抗旱節(jié)水高產穩(wěn)產廣適小麥品種的選育

張俊靈　閆金龍　張東旭　孫美榮　霍成斌　常海霞

摘要 根據(jù)我國北方麥區(qū)氣候、生態(tài)、生產條件復雜多變的特點，確立育種目標為選育抗旱節(jié)水高產穩(wěn)產廣適小麥新品種。通過對北部和黃淮兩大麥區(qū)優(yōu)異種質材料的鑒定和利用，融匯兩大麥區(qū)優(yōu)異目標基因；后代選育采用水旱交叉選育法，為不同生態(tài)類型品種的選育創(chuàng)造了條件，實現(xiàn)了自然選擇、人工選擇和定向培育的有機結合；品種鑒選應用抗旱節(jié)水鑒定評價體系新方法，克服了抗旱節(jié)水與高產、高產與穩(wěn)產廣適難以結合的技術難題，實現(xiàn)了抗旱節(jié)水高產穩(wěn)產品種的有效鑒選。在同一育種系統(tǒng)中用同一組合育成長6359和長4738 2個國審小麥品種；長6359適宜國家黃淮冬麥區(qū)旱地種植，長4738適宜國家北部冬麥區(qū)水地種植，適種區(qū)域橫跨黃淮和北部兩大麥區(qū)的旱地和水地；長6359旱作豐產性好、抗逆性強、穩(wěn)產適應性廣；長4738豐產潛力大、節(jié)水性好、穩(wěn)產廣適。因此，該方法實現(xiàn)了抗旱節(jié)水與高產穩(wěn)產的有機結合。

關鍵詞 抗旱節(jié)水；穩(wěn)產廣適；選育；長6359；長4738

中圖分類號 S512.1 文獻標識碼 A 文章編號 0517-6611（2017）01-0031-04

Breeding of the New Wheat Varieties with Drought Resistance， Water Saving， High Yield， Stable Yield and Wide Adaptation

— Taking Chang6359 and Chang4738 as the Research Cases

ZHANG Junling， YAN Jinlong， ZHANG Dongxu et al

（Millet Research Institute， Shanxi Academy of Agricultural Sciences， Changzhi， Shanxi 046011）

Abstract According to complex climate， ecology and production condition in north China， we established that the breeding objective was wheat varieties with drought resistance， water saving， high yield， stable yield and wide adaptation. Though identifying and using the excellent germplasm materials in north China and HuangHuai area， particular genes were mixed together. Hybrid descendant were selected by cross selection in both irrigated field and dry field， which integrated natural selection， artificial selection and directive breeding organically. Droughtresistant and watersaving appraisal and evaluation system were applied to select new varieties， which solved the technical problems of combining wheat highyield with droughtresistance and watersaving， as well as wheat highyield with stableyield and wideadaptation. The two national authorized wheat varieties Chang4738 and Chang6359 were bred by one cross combination of the breeding platform. Chang6359 was suitable to be planted in winter wheat regions of HuangHuai dryland， while Chang4738 was suitable to be planted in winter wheat regions of north China irrigated land；their suitable regions included the dryland and irrigated land of two winter wheat regions of HuangHuai and north China. Chang6359 showed high yield in dryland， great resistance to unfavorable conditions， stable yield and wide adaptation；while Chang4738 showed highyield potential， water saving， stable yield and wide adaptation. Therefore， this method realized the combination of drought resistance， water saving， high yield and stable yield.

Key words Drought resistance and water saving；Stableyield and wide adaptation；Breeding；Chang6359；Chang4738

