弱筋小麥育種品質(zhì)選擇指標(biāo)及親本組配原則

張 曉 陸成彬 江 偉 張 勇 呂國鋒 吳宏亞 王朝順 李 曼 吳素蘭 高德榮,2,*

弱筋小麥育種品質(zhì)選擇指標(biāo)及親本組配原則

張 曉1陸成彬1江 偉1張 勇1呂國鋒1吳宏亞1王朝順1李 曼1吳素蘭1高德榮1,2,*

1江蘇里下河地區(qū)農(nóng)業(yè)科學(xué)研究所 / 農(nóng)業(yè)農(nóng)村部長江中下游小麥生物學(xué)與遺傳育種重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 江蘇揚(yáng)州 225007;2揚(yáng)州大學(xué)/ 江蘇省糧食作物現(xiàn)代產(chǎn)業(yè)技術(shù)協(xié)同創(chuàng)新中心, 江蘇揚(yáng)州 225009

為明確弱筋小麥育種高效品質(zhì)選擇指標(biāo)以及親本組配原則, 本研究選用7個(gè)不同品質(zhì)類型品種作親本, 按7×6半雙列雜交配制21個(gè)組合, 對(duì)F2籽粒主要品質(zhì)指標(biāo)進(jìn)行了遺傳分析。結(jié)果表明, 不同品質(zhì)指標(biāo)的一般配合力(general combining ability, GCA)差異極顯著, 其中硬度、SDS沉淀值和溶劑保持力(solvent retention capacity, SRC)效應(yīng)值大, 蛋白質(zhì)含量和面筋含量效應(yīng)值較小; 不同品質(zhì)指標(biāo)的特殊配合力(special combining ability, SCA)除蛋白質(zhì)含量、沉淀值、蔗糖SRC和面筋指數(shù)無顯著差異, 其余均存在顯著或極顯著差異; 硬度、SDS沉淀值和SRC一般配合力遠(yuǎn)大于特殊配合力, 以加性效應(yīng)的遺傳為主。弱筋小麥品質(zhì)指標(biāo)一般配合力負(fù)向效應(yīng)顯著; 中強(qiáng)筋小麥品質(zhì)指標(biāo)一般配合力正向效應(yīng)顯著。硬度、SDS沉淀值、水SRC和碳酸鈉SRC, 狹義遺傳力分別為91.23%、82.66%、83.81%和83.96%, 遺傳力高, 可在早期世代進(jìn)行選擇; 其次是乳酸SRC和蔗糖SRC, 狹義遺傳力分別為72.79%和75.26%; 蛋白質(zhì)含量、濕面筋含量、干面筋含量和面筋指數(shù), 狹義遺傳力分別為30.72%、25.62%、32.62%和49.82%, 遺傳力較低。對(duì)不同組合高代品系品質(zhì)分析表明, 弱筋/弱筋小麥組合后代籽粒硬度、蛋白質(zhì)含量、SDS沉淀值和SRC等品質(zhì)指標(biāo)最低, 弱筋/強(qiáng)筋小麥組合居中, 強(qiáng)筋/強(qiáng)筋小麥和中筋/強(qiáng)筋小麥組合最高。硬度、SDS沉淀值、水SRC和碳酸鈉SRC是弱筋小麥品質(zhì)育種的高效選擇指標(biāo); 弱筋小麥品質(zhì)育種親本組配, 至少要有一個(gè)弱筋品質(zhì)類型的親本。

