優(yōu)質高產(chǎn)抗病小麥新品種寧麥資518的選育與分子鑒定

蔡瑾　張巧鳳　付必勝　郭煒　翟文玲　劉穎　吳小有　吳紀中

摘要：針對淮南麥區(qū)小麥品種同質化日趨嚴重的現(xiàn)狀，本研究配制了資02-193/揚麥15//Tabasco的復交組合，利用分子標記輔助育種與常規(guī)育種相結合的方法，經(jīng)系譜法培育出了優(yōu)質高產(chǎn)抗病小麥新品種——寧麥資518（參試名：寧麥資15318）。通過緊密連鎖的分子標記鑒定到該品種中含有白粉病抗性基因Pm48和赤霉病抗性基因QFhs.crc-2DL。2017—2019年在江蘇省淮南組區(qū)域試驗中，2年區(qū)試平均產(chǎn)量508.39 kg/667 m2，較對照揚麥20增產(chǎn)5.83％。寧麥資518株高81 cm左右，有效穗數(shù)為32.0萬穗/667 m2，穗粒數(shù)36.1粒，千粒質量48.4 g。該品種春性、中熟，分蘗能力較強，穗密度較高，結實率高，千粒質量較高，產(chǎn)量三要素協(xié)調，產(chǎn)量高，綜合抗病性較強。寧麥資518分別于2020年和2021年通過江蘇省審定，并獲得國家植物新品種權，該品種適合在江蘇省淮南麥區(qū)種植。

關鍵詞：小麥；產(chǎn)量；抗?。环肿訕擞涊o助育種；寧麥資518

中圖分類號：S512.103文獻標志碼：A

文章編號：1002-1302（2023）21-0050-05

江蘇的麥作區(qū)以淮河為界分為淮北和淮南2個麥區(qū)，從20世紀60年代以來，小麥品種均經(jīng)歷了至少7次更換，產(chǎn)量潛力和抗蟲抗病水平不斷提升［1-2］。然而，近階段淮南麥區(qū)育成小麥品種同質化愈發(fā)突出，這主要歸咎于育種親本的選用上。目前，育種家主要采用育成品種或品系，以及其中間材料作為育種親本，然而由于難以克服的“連鎖累贅”等原因，甚少涉及小麥地方品種、國外引進品種或近緣野生種等特異性種質。育種中在親本選用上主要以寧麥13、鎮(zhèn)麥168等骨干親本及其育種中間材料為親本，導致遺傳基礎日趨狹窄［3］。因此，特異性種質的運用是解決淮南麥區(qū)小麥育種同質化的重要手段之一。

小麥赤霉病又被稱為“小麥癌癥”，是由禾谷鐮刀菌（Fusarium graminearum Schwabe）引起的小麥穗部主要病害之一，不僅會引起小麥的嚴重減產(chǎn)，而且能產(chǎn)生對人畜健康構成嚴重危害的嘔吐毒素［以脫氧雪腐鐮刀菌烯醇（DON）為主］，從而對小麥的生產(chǎn)和食品安全構成嚴重威脅。利用赤霉病抗病基因，通過分子育種法培育小麥赤霉病抗性品種是目前最經(jīng)濟、環(huán)保且持續(xù)有效的赤霉病防治措施［2，4-5］。小麥白粉病也是生產(chǎn)中最常見的病害之一，病害主要發(fā)生于葉片，由布氏白粉菌引起，會造成小麥的產(chǎn)量顯著下降，然而由于其生理小種眾多，毒性變異頻率快等原因，造成大部分抗病品種在幾年的大規(guī)模推廣與生產(chǎn)后喪失抗性［3］。近年來在生產(chǎn)上較受歡迎的小麥品種不僅成穗偏多，穗粒數(shù)和千粒質量較高，株高較矮，也需要具有較強的抗病性［6-8］。本研究采用分子標記輔助選擇與常規(guī)育種結合的方法，運用引自德國的超高產(chǎn)、抗葉銹病、白粉病小麥品種Tabasco，育成了高產(chǎn)抗病廣適性的小麥新品種寧麥資518（曾用名：寧麥資15318），在淮南小麥新品種中間試驗中表現(xiàn)出高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)、抗病、綜合農藝性狀好、適應范圍廣等特點，符合目前淮南麥區(qū)小麥生產(chǎn)的需求，于2020年12月通過江蘇省農作物審定委員會批準審定（審定編號：蘇審麥20200001），于2021年6月獲得國家植物新品種權。本研究介紹了該品種的選育過程，特征特性及其高產(chǎn)栽培技術，以期充分利用其優(yōu)點，加快推廣應用，促進江蘇省淮南麥區(qū)小麥產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

