利用外源優(yōu)質(zhì)基因選育多抗冬小麥品種的研究

劉 眾，劉卓娜

（1.平?jīng)鍪修r(nóng)業(yè)科學(xué)院，甘肅平?jīng)?44000；2.甘肅亞盛實(shí)業(yè)（集團(tuán)）股份有限公司平?jīng)鲛r(nóng)業(yè)分公司，甘肅涇川744300）

糧食是國(guó)家特殊的戰(zhàn)略性物資，是國(guó)家安全、社會(huì)穩(wěn)定和國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的基礎(chǔ)[1]。小麥?zhǔn)俏覈?guó)重要的商品糧和貯備品種，對(duì)保障國(guó)家糧食安全、解決民生和社會(huì)穩(wěn)定起著極為重要的作用。小麥?zhǔn)侵匾募Z食作物，全球約40%的人以其為主食，其種植面積、產(chǎn)量、貿(mào)易量在世界谷物常年產(chǎn)銷中均占有較大比重。

近年來，國(guó)內(nèi)外小麥育種工作都處于艱難爬坡階段，其根本原因在于種質(zhì)資源貧乏和育種手段落后。因此，品種綜合性狀水平的提高有待于育種方法的革新，提高小麥產(chǎn)量一直是小麥育種者的首要目標(biāo)，綜合農(nóng)藝性狀對(duì)產(chǎn)量具有重要影響[2]。小麥種屬外源基因?qū)肫胀ㄐ←湆?huì)拓寬育種基因庫(kù)，增強(qiáng)多抗能力，提高產(chǎn)量潛力，優(yōu)化品質(zhì)，增強(qiáng)抗性?？傊?，隨著市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)發(fā)展，小麥未來育種方向是提高水肥利用率來增加單產(chǎn)?？偖a(chǎn)，走資源節(jié)約、生態(tài)保護(hù)和可持續(xù)發(fā)展的路子，努力選育抗逆能力強(qiáng)，肥水利用率高，“少投資、多產(chǎn)出、環(huán)境友好”的高產(chǎn)良種，使有限的資源生產(chǎn)出盡可能多的小麥，從而達(dá)到糧食增產(chǎn)、農(nóng)民增收、保護(hù)生態(tài)之目的[3]。

隴東地區(qū)屬?zèng)芎由嫌味←渽^(qū)，在全國(guó)小麥區(qū)劃中屬“北部晚熟冬麥區(qū)邊緣地帶”，是甘肅的重要商品糧基地，也是北方居民食用最廣的細(xì)糧作物[4]。長(zhǎng)期以來，干旱、寒冷、土壤瘠薄、條銹病重發(fā)等不利因素嚴(yán)重阻礙當(dāng)?shù)匦←湹母弋a(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)。為了加速旱地小麥科技創(chuàng)新工作，西北農(nóng)林科技大學(xué)建立平?jīng)龊档匦←準(zhǔn)痉秷@，旨在開展旱地小麥育種多點(diǎn)試驗(yàn)和示范工作。2017 年西北農(nóng)林科技大學(xué)農(nóng)學(xué)院和平?jīng)鍪修r(nóng)業(yè)科學(xué)院聯(lián)合共建了西北農(nóng)林科技大學(xué)旱地小麥科技創(chuàng)新園，2019 年成立以康振生院士為首的平?jīng)龊底鬓r(nóng)業(yè)院士專家工作站。在此基礎(chǔ)上，育種課題組根據(jù)甘肅隴東地區(qū)的生態(tài)條件、氣候狀況及小麥產(chǎn)業(yè)化發(fā)展的需求，試驗(yàn)示范了西北農(nóng)林科技大學(xué)農(nóng)學(xué)院和中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物研究所合作選育的旱地小麥新品種普冰322，取得圓滿成功，實(shí)現(xiàn)了抗旱高產(chǎn)育種與水肥高效利用有效結(jié)合、突破優(yōu)質(zhì)、多抗于一體的育種策略技術(shù)路線，由傳統(tǒng)育種向優(yōu)質(zhì)多抗型轉(zhuǎn)變[5]。

目前，普冰322 在甘肅隴東旱塬區(qū)采用“院校+基地+農(nóng)戶”育、繁、推一體化經(jīng)營(yíng)模式，受到來自全國(guó)和陜甘兩省小麥育種專家的充分肯定，使西北農(nóng)林科技大學(xué)又一科研成果在隴原大地開花結(jié)果，解決了甘肅省小麥品種長(zhǎng)期以來高稈、易倒伏的難題。普冰322 集稈矮、穗大粒多、多種抗性于一體，已成為冬小麥推廣的主栽品種之一，為甘肅小麥產(chǎn)業(yè)化持續(xù)穩(wěn)定增產(chǎn)、農(nóng)業(yè)增效、農(nóng)民增收提供了品種技術(shù)支撐。