弱筋小麥; 品質(zhì)選擇; 親本組配; 配合力; 遺傳

長江中下游麥區(qū)是我國唯一的弱筋小麥優(yōu)勢產(chǎn)區(qū), 先后育成寧麥9號(hào)、揚(yáng)麥9號(hào)、揚(yáng)麥13、揚(yáng)麥15、寧麥13、揚(yáng)麥20、揚(yáng)麥24、揚(yáng)麥30、鄂麥006和皖西麥0638等弱筋小麥。揚(yáng)麥13餅干評(píng)分超對(duì)照美紅軟, 連續(xù)11年列為全國唯一的弱筋主導(dǎo)品種;揚(yáng)麥15餅干和蛋糕評(píng)分與美紅軟相當(dāng)。弱筋小麥品種的育成與推廣對(duì)我國弱筋小麥產(chǎn)業(yè)發(fā)展發(fā)揮了極大推動(dòng)作用。然而受氮肥施用量高的影響, 目前我國弱筋小麥還存在品質(zhì)不穩(wěn)定、達(dá)標(biāo)率低的問題, 弱筋小麥品質(zhì)還需提升。我國小麥育種長期以產(chǎn)量為首要目標(biāo), 品質(zhì)育種起步較晚, 品質(zhì)改良初期研究也主要集中于強(qiáng)筋小麥, 弱筋小麥育種起步更晚, 理論研究相對(duì)缺乏[1-2]?，F(xiàn)有優(yōu)質(zhì)弱筋小麥評(píng)判依據(jù)是GB/T 17893-1999, 品質(zhì)指標(biāo)為蛋白質(zhì)含量、濕面筋含量和穩(wěn)定時(shí)間, 與強(qiáng)筋小麥一致; 弱筋小麥相應(yīng)數(shù)值偏小, 更易受環(huán)境因子影響, 2018年弱筋小麥揚(yáng)麥20在江蘇不同地點(diǎn)蛋白質(zhì)含量為11.60%～15.30%。劉健等[3]研究表明同等種植條件弱筋小麥揚(yáng)麥13蛋白質(zhì)含量達(dá)13.10%、餅干直徑為18.24 cm, 強(qiáng)筋小麥揚(yáng)麥23蛋白質(zhì)含量13.32%、餅干直徑僅為15.91 cm, 2個(gè)品種蛋白質(zhì)含量相近, 但揚(yáng)麥13餅干品質(zhì)仍顯著優(yōu)于揚(yáng)麥23。小麥品質(zhì)性狀遺傳規(guī)律、親本組配原則是育種工作的基礎(chǔ), 但弱筋小麥品質(zhì)育種親本組配原則目前鮮有報(bào)道, 需進(jìn)一步深入研究。

由于遺傳背景及環(huán)境條件等影響, 已有小麥品質(zhì)性狀遺傳研究結(jié)果存在差異。劉蓮[4]研究表明硬度、蛋白質(zhì)含量、沉淀值、糊化參數(shù)和揉混儀參數(shù)等品質(zhì)性狀一般配合力(GCA)方差均達(dá)極顯著水平; 特殊配合力(SCA)方差除沉淀值、麥谷蛋白和耐揉時(shí)間外, 其他性狀都達(dá)到顯著或極顯著水平; 除最終粘度外, 所有品質(zhì)性狀的GCA方差均大于SCA方差。桑偉[5]研究表明一般配合力對(duì)蛋白質(zhì)含量、沉淀值和粉質(zhì)儀參數(shù)等品質(zhì)性狀影響較大, 這些性狀主要以加性效應(yīng)為主。姚金保等[6]以7個(gè)弱筋小麥品種進(jìn)行雙列雜交研究表明小麥蛋白質(zhì)含量的遺傳符合加性-顯性模型, 蛋白質(zhì)含量可能受2～3對(duì)主效基因的控制, 狹義遺傳力中等。張媛菲等[7]研究報(bào)道蛋白質(zhì)含量和濕面筋含量受GCA和SCA共同影響, 沉淀值、吸水率、面筋指數(shù)和穩(wěn)定時(shí)間受組合影響較小, 主要與雙親GCA相關(guān)。

籽粒硬度是影響小麥磨粉品質(zhì)和加工品質(zhì)的重要因素, 與餅干直徑呈極顯著負(fù)相關(guān)[8-10]。蛋白質(zhì)和濕面筋含量影響弱筋小麥制品質(zhì)量, 優(yōu)質(zhì)餅干小麥要求比較低的蛋白質(zhì)含量[11-13]。沉淀值與餅干品質(zhì)或軟紅冬小麥制作的白鹽面條品質(zhì)密切相關(guān)[14-16]。SRC為面粉保持溶劑的能力, 包括乳酸SRC、碳酸鈉SRC、蔗糖SRC和水SRC, 國內(nèi)外多項(xiàng)研究表明4種SRC與餅干直徑和評(píng)分呈極顯著相關(guān)[17-20]。小麥育種過程中分離世代群體數(shù)量大、種子量少, 進(jìn)行面團(tuán)和食品品質(zhì)鑒定難度極大, 需要微量、快速且準(zhǔn)確反映品質(zhì)特性的檢測方法。籽粒硬度、蛋白質(zhì)含量、沉淀值和SRC檢測樣品量少, 方法簡單、測定快速, 是育種材料品質(zhì)篩選的理想指標(biāo)。

因此, 為明確弱筋小麥品質(zhì)育種高效的選擇指標(biāo)和親本組配原則, 本研究利用強(qiáng)筋、中筋、弱筋3種類型的7個(gè)小麥品種配制雜交組合, 對(duì)籽粒硬度、蛋白質(zhì)含量、面筋含量、沉淀值和SRC進(jìn)行配合力和遺傳力分析, 并對(duì)不同品質(zhì)類型組合的高代品系品質(zhì)表現(xiàn)進(jìn)行測定, 以期為弱筋小麥品質(zhì)育種提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料與設(shè)計(jì)