資02-193（陜1868//Comptan/揚麥6號）是筆者所在單位2002年通過常規(guī)育種方法創(chuàng)制的抗赤霉病新種質，其株型形態(tài)較緊湊，抗倒伏性較好，熟期較早且熟相佳，籽粒半角質、紅粒、飽滿，赤霉病發(fā)病較輕，但不抗白粉病和紋枯病。揚麥15是江蘇省里下河研究所于2000年育成的小麥品種，其株型緊湊，堅韌抗倒，曾是長江中下游地區(qū)主推的弱筋小麥品種，該品種分蘗力強，耐肥抗倒，但抗病性稍弱［9-11］。Tabasco是筆者所在單位引自德國的高產(chǎn)、抗白粉病的冬小麥品種，其攜帶有抗白粉病基因Pm48，但其生育期遲且感赤霉?。?］。

1.2 DNA提取與基因型分析

植株3葉期時，每個單株取適量葉片組織，采用十六烷基三甲基溴化銨（CTAB）法，提取葉片組織DNA。再利用與白粉病抗性基因Pm48緊密連鎖的分子標記cfd81（F：5′-TATccccAATccccTcTTTc-3′；R：5′-gTcAATTgTggcTTgTcccT-3′）［3］，對雜交后代進行前景選擇；以及與赤霉病抗性位點QFhs.crc-2DL緊密連鎖的分子標記Xgwm539（F：5′-cTgcTcTAAgATTcATgcAAcc-3′；R：5′-gAggcTTgTgccvcTcvTgTAg-3′）［10-11］對親本及雜交后代進行分析。PCR反應體系為10 μL，包含5 μL 2×TSINGKET5 Super PCR Mix、各0.4 μL 10 μmol/L上下游引物，20 ng DNA模板，用ddH2O補足至 10 μL 。PCR擴增程序：95 ℃預加熱3 min，使模板充分變性；然后進入3步循環(huán)法：95 ℃變性 30 s，退火溫度30 s，72 ℃保持30 s（延伸），循環(huán)35次；最后72 ℃保持10 min，使產(chǎn)物延伸完整。采用8%聚丙烯酰胺凝膠電泳檢測PCR產(chǎn)物。

2 結果與分析

2.1 抗白粉病單株的分子標記輔助選擇

用與白粉病抗性基因Pm48緊密連鎖的分子標記Xcfd81對雜交F2代育種材料進行篩選［3］，F(xiàn)2單株的擴增結果顯示具有Pm48基因的F2代單株在259 bp處有DNA特異性擴增條帶。在1 763株F2代單株中，篩選到含有Pm48的抗病單株1 192株（包含抗性純合與雜合），對無Pm48抗性條帶的單株予以淘汰。基因型分析結果表明，F(xiàn)2代植株的白粉病抗感比例約為3 ∶[KG-*3]1，符合單基因遺傳規(guī)律。將篩選到的1 192個含有Pm48基因的抗病單株移入大田進行白粉病抗性鑒定，其中18個植株感白粉病，予以淘汰。然后嚴格按照矮稈、早熟、豐產(chǎn)、兼抗等標準對余下的1 174個抗病單株進行綜合評價，共選擇了505個綜合性狀良好的單株進入下一輪選擇。2011年10月，將選中的F2代單株以穗行播種，按編號將F3代系與F2代單株一一對應，并對F3代穗行進行Pm48基因的分子標記檢測，對于不含有Pm48基因的品系予以淘汰，而含有Pm48基因的品系（包括純合與雜合）予以保留。結合農藝性狀和兼抗性，共選出202個F3代品系進行夏播加代。2012—2014年，運用系譜法從分離世代中選擇豐產(chǎn)且抗病的優(yōu)異分離后代，于2014年通過分子標記選擇Pm48純合抗性植株，并于2014年、2015年連續(xù)2年對這些材料進行品質檢測、抗病性鑒定與農藝性狀考察，從中鑒定出抗病、品質優(yōu)、豐產(chǎn)性好的小麥創(chuàng)新種質4份，其中，田間編號為318的品系表現(xiàn)較為突出，其增產(chǎn)幅度大、綜合抗病性好，于2016年推薦參加江蘇省淮南小麥新品種預備試驗以及隨后的中間試驗，其參試名稱為寧麥資15318。2020年6月份完成所有中間試驗環(huán)節(jié)，12月通過江蘇省農作物品種審定委員會審定并定名為寧麥資518。2021年6月獲得國家植物新品種權。其品種選育過程見圖1。