北方冬麥區(qū)是我國小麥的主產區(qū)，干旱缺水是影響我國北方麥區(qū)小麥生產發(fā)展的最大限制因子，如山西、陜西、河北、甘肅、寧夏、豫西的一些地方十年九旱，嚴重制約了小麥產量的提高?？购倒?jié)水高產穩(wěn)產廣適小麥新品種的選育是克服干旱增加小麥產量的主要措施。小麥的抗旱性、豐產性、穩(wěn)產性是受多基因控制的數(shù)量性狀，其遺傳背景十分復雜。在育種過程中，采用何種方法使之有效地結合，并能得到充分有效地選擇是實現(xiàn)抗旱節(jié)水高產穩(wěn)產小麥育種目標的關鍵。我國傳統(tǒng)的育種方法強調雜種后代的培育條件必須同育種目標相協(xié)調[1]，其選擇效率低下。在長期的育種實踐中，筆者探索應用水旱交叉選育等方法[2]，育成了晉麥63號、長6878、長6154、長6359、長4738等11個適應不同生態(tài)區(qū)（北部和黃淮麥區(qū)）和不同生產條件（旱地和水地）種植的小麥新品種，其中晉麥63號、長6878、長6154、長4640、長6359、長4738共6個品種同時通過國家審定。晉麥63號和長6878分別于2002和2006年獲山西省科技進步一等獎；長6359和長4738于2015年獲山西省科技進步二等獎。長6878從2004年至今一直為國家北部冬麥區(qū)和山西省中部冬麥區(qū)旱地區(qū)試對照品種。長4738于2008—2014年為山西省中部水地區(qū)試對照品種。該試驗以長6359和長4738的選育為例，研究總結抗旱節(jié)水小麥品種選育技術，以期為抗旱節(jié)水高產穩(wěn)產廣適小麥新品種的選育提供一定的參考和借鑒。

1 選育目標及思路

1.1 選育目標

根據(jù)山西及我國北方冬麥區(qū)小麥的生態(tài)、生產條件和市場經濟發(fā)展的要求，確立總體目標是選育抗旱節(jié)水性好、豐產潛力大、穩(wěn)產性好、適應性廣的小麥新品種。

1.2 選育思路

小麥品種長6359和長4738從1996年開始做雜交、后代選育、新品系鑒選、參加各級區(qū)域試驗。

需解決的關鍵技術有2點：一是抗旱節(jié)水與高產有機結合?？购倒?jié)水與高產是小麥育種的主要目標，但抗旱節(jié)水與高產常常是一對矛盾，在育種中往往難以有機地結合在一起；抗旱節(jié)水的品種往往豐產潛力不大，而高產品種則往往抗旱節(jié)水性差。二是高產與穩(wěn)產廣適有機結合。小麥對生態(tài)區(qū)和生產條件的反應較為敏感，尤其是高產品種往往對生態(tài)和生產條件要求比較高，適應性較差。如何解決這兩對矛盾，選育出既抗旱節(jié)水又高產、既高產又穩(wěn)產適應性廣的小麥新品種，是實現(xiàn)小麥育種突破的關鍵，也是小麥育種中要解決的關鍵技術。為此，該研究在各個環(huán)節(jié)進行了統(tǒng)籌設計，技術路線見圖1。

2 選育過程

2.1 親本選育

山西省農業(yè)科學院谷子研究所利用地處北部晚熟冬麥區(qū)南邊，臨近黃淮中熟冬麥區(qū)，兼具兩區(qū)氣候生態(tài)特點的獨特地理優(yōu)勢，廣泛征集兩大麥區(qū)優(yōu)異種質資源1 500多份。通過田間和室內的綜合評鑒，篩選出具有抗旱、節(jié)水、豐產、抗病、優(yōu)質等優(yōu)異特性的材料作為中心親本加以利用。

根據(jù)育種目標的要求，對鑒選出的優(yōu)異種質材料進行分類，選用抗旱性強、節(jié)水性能好、豐產性好、抗病性強、綜合農藝性狀突出的優(yōu)異材料作為中心親本，確定抗旱節(jié)水×高產、矮稈抗倒×高產、抗凍抗病×高產、優(yōu)質×高產等多種雜交組配模式進行大量組配。從20世紀90年代以來，每年做600～800個組合，創(chuàng)造了一大批抗逆性強、豐產性好的中間材料，為兩大麥區(qū)優(yōu)異目標性狀基因的融合奠定了豐富的物質基礎。

1996年夏做雜交組合635個，包括育成品種長6359和長4738的親本組合。選用多穗、株高適中、豐產性強、籽粒商品性好的中間材料82230-6做母本，抗旱、抗病、灌漿快、落黃好、分蘗力強的中間材料94-5383做父本（該品種于2001年通過山西省審定），獲得25粒雜交種子。該組合除融有包括勝利麥（美）、早洋麥（美）、蘇早1 號（蘇）、碧玉麥（澳）、山前（蘇）等外源遺傳基質，還融有北農大抗220（中國農大）的抗病源[3]，其遺傳基礎非常豐富，使北部晚熟冬麥區(qū)（以平遙小白麥為主系）和黃淮中熟冬麥區(qū)（以螞蚱麥為主系）的優(yōu)異基因融匯在一起，為實現(xiàn)育種目標性狀的有效組合奠定了物質基礎。