試驗(yàn)1: 選取弱筋小麥揚(yáng)麥13、揚(yáng)麥18、揚(yáng)麥20、揚(yáng)麥24, 中筋小麥揚(yáng)麥16, 強(qiáng)筋小麥揚(yáng)麥23和鎮(zhèn)麥9號(hào), 按Griffing雙列雜交II方法配制21個(gè)雜交組合。2019—2020年將21個(gè)雜交組合F1及7個(gè)親本統(tǒng)一種植于江蘇里下河地區(qū)農(nóng)業(yè)科學(xué)研究所試驗(yàn)基地(32o24′N, 119o26′E), 前茬為水稻, 土壤為沙壤土。試驗(yàn)采用隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì), 3次重復(fù), 2行區(qū), 行長1.33 m, 行距0.23 m。

試驗(yàn)2: 試驗(yàn)材料為6個(gè)小麥雜交組合的F6株系, 親本揚(yáng)麥16為中筋品質(zhì)類型, 鎮(zhèn)麥168和鎮(zhèn)麥9號(hào)為強(qiáng)筋品質(zhì)類型, 揚(yáng)麥9號(hào)、揚(yáng)麥18和揚(yáng)輻麥4號(hào)為弱筋品質(zhì)類型。2019—2020年度組合分別為揚(yáng)麥16/鎮(zhèn)麥168 (47個(gè)系)、揚(yáng)麥15/鎮(zhèn)麥9號(hào)(23個(gè)系)、揚(yáng)麥9號(hào)/揚(yáng)麥18 (23個(gè)系), 2020—2021年度組合分別為西農(nóng)529/鎮(zhèn)麥9號(hào)(57個(gè)系)、揚(yáng)麥22/鎮(zhèn)麥9號(hào)(31個(gè)系)、揚(yáng)麥22/揚(yáng)輻麥4號(hào)(41個(gè)系), 每個(gè)株系3行區(qū), 行長1.33 m, 行距0.23 m。田間管理與大田生產(chǎn)一致, 生長期間沒受到自然災(zāi)害, 正常成熟, 按小區(qū)收獲脫粒, 晾曬除雜后統(tǒng)一進(jìn)行試驗(yàn)。

1.2 品質(zhì)性狀測定

按照AACC39-10用Perten DA7200近紅外儀測定籽粒蛋白質(zhì)含量(干基)。按照AACC55-31用瑞典波通儀器公司(Perten)的單粒谷物特性測定儀(SKCS-4100)測定籽粒硬度, 硬度指數(shù)是無量綱單位, 一般硬度大于60為硬質(zhì), 小于45為軟質(zhì), 45～60為混合麥。微量SDS沉淀值參照本團(tuán)隊(duì)已發(fā)表文獻(xiàn)方法測定[21]。按照GB/T14608-93利用面筋儀(Perten 2200)、離心機(jī)和烘干爐測定面筋參數(shù)。按照AACC56-11方法測定全麥粉水SRC、碳酸鈉SRC、乳酸SRC和蔗糖SRC。

1.3 數(shù)據(jù)分析

采用Microsoft Excel 2016、IBM SPSS Statistics 22進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析, 并利用Originpro進(jìn)行作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 品質(zhì)性狀配合力方差分析

一般配合力(GCA)效應(yīng)值和特殊配合力(SCA)效應(yīng)值方差分析結(jié)果表明, 硬度、蛋白質(zhì)含量、SDS沉淀值、水SRC、乳酸SRC、蔗糖SRC、碳酸鈉SRC、濕面筋含量、干面筋含量以及面筋指數(shù)等品質(zhì)指標(biāo)的一般配合力差異均達(dá)極顯著水平, 但蛋白質(zhì)含量、濕面筋含量以及干面筋含量一般配合力效應(yīng)值較小; 硬度、水SRC、乳酸SRC和碳酸鈉SRC特殊配合力效應(yīng)值呈極顯著差異, 濕面筋含量、干面筋含量特殊配合力效應(yīng)值差異達(dá)顯著水平, 但蛋白質(zhì)含量、SDS沉淀值、蔗糖SRC和面筋指數(shù)的特殊配合力差異不顯著(表1)。品質(zhì)指標(biāo)的一般配合力高于特殊配合力, 硬度、SDS沉淀值和SRC一般配合力效應(yīng)遠(yuǎn)大于特殊配合力效應(yīng), 表現(xiàn)出以加性效應(yīng)為主的遺傳現(xiàn)象, 蛋白質(zhì)和面筋含量加性效應(yīng)成分相對(duì)較低。