2.2 寧麥資518及其系譜抗白粉病、赤霉病分子標記的檢測

本研究通過與白粉病抗性基因Pm48緊密連鎖的分子標記，和與赤霉病抗性基因QFhs.crc-2DL緊密連鎖的分子標記，對寧麥資518及其系譜品種進行抗原基因來源的分析（表1、圖2）。 使用Pm48基因緊密連鎖的分子標記Xcfd81對寧麥資518及其系譜進行檢測發(fā)現(xiàn)，寧麥資518與其白粉病抗原親本Tabasco均在259 bp處擴增出目標片段（圖2-a），而其他系譜親本均不含有此目標片段，說明寧麥資518含有Pm48基因，且來源于Tabasco。使用QFhs.crc-2DL緊密連鎖的分子標記Xgwm539對寧麥資518及其系譜以及抗病對照蘇麥3號進行檢測發(fā)現(xiàn)，寧麥資518和揚麥15均能夠擴增出QFhs.crc-2DL基因的特異性條帶，而親本資02-193和Tabasco均未擴增出QFhs.crc-2DL基因的目標片段（圖2-b），因此，寧麥資518含有QFhs.crc-2DL基因，且來源于親本揚麥15。

2.3 寧麥資518品種特征

寧麥資518屬春性中熟類型，幼苗半直立，葉片寬窄中等，葉色綠。株高約81 cm，株型為緊湊型，莖稈粗壯且有彈性、抗倒伏性較好，整體穗層整齊。護穎白色、橢圓形、無絨毛。穗狀呈紡錘形，芒長、殼白、籽粒紅色、半角質、飽滿。區(qū)試平均結果為全生育期208.7 d，較對照揚麥20早熟1 d，有效穗數(shù)為32.0萬穗/667 m2，每穗36.1粒，千粒質量為 48.4 g，成穗率為48.1%。

2.4 寧麥資518綜合抗性

寧麥資518在2017—2019年江蘇省淮南小麥區(qū)域試驗中，田間表現(xiàn)赤霉病輕、抗穗發(fā)芽、生育期中熟偏早。依托江蘇省農業(yè)科學院植物保護研究所對寧麥資518 2年的接種鑒定，結果表明：2017年該品種對白粉病免疫（IM）、高抗條銹?。℉R）、中抗赤霉?。▏乐囟葹?.0；自然發(fā)病病情指數(shù)為4.5）、中抗黃花葉?。∕R）、中感葉銹?。∕S）、感紋枯?。⊿）；2018年中抗赤霉?。▏乐囟葹?.2；自然發(fā)病病情指數(shù)為0.0）、感黃花葉?。⊿）、高感紋枯?。℉S）、高感白粉病（HS）、高感條銹病（HS）、高感葉銹?。℉S）（表2）。經(jīng)江蘇省農業(yè)科學院種質資源與生物技術研究所2年抗穗發(fā)芽鑒定，結果表明：2017年抗穗發(fā)芽（R）、2018年高抗穗發(fā)芽（HR）。2年綜合抗性鑒定試驗結果表明，寧麥資518中抗赤霉病、抗穗發(fā)芽、感黃花葉病毒病，對紋枯病、白粉病、條銹病、葉銹病高感（表2）。

