關(guān)于北方地區(qū)小麥高產(chǎn)育種若干問題的分析

于燕波 于 妮 戴婧豪

（1.威海市農(nóng)業(yè)綜合執(zhí)法支隊(duì)，山東 威海 264200；2.威海市農(nóng)業(yè)農(nóng)村事務(wù)服務(wù)中心，山東 威海 264200）

小麥?zhǔn)亲钪匾募Z食作物之一，提升小麥產(chǎn)量對(duì)人類發(fā)展意義重大，對(duì)提升我國(guó)糧食總量有著決定性的作用。不過小麥產(chǎn)量很容易受到種植環(huán)境與氣候變化的影響，盡管我國(guó)地域遼闊，但逐漸減少的耕地面積和眾多人口之間的矛盾給糧食產(chǎn)量與安全保障帶來了很大的威脅，加之物價(jià)連連上漲，進(jìn)一步提高了小麥生產(chǎn)成本，極不穩(wěn)定的小麥生產(chǎn)總量促使小麥高產(chǎn)育種加快研究速度，探索高產(chǎn)育種的方法，最大化將小麥潛在的產(chǎn)量遺傳特性挖掘出來，強(qiáng)化小麥對(duì)暴雪、干旱、寒冷等氣候環(huán)境的抵抗力。

1.我國(guó)小麥品質(zhì)現(xiàn)狀及存在問題

1.1 我國(guó)小麥品種現(xiàn)狀

與國(guó)外代表性品種相比，我國(guó)小麥品種在營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)類指標(biāo)上較為一致，比如賴氨酸和蛋白質(zhì)含量的百分比相差均在3%以內(nèi)。相關(guān)研究表明，相比美國(guó)品種，我國(guó)小麥面粉蛋白質(zhì)平均含量（12.8%）是略高于美國(guó)品種（11.8%）；小麥硬度總體平均值28.86s 幾乎持平于國(guó)外品種，不過另一方面有關(guān)于食品加工品質(zhì)面筋強(qiáng)度的Zeleny 指標(biāo)沉降位平均值只有24.45ml，這就遠(yuǎn)落后于國(guó)外品種了。當(dāng)前我國(guó)小麥最為缺乏的就是兩類優(yōu)質(zhì)品種，一是蛋白質(zhì)與面筋含量低、面筋強(qiáng)度弱，可通過磨制得到筋粉，最終用于優(yōu)質(zhì)餅干制作的小麥；二是高蛋白含量，面筋質(zhì)量好且強(qiáng)度大，可通過磨制得到強(qiáng)筋粉，最終用于優(yōu)質(zhì)面條和面包制作的小麥。

1.2 北方小麥品種現(xiàn)狀

大部分北方地區(qū)土層深厚、光照充足、氣候冷涼干燥且晝夜溫差較大，是適合小麥生長(zhǎng)的環(huán)境。不過由于近年來在小麥新品引進(jìn)和選育環(huán)節(jié)中一味追求高產(chǎn)，品質(zhì)性狀被忽視后就導(dǎo)致小麥整體品質(zhì)受到了影響。一直以來，北方地區(qū)小麥不管是在蛋白質(zhì)含量還是在面筋含量方面，其平均值都高于全國(guó)小麥品種，不過在面筋和蛋白質(zhì)質(zhì)量上還是存在優(yōu)化空間。具體來說，很多品種面團(tuán)形成時(shí)間短且穩(wěn)定性不高，公差指數(shù)高、延伸度一般、抗延伸阻力小等，具體應(yīng)用上還會(huì)時(shí)不時(shí)出現(xiàn)面包、饅頭體積小和醒面時(shí)間短的問題。