2.2 一般配合力效應(yīng)分析

由表2可知, 弱筋小麥揚(yáng)麥13、揚(yáng)麥18、揚(yáng)麥20和揚(yáng)麥24多個(gè)籽粒品質(zhì)和理化品質(zhì)指標(biāo)一般配合力呈負(fù)向效應(yīng), 中強(qiáng)筋小麥揚(yáng)麥16、揚(yáng)麥23和鎮(zhèn)麥9號(hào)多個(gè)品質(zhì)指標(biāo)呈正向效應(yīng)。在籽粒硬度、SDS沉淀值、水SRC、乳酸SRC、蔗糖SRC、碳酸鈉SRC上, 揚(yáng)麥13負(fù)向效應(yīng)最大, 其次是揚(yáng)麥18和揚(yáng)麥20, 揚(yáng)麥24負(fù)向效應(yīng)最小。在蛋白質(zhì)含量、濕面筋含量和干面筋含量上, 揚(yáng)麥24負(fù)向效應(yīng)最大, 其次是揚(yáng)麥20, 揚(yáng)麥13和揚(yáng)麥18多呈正向效應(yīng); 在面筋指數(shù)上, 揚(yáng)麥18負(fù)向效應(yīng)最大, 其次是揚(yáng)麥13和揚(yáng)麥20也呈負(fù)向效應(yīng), 而揚(yáng)麥24則呈正向效應(yīng)。因此, 弱筋小麥品質(zhì)指標(biāo)一般配合力呈負(fù)向優(yōu)勢, 揚(yáng)麥13負(fù)向優(yōu)勢最強(qiáng), 其次是揚(yáng)麥18和揚(yáng)麥20, 揚(yáng)麥24負(fù)向效應(yīng)較小, 能有效降低籽粒硬度、沉淀值和SRC, 是弱筋品質(zhì)育種的理想親本。

對(duì)于中強(qiáng)筋小麥揚(yáng)麥16、揚(yáng)麥23和鎮(zhèn)麥9號(hào), 在籽粒硬度、蛋白質(zhì)含量上, 鎮(zhèn)麥9號(hào)、揚(yáng)麥16一般配合力顯著高于揚(yáng)麥23, 而鎮(zhèn)麥9號(hào)和揚(yáng)麥16品種間無顯著差異。在SDS沉淀值、水SRC、乳酸SRC上, 鎮(zhèn)麥9號(hào)一般配合力效應(yīng)值顯著高于揚(yáng)麥16、揚(yáng)麥23, 揚(yáng)麥16和揚(yáng)麥23間無顯著差異。在蔗糖SRC和碳酸鈉SRC上, 鎮(zhèn)麥9號(hào)效應(yīng)值最高, 其次是揚(yáng)麥16, 揚(yáng)麥23最低, 鎮(zhèn)麥9號(hào)和揚(yáng)麥23間呈顯著差異。在濕面筋、干面筋含量上, 揚(yáng)麥16效應(yīng)值最高, 濕面筋含量揚(yáng)麥23最低, 干面筋含量鎮(zhèn)麥9號(hào)最低。在面筋指數(shù)上, 鎮(zhèn)麥9號(hào)最高, 其次是揚(yáng)麥23, 揚(yáng)麥16最低, 揚(yáng)麥16與鎮(zhèn)麥9號(hào)、揚(yáng)麥23均存在顯著差異。綜合來看, 鎮(zhèn)麥9號(hào)正向優(yōu)勢最強(qiáng), 其次是揚(yáng)麥16和揚(yáng)麥23, 中強(qiáng)筋小麥品質(zhì)指標(biāo)正向效應(yīng)顯著, 有利于強(qiáng)筋品種選育, 不適宜用作弱筋品質(zhì)育種親本。