2.2 雜交后代的選育

采用水旱交叉選育法選育雜交后代（圖2）。

2.2.1

1996—1997年 F1代。將635個組合的雜交種子（F0代）按組合種于水地選種圃。對其株、葉型結構、豐產性、抗逆性、雜種優(yōu)勢等性狀，按“特好、好、中、差”分為“1、2、3、4級”進行評價，其中鑒評為1級的組合有15個。組合“82230-6/94-5383”的植株生長健壯、穗大粒多、灌漿落黃好、雜種優(yōu)勢強。

2.2.2

1997—1998年 F2代。F2代種于水地選種圃。將該組合作為重點組合加大了種植群體，種植1 500株，使其強分離世代的各種基因型得到了較好的表達和選育。經田間反復觀察比較，篩選出19個表現(xiàn)突出的優(yōu)良單株，通過室內對其籽粒、品質、莖稈特性考評決選17個單株。

2.2.3

1998—1999年F3代。選擇2株典型薄旱生型單置于旱地選種圃，其余15株分別置于水地和旱地選種圃。水地條件下重點考察其抗倒性、抗病性、豐產性等；旱地條件下側重考察其抗旱性、抗凍性和旱作豐產性；水旱2種條件下綜合考察其穩(wěn)產適應性；室內考察其籽粒性狀和品質。通過水地、旱地和室內綜合考察評鑒，篩選出13株優(yōu)良單株（水地6株、旱地7株）。

2.2.4

1999—2000年F4代。將13個優(yōu)良單株分別置于水、旱地2種條件下同時選育，方法同F(xiàn)3代，篩選出7株優(yōu)良單株（水地4株、旱地3株）。

2.2.5

2000—2001年F5代。選擇其中1株典型的薄旱生型單置于旱地選種圃，1株典型的肥水型單置于水地選種圃，其余5株分別在水、旱地2種條件下同時選育。與低代不同的是F5代加大了種植密度。田間鑒評發(fā)現(xiàn)，水、旱兩邊屬同一株系的01-4735（水地選種圃號）和01-6355（旱地選種圃號）、01-4738（水地選種圃號）和01-6357（旱地選種圃號）、01-4822（水地選種圃號）和01-6442（旱地選種圃號），以及旱地條件下的01-6359（旱地選種圃號）4個株系性狀已趨于穩(wěn)定，且綜合性狀表現(xiàn)優(yōu)異，穩(wěn)定系收獲后，在室內對其粒色、粒質、飽滿度和商品性進行了考察。

2.3 出圃穩(wěn)定系的鑒選

應用抗旱節(jié)水評價體系將育成品系分別置于水、旱地2種條件下鑒選。旱地條件重點考察其在旱作條件下的抗旱性、抗凍性、豐產穩(wěn)產性；水地條件重點考察其在灌溉條件下的節(jié)水性、抗病性、抗倒性和豐產潛力。

2001—2002年在水、旱地2種條件下，對穩(wěn)定出圃的79個新品系進行了鑒定。其中01-6359和01-4738在水地和旱地2種條件下都表現(xiàn)非常突出。01-6359幼苗生長勢強、分蘗成穗多，株高80 cm左右；穗層厚，穗呈紡錘型，穗粒重高；抗旱、抗凍；灌漿落黃好，熟期較早。旱地鑒定平均產量5 787.0 kg/hm2，比相鄰對照晉麥53號增產24.5%，居第1位；水地鑒定平均產量7 680.0 kg/hm2，比相鄰對照京冬8號增產18.9%，居第2位。01-4738株高75 cm左右，莖葉挺秀，抗倒能力較強；產量三要素協(xié)調居高；穗層整齊，穗呈長方形，籽粒商品性好。旱地鑒定平均產量5 584.5 kg/hm2，比相鄰對照晉麥53號增產20.2%，居第2位；水地鑒定平均產量8 467.5 kg/hm2，比相鄰對照京冬8號增產31.1%，居第1位。