總而言之，我國(guó)北方地區(qū)小麥品種在育種和栽培方面均有待創(chuàng)新與改良。

2.小麥的高產(chǎn)育種途徑分析

2.1 優(yōu)化小麥產(chǎn)量結(jié)構(gòu)因素

關(guān)于小麥高產(chǎn)的研究，討論最為頻繁的就是產(chǎn)量三因素關(guān)系，即可穗數(shù)、穗形和穗粒數(shù)。大部分研究認(rèn)為對(duì)產(chǎn)量貢獻(xiàn)最大的是單位面積穗數(shù)，因此提出了利用分蘗成穗率的提升來挖掘小麥高產(chǎn)潛力。多數(shù)育種專家都選擇了增加穗粒重和穩(wěn)定穗數(shù)的方法。據(jù)研究小麥高產(chǎn)品種形狀變化流程的研究分析可知，對(duì)提升小麥產(chǎn)量貢獻(xiàn)最大的是穗粒數(shù)和千粒重。近些年，北方小麥關(guān)于大穗品種培育成果的出現(xiàn)，讓越來越多的專家開始期待大穗品種的增產(chǎn)潛力，期待在逐漸擴(kuò)大的庫容量下實(shí)現(xiàn)高產(chǎn)目標(biāo)。相關(guān)研究與實(shí)踐證明，能獲得高產(chǎn)的三種小麥類型是大穗、多穗型和中間型，其中大穗型有濰麥8 號(hào)、魯麥22 號(hào)和泰安9818；多穗型有萊州137、煙農(nóng)15 和濟(jì)麥21；中間型有秦山3和魯麥7 號(hào)等。上述所有品種均經(jīng)過了高產(chǎn)攻關(guān)試驗(yàn)，最終實(shí)打驗(yàn)收實(shí)現(xiàn)的產(chǎn)量均在650 kg/666.7m2以上。這些研究結(jié)果直接說明了小麥產(chǎn)量三因素之間確實(shí)是具有互補(bǔ)協(xié)調(diào)作用的，實(shí)現(xiàn)高產(chǎn)目標(biāo)的關(guān)鍵在于優(yōu)化產(chǎn)量結(jié)構(gòu)，選育成功的關(guān)鍵在于保證性狀間的協(xié)調(diào)。當(dāng)下主要面臨的問題是如若以產(chǎn)量性狀為主進(jìn)行選擇，就會(huì)出現(xiàn)負(fù)相關(guān)效應(yīng)，無法兼顧。所以進(jìn)一步研究三因素優(yōu)化協(xié)調(diào)標(biāo)準(zhǔn)能為田間選擇提供更加科學(xué)、明確的數(shù)量指標(biāo)。

2.2 對(duì)小麥株型結(jié)構(gòu)進(jìn)行改良

單位面積上的穗數(shù)會(huì)隨著產(chǎn)量的提升而逐漸增多，隨之變化的還有通風(fēng)與光照水平有所下降，當(dāng)基部葉片光照無法得到保證時(shí)，就會(huì)因?yàn)闈穸忍叨躺『Γ@對(duì)產(chǎn)量的提升形成了大大的限制作用?；趯?duì)這種情況的考慮，一種有效的思路就是選擇理想株型，在提升單位面積穗容量基礎(chǔ)上處理小麥田間光照與通風(fēng)問題，這里的理想株型需要具備的特征是，個(gè)體之間競(jìng)爭(zhēng)小、葉片少兒直立、莖稈矮且強(qiáng)壯。目前國(guó)內(nèi)對(duì)小麥株型的選擇傾向于葉片上沖、穗大、相對(duì)緊湊的類型。小麥株型的幾大主要性狀包括穗數(shù)、穗重、莖態(tài)、葉態(tài)、株高和冠層分布等，有關(guān)研究提出莖態(tài)以擴(kuò)張型為最佳；葉片形態(tài)以上部上沖、中下部下披為最佳；大部分育種者的選擇都是上部葉上沖這類材料。近幾年還有人針對(duì)穗葉進(jìn)行了一系列比較研究，提出了小麥產(chǎn)量的提升最好是建立在偏大的穗葉基礎(chǔ)上，以及良好株型對(duì)產(chǎn)量貢獻(xiàn)優(yōu)勢(shì)的體現(xiàn)只有在產(chǎn)量大于6.5 t/ha 時(shí)能有所體現(xiàn)。另外，關(guān)于理想株型的研究至今也未取得顯著、明確的成果。雖然株型結(jié)構(gòu)并不是直接影響產(chǎn)量結(jié)果的因素，但現(xiàn)有的育種實(shí)踐中小麥株型結(jié)構(gòu)已出現(xiàn)了些許變化，開始慢慢靠近理想株型。