2.3 特殊配合力效應(yīng)分析

不同組合同一品質(zhì)指標(biāo)以及同一組合不同品質(zhì)指標(biāo)的特殊配合力存在差異(表3和表4)。硬度和水SRC特殊配合力差異顯著, 揚(yáng)麥13/揚(yáng)麥16、揚(yáng)麥20/揚(yáng)麥23、揚(yáng)麥18/揚(yáng)麥24、揚(yáng)麥18/鎮(zhèn)麥9號(hào)等組合存在負(fù)向效應(yīng), 有利于弱筋品質(zhì)的形成。一般配合力和特殊配合力不是完全對(duì)應(yīng)關(guān)系, 揚(yáng)麥13、揚(yáng)麥18、揚(yáng)麥20、揚(yáng)麥24一般配合力低, 但配制的部分組合特殊配合力效應(yīng)高。弱筋小麥與中強(qiáng)筋配制的組合特殊配合力低, 負(fù)向效應(yīng)明顯; 弱筋小麥之間組配, 特殊配合力多呈正向效應(yīng), 但也有負(fù)向效應(yīng)組合, 如揚(yáng)麥18/揚(yáng)麥24效應(yīng)較小, 有利于弱筋種質(zhì)篩選。因此, 在一般配合力選擇的基礎(chǔ)上也要重視特殊配合力選擇。對(duì)于弱筋小麥育種, 至少要有一個(gè)弱筋親本, 同時(shí)加強(qiáng)2個(gè)親本特殊配合力篩選。

2.4 品質(zhì)性狀遺傳參數(shù)估算

硬度、SDS沉淀值、水SRC、乳酸SRC、蔗糖SRC和碳酸鈉SRC的狹義遺傳力分別為91.23%、82.66%、83.81%、72.79%、75.26%和83.96% (表5), 加性方差比重顯著大于顯性方差, F1組合間的遺傳以加性效應(yīng)為主, 可以在早期世代進(jìn)行選擇。蛋白質(zhì)含量、濕面筋含量、干面筋含量和面筋指數(shù)狹義遺傳力分別為30.72%、25.62%、32.62%和49.82%, 加性方差和顯性方差相差不大, F1組合間遺傳的加性效應(yīng)較小, 早代選擇效果可能不佳。4種SRC比較, 水、碳酸鈉SRC遺傳效應(yīng)高于乳酸和蔗糖SRC。綜合來看, 硬度、SDS沉淀值、水SRC和碳酸鈉SRC狹義遺傳力大于80%、遺傳力高, 是弱筋小麥品質(zhì)育種的核心選擇指標(biāo)。

表1 不同品質(zhì)性狀配合力方差分析(F值)

*和**分別表示在0.05和0.01概率水平差異顯著。

*and**indicate significance difference at the 0.05 and 0.01 probability levels, respectively. GCA: general combining ability; SDS: sodium dodecyl sulfate; SRC: solvent retention capacity; SCA: special combining ability.

表2 7個(gè)親本品質(zhì)性狀一般配合力效應(yīng)分析

同列不同小寫字母表示在0.05概率水平顯著差異。

Different lowercase letters in the same column show significant difference at the 0.05 probability level. SDS: sodium dodecyl sulfate; SRC: solvent retention capacity.

表3 21個(gè)雜交組合硬度特殊配合力效應(yīng)分析

表4 21個(gè)雜交組合水SRC特殊配合力效應(yīng)分析

表5 小麥品質(zhì)性狀的遺傳參數(shù)

SDS: sodium dodecyl sulfate; SRC: solvent retention capacity.

2.5 2020年不同組合高代品系品質(zhì)效應(yīng)分析

2020年對(duì)不同品質(zhì)類型組合高代品系品質(zhì)指標(biāo)分析表明(表6), 弱筋/弱筋組合揚(yáng)麥9號(hào)/揚(yáng)麥18株系籽粒硬度、蛋白質(zhì)含量、SDS沉淀值和水SRC指標(biāo)較低, 最高值分別為10.56、12.78%、10 mL和76.22%, 均為弱筋品質(zhì)類型。揚(yáng)麥16/鎮(zhèn)麥168組合全部株系硬度、沉淀值和水SRC品質(zhì)指標(biāo)均高于揚(yáng)麥9號(hào)/揚(yáng)麥18組合株系, 僅2份株系蛋白質(zhì)含量位于揚(yáng)麥9號(hào)/揚(yáng)麥18株系變異范圍內(nèi), 中筋/強(qiáng)筋組合未有弱筋株系分離。弱筋/強(qiáng)筋組合揚(yáng)麥15/鎮(zhèn)麥9號(hào)株系品質(zhì)指標(biāo)則位于上述兩種不同品質(zhì)類型組合變異范圍內(nèi), 既有強(qiáng)筋株系也有弱筋株系分離。不同組合品質(zhì)性狀boxplot圖可以看出(圖1), 弱筋/弱筋組合類型籽粒硬度、蛋白質(zhì)含量、沉淀值和水SRC品質(zhì)指標(biāo)最低, 弱筋/強(qiáng)筋組合居中, 中筋/強(qiáng)筋類型組合最高。

表6 不同品質(zhì)類型組合高代品系品質(zhì)表現(xiàn)(2020年)

SRC: solvent retention capacity.