1 利用外源基因選育品種的技術(shù)思路

1.1 選育背景及育種目標(biāo)

甘肅隴東麥區(qū)地形、地貌復(fù)雜，常年干旱、寒冷、土壤瘠薄、條銹病頻發(fā)。干旱多災(zāi)，氣候類型復(fù)雜，品種多亂雜現(xiàn)象嚴(yán)重，長(zhǎng)期以來導(dǎo)致冬小麥產(chǎn)量低而不穩(wěn)，為確保糧食安全和滿足人們對(duì)品質(zhì)的需求，選育和推廣優(yōu)質(zhì)、多抗、節(jié)水小麥品種，是穩(wěn)定持續(xù)發(fā)展小麥產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程的現(xiàn)實(shí)需要。因此，決定了對(duì)小麥品種的嚴(yán)格要求和小麥育種的復(fù)雜性和難度，按照國(guó)家小麥生產(chǎn)持續(xù)發(fā)展、市場(chǎng)需求、建設(shè)小康社會(huì)不僅要吃飽還要吃好的要求，以“高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、高效、生態(tài)、安全”為育種目標(biāo)，育種課題組制定了“三抗一豐一優(yōu)”和“多點(diǎn)異地聯(lián)合鑒定篩選”的技術(shù)路線，開展了利用外源優(yōu)質(zhì)多抗基因?qū)肫胀ㄐ←溸x育研究工作[6]。

1.2 親本來源及選育程序

作物育種的成效取決于材料是否恰當(dāng)和方法是否正確，親本材料是育種的物質(zhì)基礎(chǔ)，選配組合是育種成敗的關(guān)鍵所在。中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院李立會(huì)研究員率先突破普通小麥與冰草遠(yuǎn)緣雜交的技術(shù)瓶頸，與西北農(nóng)林科技大學(xué)張正茂研究員合作以日本小麥品種Fukuho 作母本，以抗寒、抗旱、兼抗多種病害、多分蘗的多年生冰草(Agropyron cristatum)作父本，進(jìn)行遠(yuǎn)緣雜交，再用Fukuho 回交（Fukuho/冰草(Agropyron cristatum)//Fukuho）。根據(jù)旱作農(nóng)業(yè)生產(chǎn)實(shí)際，結(jié)合西北生態(tài)區(qū)化，及時(shí)調(diào)整育種方向，認(rèn)真研究試驗(yàn)方案，確定了抗逆、高產(chǎn)、廣適相結(jié)合為突破口，在陜西永壽、乾縣和澄城的多點(diǎn)抗旱鑒定以及甘肅平?jīng)龅目购⒖购岛涂共⌒澡b定等有利條件，由于遠(yuǎn)緣雜交后代瘋狂分離，自1997 年起連續(xù)進(jìn)行混合系譜選擇，經(jīng)多年異地多生態(tài)區(qū)交替鑒定，成功選育出適應(yīng)性廣的旱地小麥新品種普冰322，2015—2017 年參加甘肅省隴東片冬小麥區(qū)域試驗(yàn)，2017—2018 年度參加甘肅省隴東片生產(chǎn)試驗(yàn)，同期進(jìn)行生產(chǎn)示范。2020 年1 月14 日經(jīng)甘肅省第35 次農(nóng)作物品種審定會(huì)議審定通過，審定編號(hào)20200016。

2 產(chǎn)量表現(xiàn)

2.1 品系鑒定試驗(yàn)

2013—2014 年在甘肅省涇川縣平?jīng)鍪修r(nóng)業(yè)科學(xué)院高平試驗(yàn)站參加旱地鑒定試驗(yàn)，平均折合產(chǎn)量5 044.5 kg/hm2，較對(duì)照品種隴育4 號(hào)增產(chǎn)30.5%，居15 個(gè)參試品種（系）的第二位。

2.2 品種比較試驗(yàn)

2014—2015 年在甘肅省涇川縣平?jīng)鍪修r(nóng)業(yè)科學(xué)院高平試驗(yàn)站參加旱地品比試驗(yàn)，平均折合產(chǎn)量4 327.5 kg/hm2，較對(duì)照品種中麥175 增產(chǎn)14%，居16 個(gè)參試品種（系）的第三位。

2.3 品種區(qū)域試驗(yàn)