2.3 致力于提升小麥經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量

對(duì)于經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量的有效提升，如果是在生物產(chǎn)量一定的前提下，可通過適量增加干物質(zhì)向籽粒的方式來實(shí)現(xiàn)。在過去幾十年小麥經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量逐步提升的過程中，始終沒有表現(xiàn)出明顯的生物總產(chǎn)量上升，這說明小面產(chǎn)量的提升在很大程度上取決于經(jīng)濟(jì)系數(shù)的提升，因此小麥高產(chǎn)育種的有效途徑之一就是條經(jīng)濟(jì)系數(shù)。推動(dòng)小麥產(chǎn)量提升的有效育種手段從最開始的“綠色革命”以來，就傾向于矮稈育種，具體來說就是通過降低株高來提升經(jīng)濟(jì)系數(shù)實(shí)現(xiàn)產(chǎn)量目標(biāo)。相關(guān)研究結(jié)果表明了小麥的經(jīng)濟(jì)系數(shù)是存在提高潛力的，最高甚至可以達(dá)到0.6，現(xiàn)階段品種的經(jīng)濟(jì)系數(shù)范圍則為0.4 ～0.5，矮稈育種策略有效地提升了小麥的耐肥性和抗倒性，不過始終沒有相應(yīng)的提高生物產(chǎn)量，這對(duì)小麥產(chǎn)量的提升還是造成了一定限制。以往使用的矮稈選育法是提高小麥經(jīng)濟(jì)系數(shù)最為簡(jiǎn)單的方法，不過目前有諸多限制存在于矮稈性狀選擇上，育種家需要開發(fā)新的選擇性狀來實(shí)現(xiàn)小麥經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量提升。

2.4 提高小麥自身光合作用強(qiáng)度

從根本上實(shí)現(xiàn)高產(chǎn)的有效途徑就是提高小麥光合強(qiáng)度，做到一定量的碳水化合物積累。相關(guān)研究表明，現(xiàn)代品種的葉片導(dǎo)度與光合峰值較以往均有所增加，但生物產(chǎn)量卻停滯不變動(dòng)。原始小麥，比如一粒小麥和兩粒小麥的光合強(qiáng)度均優(yōu)于普通小麥，但相比產(chǎn)量卻并未凸顯優(yōu)勢(shì)，這表明了對(duì)小麥光合潛力的挖掘并不到位。研究表明，現(xiàn)代眾多小麥品種的光合強(qiáng)度呈現(xiàn)差異性，后代分離呈正態(tài)度分布，葉綠體含量的差異意味著小麥品種的不同。關(guān)于光合強(qiáng)度作用的研究，由于其本身的復(fù)雜性，所以其與產(chǎn)量關(guān)系的研究存在很大的不明確和不穩(wěn)定因素，因此當(dāng)前關(guān)于小麥品種光合強(qiáng)度的改良研究進(jìn)展不大，現(xiàn)有的研究大多聚焦在理論層面和不完整的指標(biāo)分析上，比如與光合作用有關(guān)的葉片顏色、葉綠體含量、葉片厚度、每個(gè)階段光合速率、光的補(bǔ)償點(diǎn)以及光的飽和點(diǎn)等；此外還有一些側(cè)面影響的外層指標(biāo)，比如光譜反射、冠層溫度等。就目前僅有的小麥光合生理研成果中，對(duì)育種有指導(dǎo)意義的就是氣孔導(dǎo)度和產(chǎn)量屬于正相關(guān)、現(xiàn)代品種光飽和點(diǎn)有所提升、后期光合效率有一定產(chǎn)量補(bǔ)償效應(yīng)；穗的光合特點(diǎn)與C4 植物一致。