圖1 不同品質(zhì)類型組合高代品系品質(zhì)表現(xiàn)

盒圖兩端表示性狀的極值范圍; 圖中方框表示平均值; 中間直線表示中位線;*為個(gè)別極值。A代表組合揚(yáng)麥16/鎮(zhèn)麥168; B代表組合揚(yáng)麥15/鎮(zhèn)麥9號(hào); C代表組合揚(yáng)麥9號(hào)/揚(yáng)麥18。

Both ends of box plot indicates the extreme range of traits; box: the mean of the trait; the lines in the middle: the median line;*: the individual extreme value. A represents the combination of Yangmai16/Zhenmai 168; B represents the combination of Yangmai 15/Zhenmai 9; C represents the combination of Yangmai 9/Yangmai 18.

2.6 2021年不同組合高代品系品質(zhì)效應(yīng)分析

2021年對(duì)不同品質(zhì)類型組合高代品系品質(zhì)指標(biāo)分析表明(表7), 弱筋/弱筋組合揚(yáng)麥22/揚(yáng)輻麥4號(hào)蛋白質(zhì)含量、沉淀值、水SRC、乳酸SRC、碳酸鈉SRC和蔗糖SRC數(shù)值最低。強(qiáng)筋/強(qiáng)筋組合57份株系有56份沉淀值高于弱筋/弱筋組合31份株系, 兩個(gè)組合之間有少量株系蛋白質(zhì)含量和SRC變異范圍重合, 這可能與2021年蛋白質(zhì)含量和SRC更多地受到環(huán)境影響有關(guān)。弱筋/強(qiáng)筋組合揚(yáng)麥22/鎮(zhèn)麥9號(hào)既有強(qiáng)筋株系也有弱筋株系分離。不同組合品質(zhì)指標(biāo)表現(xiàn)趨勢與2020年結(jié)果一致。不同組合品質(zhì)性狀的boxplot圖也可以看出(圖2), 弱筋/弱筋組合類型品質(zhì)指標(biāo)最低, 弱筋/強(qiáng)筋組合居中, 強(qiáng)筋/強(qiáng)筋類型組合最高。

表7 不同品質(zhì)類型組合高代品系品質(zhì)表現(xiàn)(2021年)

Table 7 Quality trait of high generation lines from different quality types combination in 2021

SRC: solvent retention capacity.

圖2 不同品質(zhì)類型組合高代品系品質(zhì)表現(xiàn)

盒圖兩端表示性狀的極值范圍; 圖中方框表示平均值; 中間直線表示中位線;*為個(gè)別極值。A1代表組合西農(nóng)529/鎮(zhèn)麥9號(hào); B1代表組合揚(yáng)麥22/鎮(zhèn)麥9號(hào); C1代表組合揚(yáng)麥22/揚(yáng)輻麥4號(hào)。

Both ends of box plot indicates the extreme range of traits; box: the mean of the trait; the lines in the middle: the median line;*: the individual extreme value. A1 represents the combination of Xinong 529/Zhenmai 9 combination; B1 represents the combination of Yangmai 22/Zhenmai 9; C1 represents the combination of Yangmai 22/Yangfumai 4.

3 討論

3.1 弱筋小麥品質(zhì)育種品質(zhì)選擇指標(biāo)

《GB/T 17893-1999優(yōu)質(zhì)小麥弱筋小麥》以蛋白質(zhì)含量、濕面筋含量和穩(wěn)定時(shí)間3項(xiàng)指標(biāo)為主進(jìn)行品質(zhì)分類。《GB/T 17320-2013小麥品種品質(zhì)分類》以硬度指數(shù)、粗蛋白質(zhì)含量、濕面筋含量、沉淀值、吸水量和穩(wěn)定時(shí)間為弱筋小麥評(píng)價(jià)指標(biāo)?！吨饕r(nóng)作物品種審定標(biāo)準(zhǔn)(國家級(jí))》小麥品質(zhì)以蛋白質(zhì)含量、濕面筋含量、吸水率和穩(wěn)定時(shí)間為弱筋小麥評(píng)價(jià)指標(biāo)。多項(xiàng)研究均表明環(huán)境條件對(duì)蛋白質(zhì)含量具有重要影響[22-25], 栽培環(huán)境中以氮肥對(duì)小麥品質(zhì)的影響最大[26-28]。本研究結(jié)果表明, 硬度、SDS沉淀值和SRC遺傳力高, 蛋白質(zhì)含量、濕面筋含量、干面筋含量和面筋指數(shù)遺傳力較低。僅以蛋白質(zhì)含量、濕面筋含量和穩(wěn)定時(shí)間進(jìn)行弱筋小麥分類容易誤判, 結(jié)合硬度、沉淀值、SRC等高遺傳力指標(biāo)分類將更為客觀準(zhǔn)確。結(jié)合本團(tuán)隊(duì)多年研究和育種實(shí)踐[29-30], 在弱筋小麥育種過程中以硬度、SDS沉淀值和SRC為弱筋品質(zhì)育種核心指標(biāo), 以蛋白質(zhì)含量進(jìn)行生態(tài)環(huán)境和栽培條件等因素控制; 同時(shí)由于低世代種子量少, 用粉質(zhì)率代替硬度, 粉質(zhì)率與硬度具有顯著相關(guān)性[31]。由此確定, 低世代以粉質(zhì)率≥75%、微量SDS沉淀值(1 g全麥粉) ≤10 mL、微量水SRC (全麥粉)≤76%、蛋白質(zhì)含量≤12%進(jìn)行篩選; 中高世代以SKCS籽粒硬度≤30、硬度指數(shù)≤45、常量Zeleny沉淀值(面粉)≤30 mL、水SRC (面粉)≤65%、蛋白質(zhì)含量≤12%進(jìn)行篩選。