2.5 寧麥資518的籽粒品質

在江蘇省小麥區(qū)域試驗中，由種子管理站統(tǒng)一抽取樣本，送農業(yè)農村部谷物及制品質量監(jiān)督檢驗測試中心（哈爾濱）進行品質鑒定。經(jīng)檢驗，寧麥資518 2年容重分別為794、818 g/L，粗蛋白（干基）含量分別為14.9%、14.0%，濕面筋含量分別為30.0%、29.4%，穩(wěn)定時間分別為4.2、3.6 min，吸水量為56.7、58.5 mL/100 g，最大拉伸阻力分別為236（Rm，135）、215（Rm，135）E. U.，拉伸面積分別為56、47 cm2，硬度指數(shù)分別為50.8、53.9（表3）。2018年與2019年2年檢測結果均達國家級品種審定優(yōu)質中筋小麥品種標準。

2.6 產(chǎn)量及其適應范圍

寧麥資518于2017—2019年參加江蘇省小麥區(qū)域試驗（淮南組），其中，2017—2018年，平均產(chǎn)量為478.00 kg/667 m2，與對照品種揚麥20相比增產(chǎn)7.65%，差異極顯著，11個試點全部增產(chǎn)，增產(chǎn)點占比為100.00%；2018—2019年，平均產(chǎn)量為 538.78 kg/667 m2，比對照揚麥20增產(chǎn)4.01%，差異極顯著，12個試點9個增產(chǎn)3個減產(chǎn)。寧麥資518 2年區(qū)試的平均產(chǎn)量為508.39 kg/667 m2，較對照品種揚麥20增產(chǎn)5.83%，高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)特性突出（表4）。

2019—2020年參加江蘇省淮南生產(chǎn)試驗，13個試點中12個增產(chǎn)1個減產(chǎn)，平均產(chǎn)量為 517.56 kg/667 m2，比對照品種揚麥20增產(chǎn)5.67%（表4）。

綜上所述，寧麥資518具有優(yōu)異的產(chǎn)量適應性和高產(chǎn)潛力、熟期中等偏早且籽粒外觀品質優(yōu)、抗穗發(fā)芽、中抗赤霉病。株高適中，莖稈粗壯彈性好，抗倒伏性強，熟相佳，適合江蘇省淮南麥區(qū)推廣種植。

2.7 栽培技術設計

寧麥資518每年最適播期為10月25日至11月5日之間。該品種較耐密植，符合當前生產(chǎn)上多撒密播的種植需求。在肥水條件好的地塊，適期播種量控制在12.5 kg/667 m2，基本苗數(shù)為20萬株/667 m2左右，遲播、肥力低且出苗差的田塊可采取適當密播。一般施氮量為18 kg/667 m2，在肥料運籌上應采取氮肥后移（拔節(jié)后增施氮肥），節(jié)氮增磷鉀的原則，前期足肥促早發(fā)，中期嚴格控制氮肥使用量。所施用的氮肥中，基苗肥六成、拔節(jié)孕穗肥四成，結合施用磷鉀等微量元素肥，適時適量噴撒葉面肥。冬初春前，應及時控制田間雜草，抓準時機對地方性流行病害進行防治，尤其對紋枯病和蚜蟲等病蟲害。

3 討論

迄今為止，已在小麥及其近緣野生種中發(fā)現(xiàn)了超過80個白粉病抗性基因。但是，隨著小麥白粉病生理小種的變化，許多白粉病抗性基因在逐漸失去抗性，這說明病原菌小種的毒性與宿主的抗病性有著較強的協(xié)同進化。因此，挖掘和運用新的白粉病抗病基因在育種中具有重要意義。將筆者所在研究團隊前期在引進品種Tabasco中發(fā)掘的白粉病抗病新基因Pm48，運用分子標記輔助育種法將其轉入優(yōu)質品系資02-193中，創(chuàng)制了抗白粉病優(yōu)質新品種寧麥資518。本研究在寧麥資518的創(chuàng)制過程中，F(xiàn)2代和F3代Pm48基因一直保持雜合狀態(tài)，而在F6代才選擇了抗性純合的基因型，是為了通過雜合狀態(tài)Pm48的后續(xù)反復自交，讓抗病基因的染色體片段被充分重組，從而獲得含有抗病基因且較小的染色體片段，減少連鎖累贅對品種農藝性狀的影響。本研究中使用的Pm48對白粉病生理小種Bgt19具有持久穩(wěn)定的抗性，但是2017—2019年，江蘇省農業(yè)科學院植物保護研究所對參試品種統(tǒng)一進行白粉病抗病鑒定時，所使用的生理小種與Bgt19并不相同，出現(xiàn)了1年免疫，1年感病的表型。