2.5 調(diào)整小麥的發(fā)育進(jìn)程

合理延長(zhǎng)后期葉片功能期，一并優(yōu)化灌漿效率也是一個(gè)有效提高小麥經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量的途徑。小麥籽粒產(chǎn)量的主要來源就是上部葉片的光合積累量，積累于前期的光合產(chǎn)物大多都將被生長(zhǎng)需求所吸收，當(dāng)中必然會(huì)有一些無效生長(zhǎng)，所以通過減少無效生長(zhǎng)消耗來實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量的增加也不失為一種可行的方法。小麥生長(zhǎng)發(fā)育階段主要分為三期，即前期、中期和后期，是三個(gè)時(shí)期的作物生長(zhǎng)狀態(tài)均可概括為快速和緩慢兩種，這就一共構(gòu)成了小苗不同的6 種生長(zhǎng)發(fā)育模式。有研究認(rèn)為，適應(yīng)北方地區(qū)的理想小麥高產(chǎn)品種，其三個(gè)生長(zhǎng)時(shí)期應(yīng)該是前期快、中期慢和后期快，這樣是最大程度控制小麥前期生長(zhǎng)中出現(xiàn)無效消耗的方法，避免不必要的養(yǎng)分消耗，從而強(qiáng)化穗分化強(qiáng)度，增加穗粒數(shù)量。不同類型的品種有不同的發(fā)育特點(diǎn):大穗品種后期快中期慢，多穗品種前期積累快后期積累慢。隨著小麥產(chǎn)量的提高，生長(zhǎng)發(fā)育特點(diǎn)必將成為小麥高產(chǎn)育種必須選擇的特征。

2.6 充分發(fā)揮小麥雜種優(yōu)勢(shì)

實(shí)現(xiàn)小麥高產(chǎn)育種的一個(gè)有效途徑就是發(fā)揮雜種優(yōu)勢(shì)。此前已有大量關(guān)于小麥雜種優(yōu)勢(shì)利用的研究，比如光溫敏新型不育系、T/V/K 型等質(zhì)核互作型雄性不育、化學(xué)殺雄雜交種等。雜種優(yōu)勢(shì)的發(fā)揮與利用實(shí)踐中還并未成為一個(gè)主要的小麥高產(chǎn)育種途徑，具體原因有三：其一是雜種不具備顯著的超標(biāo)優(yōu)勢(shì)；其二是制種效率不高、流程復(fù)雜且有很高的成本要求；其三是無法絕對(duì)保證制種純度。其中最為主要的問題就是不具備顯著的超標(biāo)優(yōu)勢(shì)。通常情況下，新品種的出現(xiàn)和對(duì)照種相比都會(huì)高出5%～10%的產(chǎn)量，但關(guān)于小麥F1 雜交種實(shí)踐結(jié)果的增產(chǎn)幅度即使在這一范圍內(nèi)，也難以體現(xiàn)競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。小麥雜種優(yōu)勢(shì)的開發(fā)前景還是非?？捎^的。

3.節(jié)水高產(chǎn)小麥育種效率提升的方式及環(huán)境選取

3.1 做好水旱鑒定選擇與異地多點(diǎn)準(zhǔn)備

針對(duì)適宜北方地區(qū)種植的節(jié)水高產(chǎn)小麥育種，一方面要對(duì)缺水干旱的生長(zhǎng)環(huán)境具有適應(yīng)力，另一方面還要具備良好的增產(chǎn)潛力，進(jìn)而更好地滿足育種要求。那么在具體育種環(huán)節(jié)中，除了在當(dāng)?shù)亻_展選育工作之外，還要關(guān)注對(duì)品種種植范圍的有效拓展，以實(shí)現(xiàn)全面種植為目的打開更為廣闊的范圍，可以是山地、平原，也可以是丘陵等地形，值得注意的一點(diǎn)就是保證種植環(huán)節(jié)的環(huán)境條件有干旱和缺水這兩點(diǎn)，全面展開異地純系與混系的篩選與鑒定工作，同時(shí)系統(tǒng)性的給予最終結(jié)果客觀合理的評(píng)價(jià)，尤其是要總結(jié)不同地點(diǎn)中都表現(xiàn)出優(yōu)良節(jié)水高產(chǎn)特性的品種，重點(diǎn)關(guān)注這些品種的種植量，并對(duì)其進(jìn)行深入的篩選提純，致力于提升繁殖育種速度，創(chuàng)造良好的節(jié)水高產(chǎn)育種條件。

3.2 早代稀播種的同時(shí)及早測(cè)產(chǎn)