在品系鑒定篩選中，除對參試品系在水、旱地2種條件下的產量和綜合農藝性狀進行鑒選外，還對參試品系的幼苗反復干旱存活率[4-5]、全生育期抗旱指數(shù)[4，6]、產量-水分高效利用指數(shù)[7]等抗旱、節(jié)水指標進行了測定。其中幼苗反復干旱存活率=（第1次干旱存活率+第2次干旱存活率）/2、全生育期抗旱指數(shù)（修訂式）=（某品種旱地產量/對照種旱地產量）×（某品種抗旱系數(shù)/對照種抗旱系數(shù)）、產量-水分高效利用指數(shù)=（某品種干旱處理產量/對照種旱地產量+某品種灌水處理產量/對照種水地產量）/2。公式中對照種旱地產量為所有參試品種干旱處理的平均產量，對照種水地產量為所有參試品種灌水處理的平均產量。

經測定，01-6359的幼苗反復干旱存活率為72.2%，抗旱指數(shù)為1.215，產量-水分高效利用利用指數(shù)為1.171；01-4738的幼苗反復干旱存活率為59.1%，抗旱指數(shù)為1026，產量-水分高效利用指數(shù)為1.210。

3 區(qū)域試驗

根據(jù)新品系在鑒定和品比試驗的產量結果、綜合農藝性狀、抗旱節(jié)水性、抗病性、抗倒性等鑒定結果，合理安排品種參加省或國家級區(qū)域試驗。其中，01-6359定名為長6359，而01-4738定名為長4738。

長6359于2003—2006年先后參加并通過了山西省中部旱地、南部旱地和國家黃淮旱地區(qū)試。2005年9月通過山西省審定，審定編號為晉審麥2005005。2007年1月通過國家審定，審定編號為國審麥2006019。適宜國家黃淮冬麥區(qū)和山西省冬麥區(qū)廣大旱地種植。

長4738于2004—2005年參加并通過了國家北部冬麥區(qū)水地區(qū)試和生產試驗。2007年1月通過國家審定，審定編號為國審麥2006024。適宜國家北部冬麥區(qū)廣大水地種植。

4 新品種特性

4.1 長6359與國內外同類品種的比較

將長6359與當前國家黃淮冬麥區(qū)旱地主推品種晉麥47號和國家北部冬麥區(qū)旱地主推品種長6878進行了多年多點的全面比較（表1），結果顯示長6359在豐產性、穩(wěn)產適應性等方面顯著優(yōu)于晉麥47號和長6878。

4.1.1

豐產性比較。在國家和山西省4年9組次的旱地區(qū)試和生產試驗中，長6359的平均產量為3 067.5～5 616.0 kg/hm2，比對照平均增產6.0%～16.9%，在9組次試驗中有7組次產量居第1位。

4.1.2

穩(wěn)產適應性比較。與國家和山西省區(qū)試對照品種晉麥47號和長6878相比，長6359在4年9區(qū)組74個點次的試驗中，增產點率達90.5%；與試點年度均值比，適應度達93.2%。在不同生態(tài)試點、不同生產條件，不同氣候年型中均表現(xiàn)出良好的旱作豐產性和穩(wěn)產適應性。長6359通過了國家和山西省3個不同區(qū)組試驗跨區(qū)審定，適宜在國家黃淮冬麥區(qū)和山西省冬麥區(qū)廣大旱地種植。

4.1.3

抗逆性比較。國家2年小麥區(qū)試抗旱性鑒定結果顯示，長6359的抗旱指數(shù)分別為0.983 7和0.966 8，抗旱性與對照晉麥47號相當。課題組抗旱、節(jié)水性鑒定結果顯示，幼苗反復干旱存活率72.2%，抗旱指數(shù)為1.215 0，產量-水分高效利用指數(shù)為1.171，抗旱、節(jié)水性達強或極強標準。山西省區(qū)試抗病接種鑒定結果顯示，長6359對條中29號、31號免疫，對條中30號高抗，對條中32號、葉銹和白粉中感，抗病性優(yōu)于對照晉麥47號。陜西合陽縣農技中心植保站對當前國家黃淮麥區(qū)18個主推品種腥黑穗病接種進行鑒定，結果顯示長6359是唯一一個對腥黑穗病表現(xiàn)免疫的品種[8]。王建軍等[9]于2006—2009年在臨汾和襄汾2個試驗基地對國審和省審的9個品種進行抗旱節(jié)水、豐產性和生態(tài)適應性研究，結果顯示長6359的豐產性、穩(wěn)產性是9個品種中表現(xiàn)最好的品種，其抗旱指數(shù)為1.090 0，水分利用效率（旱脅迫條件下）為7.73 kg/（mm·hm2）。