3.2 弱筋小麥品質(zhì)育種親本選擇

本研究結(jié)果表明弱筋小麥揚(yáng)麥13、揚(yáng)麥18、揚(yáng)麥20和揚(yáng)麥24籽粒品質(zhì)指標(biāo)和理化品質(zhì)指標(biāo)一般配合力多呈負(fù)向效應(yīng), 有利于弱筋小麥育種親本配組, 其中揚(yáng)麥13負(fù)向優(yōu)勢最大, 是弱筋小麥育種的優(yōu)質(zhì)親本; 中強(qiáng)筋小麥揚(yáng)麥16、揚(yáng)麥23和鎮(zhèn)麥9號(hào)多數(shù)品質(zhì)指標(biāo)一般配合力呈正向效應(yīng), 其中鎮(zhèn)麥9號(hào)正向優(yōu)勢最強(qiáng)。一般配合力和特殊配合力不完全對(duì)應(yīng), 強(qiáng)筋小麥尤其雙親均為強(qiáng)筋的組合特殊配合力相對(duì)較高。綜合不同組合高代品系品質(zhì)表現(xiàn), 弱筋/弱筋組合高代品系籽粒品質(zhì)和理化品質(zhì)指標(biāo)最低, 其次是弱筋/強(qiáng)筋組合, 強(qiáng)筋/強(qiáng)筋、中筋/強(qiáng)筋組合最高。因此, 在弱筋小麥育種親本選配時(shí), 要求品質(zhì)性狀一般配合力呈負(fù)向效應(yīng), 并且至少要有一個(gè)弱筋小麥親本, 同時(shí)注重親本間特殊配合力選擇。

在揚(yáng)麥弱筋品種20多年育種實(shí)踐中, 通過弱筋核心親本持續(xù)挖掘創(chuàng)新, 不斷改良提升弱筋品質(zhì), 相繼育成多個(gè)弱筋小麥品種并大面積推廣應(yīng)用。弱筋小麥育種起步階段, 加強(qiáng)弱筋種質(zhì)資源篩選鑒定, 在大量材料中篩選出弱筋中間材料揚(yáng)鑒三, 對(duì)揚(yáng)鑒三組合后代進(jìn)行遺傳分析, 表明揚(yáng)鑒三高粉質(zhì)率、低沉淀值等性狀遺傳力高、一般配合力好, 被確定為弱筋小麥育種的核心親本。利用弱筋核心親本揚(yáng)鑒三育成了揚(yáng)麥9號(hào)、揚(yáng)麥13和揚(yáng)麥15, 其中揚(yáng)麥13是我國推廣面積最大的弱筋小麥品種, 揚(yáng)麥15是我國主推優(yōu)質(zhì)弱筋小麥品種。利用揚(yáng)麥9號(hào)作核心親本育成弱筋小麥揚(yáng)麥20, 其組合為揚(yáng)麥10號(hào)(中強(qiáng)筋)/揚(yáng)麥9號(hào)(弱筋), 2016年起列入全國主導(dǎo)品種。進(jìn)一步利用揚(yáng)麥9號(hào)優(yōu)系育成弱筋小麥新品種揚(yáng)麥30, 種植面積也逐步擴(kuò)大。制定弱筋小麥育種目標(biāo), 以弱筋核心親本創(chuàng)制利用為基礎(chǔ), 強(qiáng)化弱筋品質(zhì)跟蹤鑒定, 重視豐產(chǎn)性、抗病抗逆和綜合農(nóng)藝選擇, 聚合優(yōu)質(zhì)弱筋和高產(chǎn)抗病抗逆性狀, 實(shí)現(xiàn)弱筋小麥品種選育的新突破。