在具體的小麥育種流程中，要嚴(yán)格根據(jù)大田種植要求合理調(diào)整育種密度，嘗試以稀播的方式進(jìn)行小麥種植田間管理，盡可能保證每一株麥株都擁有優(yōu)良的生長(zhǎng)環(huán)境，讓植株性狀得以更好地表現(xiàn)，同時(shí)還能在一定程度上還原模擬出大田種植的情景，以便從科學(xué)客觀的角度去評(píng)價(jià)多個(gè)品種的優(yōu)劣程度。在選育方式上圍繞選穗展開，根據(jù)育種方向和目標(biāo)進(jìn)行麥穗選擇，高度關(guān)注麥穗的各種性狀，確保其具有雙親性狀特點(diǎn)，在評(píng)價(jià)體系中納入高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、節(jié)水、抗旱。測(cè)產(chǎn)工作最好在小麥結(jié)穗后盡快完成，全面地從群體中篩選可進(jìn)入下一步研究環(huán)節(jié)的基因，選定重點(diǎn)研究麥穗后開展提純育種相關(guān)工作。

3.3 留心觀察各世代籽粒性狀

籽粒性狀的表現(xiàn)能在很大程度上展現(xiàn)小麥育種方面的研究成果，通過觀察籽粒形狀就能直觀地了解到小麥品種的產(chǎn)量與經(jīng)濟(jì)價(jià)值，所以在日常研究工作中有必要從籽粒質(zhì)量入手，通過分析粒色、粒質(zhì)、粒大小以及飽和度等，去整體性的評(píng)價(jià)和判斷育種效果，越重的資歷就代表著越強(qiáng)的豐產(chǎn)能力，籽粒飽滿度也在一定程度上標(biāo)志著抗耐性水平，越高的飽滿度就代表著越強(qiáng)的穩(wěn)定性。因此在育種實(shí)踐環(huán)節(jié)中，要留心觀察各世代籽粒性狀，深度分析和判斷籽粒多方面性狀與均勻性，小麥品種本身籽粒性狀的好壞將在很大程度上影響著后期商業(yè)經(jīng)濟(jì)價(jià)值和種植潛力。

3.4 全面分析和評(píng)價(jià)節(jié)水高產(chǎn)效果

不同自然環(huán)境條件下的小麥所表現(xiàn)的節(jié)水抗旱特征是有一定差異的，尤其是在特殊的自然災(zāi)害環(huán)境下，差異表現(xiàn)是最為明顯的，所以有必要系統(tǒng)性的分析、觀察和評(píng)價(jià)小麥育種后的表現(xiàn)，一方面要關(guān)注條件一致情況下，多品種小麥的節(jié)水高產(chǎn)性質(zhì)，另一方面也要關(guān)注有年份差異和自然環(huán)境差異的小麥品種生長(zhǎng)表現(xiàn)，如此便能綜合性的分析得出最具可靠性和穩(wěn)定性的育種品種。節(jié)水高產(chǎn)小麥品種的分析不單單是只評(píng)價(jià)高產(chǎn)與節(jié)水這兩個(gè)指標(biāo)，還要涉及抗病性、耐寒性、抗倒伏等性狀，全面客觀的對(duì)育種品種進(jìn)行最終評(píng)定，篩選出最為優(yōu)質(zhì)的小麥品種，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)化推廣種植的目標(biāo)。

4.結(jié)語

總而言之，高產(chǎn)育種一直以來就是北方小麥種植的重點(diǎn)研究?jī)?nèi)容，就當(dāng)前階段的育種工作來說，在抗病蟲害、耐寒性、耐旱性等方面還并未取得顯著的實(shí)質(zhì)性成效，當(dāng)下的研究重點(diǎn)依然是小麥產(chǎn)量提升的策略。高產(chǎn)育種具體來說就是在當(dāng)下生產(chǎn)條件下，合理選育出具有高產(chǎn)量潛力的優(yōu)質(zhì)品種，選育環(huán)節(jié)的產(chǎn)量構(gòu)成目標(biāo)主要是穗大、穗粒數(shù)量多和穗勻，關(guān)鍵選育前提就是對(duì)多變的自然環(huán)境有著超強(qiáng)的適應(yīng)性，以及應(yīng)用大面積栽培條件，同時(shí)具有抗病、抗寒、抗旱的能力，選育出灌漿速度快、無早衰、熟期生長(zhǎng)正常的優(yōu)良品種，開始大面積生產(chǎn)推廣，實(shí)現(xiàn)我國(guó)北方高產(chǎn)小麥品種培養(yǎng)目標(biāo)。