本研究通過赤霉病抗性基因QFhs.crc-2DL緊密連鎖的分子標記，對寧麥資518及其系譜品種進行抗原基因來源的分析。結果表明，寧麥資518及其系譜親本中的揚麥15中含有QFhs.crc-2DL基因的特異性條帶，而資02-193和Tabasco均不含有該特異性條帶，說明寧麥資518中的QFhs.crc-2DL基因來源于其親本揚麥15，這與前人的研究結果［10-11］相吻合。親本揚麥15與寧麥資518都僅含有QFhs.crc-2DL基因，而赤霉病抗性卻優(yōu)于其親本揚麥15，達到中抗水平，原因可能是寧麥資518攜帶QFhs.crc-2DL之外的其他赤霉病抗性基因（QTL）。

分子標記輔助育種較傳統(tǒng)育種而言是一項高效且準確的育種技術，能通過關鍵基因功能標記（或緊密連鎖的分子標記）在育種早期鎖定目標性狀，從而減小育種周期，排除連鎖累贅，提高育種效率。本研究中，親本Tabasco不僅高抗白粉病，而且是超高產(chǎn)品種，但是生育期遲且感赤霉病。本研究通過分子標記輔助育種，與傳統(tǒng)雜交、復交、表型選擇相結合，培育出了高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)、兼抗、綜合農藝性狀好、適應范圍廣的小麥品種寧麥資518。

參考文獻：

［1］程順和，郭文善，王龍俊. 中國南方小麥［M］. 南京：江蘇科學技術出版社，2012.

［2］王才林. 江蘇省稻麥品種志［M］. 北京：中國農業(yè)科學技術出版社，2009：1-4.

［3］冷蘇鳳，李 燕，許 明，等. 江蘇省小麥育種現(xiàn)狀及建議［J］. 農業(yè)科技通訊，2011（5）：5-8.

［4］Bai G.Scab of wheat：prospects for control［J］. Plant Disease，1994，78（8）：760.

［5］吳紀中，吳小有，張巧鳳，等. 優(yōu)質高產(chǎn)抗病小麥新品種寧麥資126的選育及栽培技術［J］. 江蘇農業(yè)科學，2019，47（21）：157-159.

［6］Gao H D，Zhu F F，Jiang Y J，et al. Genetic analysis and molecular mapping of a new powdery mildew resistant gene Pm46 in common wheat［J］. Theoretical and Applied Genetics，2012，125（5）：967-973.

［7］吳兆蘇，魏燮中. 長江下游地區(qū)小麥品種更替中產(chǎn)量及有關性狀的演變與發(fā)展方向［J］. 中國農業(yè)科學，1984，17（3）：14-22.[HJ2mm]

［8］李海泳，殷貴鴻. 從國家糧食安全角度探討我國小麥育種發(fā)展趨勢［J］. 江蘇農業(yè)科學，2022，50（18）：36-41.

［9］姚國才，馬鴻翔，張 鵬，等. 優(yōu)良小麥新品種寧麥26的選育及其應用［J］. 江蘇農業(yè)科學，2020，48（10）：94-97.

［10］廖 森，方正武，胡文靜，等. 59份江蘇小麥品種（系）的抗赤霉病評價與農藝性狀分析［J］. 麥類作物學報，2022，42（3）：297-305.

［11］Somers D J，F(xiàn)edak G，Savard M.Molecular mapping of novel genes controlling Fusarium head blight resistance and deoxynivalenol accumulation in spring wheat［J］. Genome，2003，46（4）：555-564.

收稿日期：2022-01-11

基金項目：國家重點研發(fā)計劃（編號：2021YFD1200601-05）；國家自然科學基金青年基金項目（編號：32101792）；江蘇省農業(yè)科技自主創(chuàng)新資金［編號：CX（20）3001］。

作者簡介：蔡 瑾（1985—），女，江蘇南京人，博士，副研究員，主要從事小麥種質資源研究。E-mail：caijin@jaas.ac.cn。

通信作者：吳紀中，碩士，研究員，主要從事小麥種質資源研究。E-mail：wujz@jaas.ac.cn。