4 結(jié)論

硬度、SDS沉淀值、水SRC和碳酸鈉SRC是弱筋小麥品質(zhì)育種的高效選擇指標(biāo), 可以在早世代進(jìn)行嚴(yán)格篩選, 而蛋白質(zhì)含量、濕面筋含量等遺傳力較低, 受環(huán)境影響大。弱筋小麥品質(zhì)育種親本組配至少要有一個(gè)弱筋品質(zhì)類型的親本。

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Quality selection indices and parent combination principle of weak-gluten wheat

ZHANG Xiao1, LU Cheng-Bin1, JIANG Wei1, ZHANG Yong1, LYU Guo-Feng1, WU Hong-Ya1, WANG Chao-Shun1, LI Man1, WU Su-Lan1, and GAO De-Rong1,2,*

1Lixiahe Institute of Agricultural Sciences of Jiangsu /Key Laboratory of Wheat Biology and Genetic Improvement for Low＆Middle Yangtze Valley, Ministry of Agriculture and Rural Affairs, Yangzhou 225007, Jiangsu, China;2Jiangsu Co-innovation Center for Modern Production Technology of Grain Crops, Yangzhou University, Yangzhou 225009, Jiangsu, China

To identify the efficient indices of quality selection and the principle of parent combination for weak-gluten wheat, a 7×6 diallel crossing of Griffing II analysis involving 21 combinations of seven wheat varieties with different quality types was performed, and genetic analyses of the quality indices of F2kernels was carried out. The results showed there were extremely significant differences in general combining ability (GCA) of the quality indices. The effect values of GCA of hardness, sodium dodecyl sulfate (SDS) sedimentation value, and solvent retention capacity (SRC) were relatively higher, while those of GCA of protein content and gluten content were relatively lower. Meanwhile, significant or extremely significant differences in special combining ability (SCA) of the quality indices were observed, except for protein content, SDS sedimentation value, sucrose SRC, and gluten index. Hardness, SDS sedimentation value, and SRC had the high general combining ability, indicating that additive effect was dominant. The negative GCA effects of weak-gluten wheat and the positive GCA effects of mid-gluten and strong-gluten wheat were significant. The narrow heritability of hardness, SDS sedimentation value, water SRC, and sodium carbonate SRC was as high as 91.23%, 82.66%, 83.81%, and 83.96%, respectively, indicating that they could be strictly screened in the early generations. The narrow heritability of lactic acid SRC and sucrose SRC was 72.79% and 75.26%, respectively. The narrow heritability of protein content, wet gluten content, dry gluten content, and gluten index was as low as 30.72%, 25.62%, 32.62%, and 49.82%, respectively. The quality analysis of high generation lines in different combinations revealed that grain hardness, protein content, SDS sedimentation value, SRC, and other quality indices of the descendant of weak-gluten/weak-gluten wheat combinations were the lowest, followed by those of the weak-gluten/strong-gluten wheat combinations, while those of the strong-gluten/strong-gluten and medium-gluten/strong-gluten wheat combinations were the highest with the rare separation of weak-gluten lines. In conclusion, hardness, SDS sedimentation value, water SRC, and sodium carbonate SRC were the high-efficient selection indices for quality breeding. We suggested at least one parent of weak-gluten quality should be selected in the breeding of weak-gluten wheat.

weak-gluten wheat; quality selection; principle of parent combination; combining ability; heritability

10.3724/SP.J.1006.2023.21026

本研究由國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(32071999), 江蘇省重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目(BE2021335), 江蘇省種業(yè)振興揭榜掛帥項(xiàng)目(JBGS [2021] 006), 財(cái)政部和農(nóng)業(yè)農(nóng)村部國家現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系建設(shè)專項(xiàng)(CARS-03-8)資助。

This study was supported by the National Science Foundation of China (32071999), the Key Research and Development Program of Jiangsu Province (BE2021335), the Seed Industry Revitalization Jie Bang Gua Shuai Project of Jiangsu Province (JBGS [2021] 006), and the China Agriculture Research System of MOF and MARA (CARS-03-8).

高德榮, E-mail: gdr@wheat.org.cn

E-mail: zhangxiao820218@163.com

2022-04-07;

2022-10-10;

2022-11-01.

URL: https://kns.cnki.net/kcms/detail/11.1809.S.20221101.1003.002.html

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