2015—2016、2016—2017 年參加甘肅省冬小麥隴東片區(qū)域試驗(yàn)，平均產(chǎn)量分別為5 535.3 kg/hm2、3 468 kg/hm2，較對(duì)照品種隴育4 號(hào)分別增產(chǎn)5.6%、4.0%。綜合2 年平均產(chǎn)量4 357.5kg/hm2，較對(duì)照隴育4 號(hào)增產(chǎn)5.2%。

2.4 生產(chǎn)試驗(yàn)

2017—2018 年參加甘肅省隴東片冬小麥生產(chǎn)試驗(yàn)，在慶城、西峰、鎮(zhèn)原、寧縣和盛、涇川高平、靈臺(tái)6 個(gè)試點(diǎn)平均產(chǎn)量4 209 kg/hm2，較對(duì)照隴育4 號(hào)增產(chǎn)7.4%。截至2020 年在甘肅隴東不同生態(tài)區(qū)示范推廣面積2 萬hm2。

3 特征特性

3.1 植物學(xué)特性

普冰322 屬冬性，幼苗半匍匐，中熟。旗葉卷曲，莖稈基部堅(jiān)實(shí)，穗下節(jié)長(zhǎng)，植株彈性好，抗倒伏。紡錘形穗，長(zhǎng)芒白粒，穗大粒多、籽粒飽滿、角質(zhì)。株高80 cm，穗長(zhǎng)7.6 cm；小穗數(shù)15.2 個(gè)；穗粒數(shù)38.0 個(gè)，結(jié)實(shí)性好；成穗數(shù)528 萬穗/hm2；千粒重45.5 g；容重830 g/L，屬大穗大粒型品種。生育期266 d，中晚熟。旗葉功能期長(zhǎng)，分蘗力強(qiáng)，成穗率高，株型較緊湊，穗層整齊，穗粒數(shù)和千粒重較高，落黃正常，綜合性狀優(yōu)良，優(yōu)質(zhì)穩(wěn)產(chǎn)。

3.2 抗逆性

經(jīng)隴東旱塬區(qū)多點(diǎn)多年抗寒、抗旱性測(cè)定，越冬率平均93.0%，抗凍性1～2 級(jí)，與隴育4 號(hào)對(duì)照品種相當(dāng)?？稍诟拭C隴東旱塬區(qū)安全越冬。植株莖稈基部堅(jiān)實(shí)，彈性好，根系發(fā)達(dá)，分蘗多，抗倒性能力強(qiáng)，穗下莖節(jié)細(xì)長(zhǎng)，抗旱性級(jí)別1～2 級(jí)，在旱肥地、臺(tái)地種植具有較強(qiáng)的抗旱節(jié)水性。

3.3 抗病性

普冰322 品種2017—2018 年連續(xù)2 年經(jīng)甘肅省農(nóng)科院植保所在甘谷試驗(yàn)站小種圃成株期分小種接種鑒定和蘭州溫室進(jìn)行苗期混合菌接種鑒定，苗期對(duì)條銹病混合菌表現(xiàn)中感，成株期對(duì)條銹菌供試菌系條中34 號(hào)、中4-1、G22-14、G22 其他表現(xiàn)免疫；對(duì)條中32 號(hào)、條中33 號(hào)及混合菌表現(xiàn)中感?？傮w抗性表現(xiàn)中感，但病情指數(shù)低于25，黃矮病輕、白粉病中抗。

3.4 品質(zhì)

經(jīng)2015 年原農(nóng)業(yè)部谷物品質(zhì)監(jiān)督檢驗(yàn)測(cè)試中心檢測(cè)，普冰322 容重830 g/L，硬度指數(shù)64，降落數(shù)值386 s，粗蛋白質(zhì)（干基）13.86%，濕面筋（14%濕基）31.3%，吸水量（14%濕基）60.4 ml/100 g，形成時(shí)間2.8 min，穩(wěn)定時(shí)間2.7 min，拉伸面積59 cm2，延伸性220 mm，最大拉伸阻力196 EU。

4 栽培技術(shù)要點(diǎn)

普冰322 最大特點(diǎn)就是大穗大粒，莖稈堅(jiān)硬，機(jī)械性能好，根系發(fā)達(dá)，抗倒性好，在隴東川水臺(tái)地和旱肥地、山塬旱地全地膜覆蓋以及陜西長(zhǎng)武、乾縣等類似地區(qū)種植都具有良好的適應(yīng)性，水旱兼用，省肥、省水、省藥，適合簡(jiǎn)約化栽培。

