賣成交額引起了國內(nèi)白酒釀制企業(yè)的高度關(guān)注，部分白酒釀制企業(yè)已進行小樣品量的試用。這方面的應(yīng)用和開發(fā)需要繼續(xù)深入研究。