4.2 長4738與國內外同類品種的比較

將長4738與國家北部冬麥區(qū)對照品種京冬8號和近幾年該區(qū)組通過國家審定的幾個新品種進行比較，結果顯示長4738的豐產性、穩(wěn)產性不僅顯著優(yōu)于對照品種，而且優(yōu)于近幾年該區(qū)組通過國家審定的新品種（表2）。該品種的育成打破了山西省中部麥區(qū)無自育國審水地品種的局面[10]，并于2008—2014年被山西省農作物品種審定委員會確定為山西省中部水地區(qū)試對照品種。

4.2.1

豐產性比較。長4738與我國北部冬麥區(qū)水地區(qū)試對照品種京冬8號相比，區(qū)試平均產量為7 129.5 kg/hm2，比對照平均增產10.2%，2年均達極顯著水平，分居第1、2位；生產試驗平均產量為6 822.9 kg/hm2，比對照平均增產159%，居第1位。長4738是近幾年國家北部水地區(qū)試中比對照增幅最大的品種，其中2004年在新疆農一師農科所試點的產量高達10 582.5 kg/hm2，比對照京冬8號增產379%，創(chuàng)國家區(qū)試單產最高紀錄。

4.2.2

穩(wěn)產適應性比較。在2年3區(qū)組27個點次的試驗中，長4738共有2組次居第1位，1組次居第2位，增產點率達88.9%，適應度達92.6%；區(qū)試中品種離優(yōu)度2年均為最小，平均為587.5；年份間和地點間的穩(wěn)產適應性最好。

4.2.3

抗旱節(jié)水性比較。據(jù)課題組抗旱節(jié)水性鑒定，長4738的抗旱指數(shù)為1.026 0，產量-水分高效利用指數(shù)為1210。抗旱節(jié)水性顯著優(yōu)于對照京冬8號。

5 選育技術要點

（1）目標性狀基因的組建是實現(xiàn)有效選擇的基礎。廣泛征集兩大麥區(qū)優(yōu)異種質資源，根據(jù)育種目標要求，進行大量組配，融匯北部和黃淮兩大麥區(qū)優(yōu)異基因，是實現(xiàn)目標性狀有效組合的前提和基礎。

（2）水旱交叉選育法為選育不同生態(tài)系列化小麥品種創(chuàng)造了條件。水旱交叉選育法改變了在單一環(huán)境條件下選育后代的傳統(tǒng)做法，創(chuàng)造了育種環(huán)境條件的多樣化，使雜種基因型的各種性狀在不同環(huán)境條件下得以充分表達，為準確有效的鑒別和選擇創(chuàng)造了條件。同時，該方法也使雜種基因型在自然和人為創(chuàng)造的不同生境條件下同時交替選育，實現(xiàn)自然選擇、人工選擇和定向培育的有機結合，加大選擇壓力和頻率，提高選擇效率。

（3）抗旱節(jié)水評價體系方法的應用實現(xiàn)了抗旱節(jié)水高產穩(wěn)產品種的有效鑒選。在品系鑒定篩選中采用水、旱地同時鑒定的方法，不僅可以對參試品種在不同生態(tài)生產條件下的抗逆性、豐產性和穩(wěn)產適應性進行鑒定篩選，而且可對參試品種全生育期的抗旱性和節(jié)水性進行鑒定，結合品種苗期的抗旱性，可實現(xiàn)抗旱節(jié)水高產品種的有效鑒選。

參考文獻

[1] 王恒立.改進小麥育種方法的探討[J].中國農業(yè)科學，1987，20（6）：1-9.

[2] 孫美榮，李巖華，張俊靈，等.水旱交叉選育抗旱高產小麥新品種的研究[J].華北農學報，1999，14（4）：7-11.