4.1 精細(xì)整地，施足基肥，足墑下種，確保苗全苗壯

任何一個(gè)優(yōu)良品種都有其自身的發(fā)育特點(diǎn)和對(duì)環(huán)境的要求。小麥良種只有在與生育特點(diǎn)相適應(yīng)的栽培技術(shù)的配合下，才能充分發(fā)揮其潛力。在前茬作物收獲后應(yīng)及時(shí)深耕滅茬，雨后耙耱，精細(xì)整地?？筛鶕?jù)土壤肥力基礎(chǔ)和肥力質(zhì)量確定施肥量，一般要求施農(nóng)家肥7.5 萬kg/hm2、尿素225～300 kg/hm2、磷酸二銨225～300kg/hm2，旱肥地采用“三肥墊底一炮轟”和平衡施肥技術(shù)。地膜種植注意防治地下害蟲和雜草，用50%辛硫磷加水10 倍，噴拌細(xì)沙土750 kg撒施；用50%乙草胺乳油100 g 兌水50 kg 全地面噴施后及時(shí)覆膜。

4.2 適期精量播種，良種良法配套

高產(chǎn)是綜合因素的體現(xiàn)，品種、栽培、植保等相關(guān)學(xué)科要高度集成，特別是高產(chǎn)田要重視與生產(chǎn)環(huán)節(jié)密切配合。隴東旱塬區(qū)9 月下旬播種為宜，播量187～225 kg/hm2，旱肥地最好采用壟溝寬幅鎮(zhèn)壓抗旱播種技術(shù)。

4.3 鎮(zhèn)壓保墑

春季小麥返青期要根據(jù)土壤墑情及時(shí)鎮(zhèn)壓保墑，人工中耕鋤草，謹(jǐn)防農(nóng)藥防治，以防小麥幼穗分化畸形。

4.4 田間管理

中后期加強(qiáng)田間管理，該品種比較省肥省水，春季追肥不宜過多，防止貪青晚熟，同時(shí)采取“一噴三防，護(hù)葉養(yǎng)根，防蟲治病，促控結(jié)合”措施。

4.5 收獲

及時(shí)機(jī)械收獲，防止霉變或穗發(fā)芽。

5 適宜種植區(qū)域

適宜在甘肅隴東地區(qū)旱地以及類似生態(tài)區(qū)陜西省渭北旱原中西部種植。

6 討論

開發(fā)利用小麥種屬外源基因，將多年生冰草優(yōu)質(zhì)基因、抗病基因?qū)肫胀ㄐ←?，進(jìn)行資源創(chuàng)新，可以豐富小麥育種資源，拓寬種質(zhì)基因庫(kù)，將廣適性、極強(qiáng)的抗旱性、抗寒性通過雜交、回交，基因定位，同時(shí)結(jié)合染色體工程育種技術(shù)和常規(guī)育種方法，按照育種程序有目標(biāo)地進(jìn)行品種選育，解決旱地小麥產(chǎn)量低而不穩(wěn)、優(yōu)質(zhì)不高產(chǎn)的矛盾以及產(chǎn)業(yè)發(fā)展中存在的重大關(guān)鍵技術(shù)和管理問題[7]。

普冰322 是通過院校協(xié)作選育旱地小麥新品種，按照育種目標(biāo)構(gòu)建合理的株型結(jié)構(gòu)，在選育過程中堅(jiān)持5 個(gè)過渡，高稈向矮稈過渡；小穗小粒向大穗大粒過渡；多分蘗向中等分蘗過渡；中晚熟向中早熟過渡；單抗向多抗性過渡。在育種方法上實(shí)現(xiàn)3 個(gè)轉(zhuǎn)變，品種間雜交向種屬間遠(yuǎn)緣雜交轉(zhuǎn)變；雜交材料向創(chuàng)新材料轉(zhuǎn)變，同時(shí)重視資源的研究與創(chuàng)新；食用品種向優(yōu)質(zhì)加工型品種轉(zhuǎn)變。

旱地小麥長(zhǎng)期產(chǎn)量低而不穩(wěn)，嚴(yán)重影響小麥產(chǎn)量，水資源短缺、生態(tài)類型特殊是制約甘肅隴東旱塬區(qū)小麥生產(chǎn)發(fā)展的瓶頸，利用小麥種屬外源基因資源，運(yùn)用生態(tài)學(xué)和遺傳學(xué)的原理，利用水旱協(xié)調(diào)混合選擇法，異地水旱多生態(tài)適應(yīng)性鑒定，豐富小麥遺傳基礎(chǔ)，解決抗旱性與豐產(chǎn)性難以結(jié)合的矛盾[8]。