我國小麥育種方向的創新與實踐分析

趙吉平，任杰成，郭鵬燕，許 瑛，任 超

（山西省農業科學院經濟作物研究所，山西汾陽032200）

小麥是重要的糧食作物，我國是世界最大的小麥生產國和消費國，發展小麥生產對保障我國糧食安全和市場需求具有重要作用。2018年中央一號文件明確指出，要加大實施種業自主創新重大工程和主要農作物良種聯合攻關力度，實現小麥育種的創新。為了更好地滿足社會發展目標，本研究就小麥育種方向的創新與實踐問題進行探究。

1 我國小麥生產現狀

小麥是世界上廣泛種植的禾本科植物，是世界上總產量排名第2的糧食作物，僅次于玉米，世界上約40%的人口以小麥為主要食糧。我國是世界上小麥的重要生產國和消費國，分別占世界的17%，16%，小麥的生產在確保社會市場經濟穩定中起十分重要的作用[1]。2017年我國小麥總產量1.29億t，比2006年增長17.4%，其中，單產提高是小麥總產量增加的主要因素[2]。過去40 a間，我國小麥單產從1978年的1 840 kg/hm2提高到2017年的5 410 kg/hm2，在全球范圍內已處在較高水平。近十幾年來，春麥區、西南冬麥區和北部冬麥區面積不斷下降，小麥主產區集中到黃淮麥區和長江中下游麥區。對我國小麥生產貢獻最大的省份依次是河南、山東、河北、安徽和江蘇等，這5個省份小麥產量占全國小麥總產量的75%。適應機械化收獲的高產、矮稈、抗逆、優質的小麥品種得到大面積推廣和普及，優質麥產業有較快發展[3-4]。

2 小麥育種方向的創新

2.1 小麥多抗育種的創新發展

小麥多抗育種在選擇親本時，需關注親本的適應性。實踐證明，育種者往往選取當地豐產性好、抗倒性強、推廣面積大、能抵御不良氣候影響的小麥品種作為育種目標。小麥親本的適應性主要表現在對溫度、光照、水肥等外部環境的綜合適應能力，對外界環境因素變化反應不敏感，表明其具有更大的利用推廣價值。這樣育種者進行一次雜交，就能夠達到預期目的，不必進行多次雜交。如當時在生產上大面積種植的京411小麥品種，通過晉麥62號/京411和BPM27/京411單交，成功育成晉麥86號[5]和中麥175，現在正大面積推廣應用，是北部水地的主推和當家品種，這2個品種與京411相比，前者是粒質和莖稈得到改觀，后者是莖稈變矮10 cm以上，抗倒伏能力增強。一次不能滿足要求，就可以考慮回交或者雙交的方法，經過數次雜交之后，對于一些性狀不良的小麥，就需直接淘汰，加大優良性狀的數量。育種者在進行小麥培育時，從雜交一代開始就需對品種的整齊度、產量以及抗病抗逆性等性狀進行嚴格要求，同時為后代選擇出多樣化的類型，適應不同的生態環境，對出圃的小麥品系進行再次篩選，淘汰掉不符合生態環境要求的小麥品系，以此來提升小麥的整體適應能力，確保其豐產性、穩定性，以便大面積進行推廣應用。

2.2 小麥超高產育種的創新發展

在育種技術的不斷深化和科研人員堅持不懈的努力下，小麥栽培在超高產育種方面將會實現突破性的進展。為此，栽培方式有望是精量或者半精量栽培模式，大大節約了成本。因此，在選配小麥品種時需要選取分蘗能力強、無效分蘗少，大穗多穗，多花多實的品種，并且協調發展。此外，育種者在選用時注意系譜，可以實現冬性與春性基因庫的相互交流以及多樣化抗源的積累，按照此方法選出的小麥品種有極強的適應能力，同時不會受到光溫反應的影響。但超高產小麥一定要在繼承和創新中發展，對有明顯缺點但存在巨大增產潛力的親本要耐心改良。實踐證明，要想培育出超高產品種，就必須有優異的種質資源來擴大遺傳基礎；要想取得突破性的進展，就要在遺傳資源方面下功夫，分析其遺傳背景，實現超高產育種創新。從當前來看，小麥超高產育種的實現方式包含物理輻射、化學誘變、遠緣雜交[6-7]和輪回選擇等。輪選987小麥就是通過輪回選擇群體選出的品種，輪選987小麥適應性非常強，不但適宜北部冬麥區種植，而且也適宜黃淮冬麥區種植推廣，是超高產育種取得的突破性進展。

2.3 超級小麥育種的創新發展

超級小麥育種是在超級水稻發展理念基礎上提出的一種小麥育種方式。一般認為，抗倒、抗病，種植面積達6.7 hm2以上，連續2 a產量穩定在9.75～10.5 t/hm2，比目前高產品種（以7 500 kg/hm2為基數）增產30%～40%，而且加工品質優良的小麥品種稱為“超級小麥”。常規雜交育種作為一種宏觀基因調控的遺傳，是超級小麥育種中的主要方法。需要掌握大量的國內、外種質資源，并對其遺傳特性進行詳細研究的基礎上，采用階梯雜交、聚合雜交等育種方法，把控制同一性狀的多個微效基因累加到一個雜種個體中，創造超親性狀，或者把分別控制成穗率、穗粒數和千粒質量等主要產量性狀的主效基因聚合于1個雜種個體中，培育出超級小麥新品系[8]。前蘇聯高產、優質春小麥品種薩拉托夫29就是通過3次階梯雜交，分別把親本白士爾卡的優質性狀、波爾塔夫卡和留切申91的高產性狀和留切申55/11的抗黑穗病性狀聚合在一起，培育成為世界上推廣面積最大的小麥品種。周俊儒等[9]利用優良基因結合階梯雜交育種方法，先后將幾十個親本10多次階梯雜交，成功育成兼有大穗、抗倒、廣適性和增產顯著的綿陽28號小麥品種，比對照增產16.6%。這些成功范例標志著超級小麥育種創新具有長足發展。

2.4 飼用小麥育種的創新發展

畜牧業的蓬勃發展使得農業生產結構被調整，從而對小麥的種植結構也產生了深刻的影響，在這種情況下，有學者相應提出了飼用小麥品種選育[10]。飼用小麥的育種目標分為3種類型：第一，籽粒飼用小麥育種研究。這類小麥要求籽粒蛋白質含量要高，豐產性要好，可配制精飼料。第二，莖稈飼用小麥的育種研究。這類小麥要求根系發達、莖稈粗壯、光合能力強、生物產量和收獲指數高，生產出的小麥莖稈含有豐富的蛋白質和易于消化的纖維素含量較多。第三，麥草飼料小麥的育種研究。麥草飼料小麥的育種一般不需要考慮籽粒，但必須注重產草量。一年除冬季外，多次刈割直接作為鮮飼料，既可青貯，也可曬干制成草粉。麥草中的蛋白質、氨基酸、維生素、SOD酶等含量相對較高。近年來，山西省農業科學院作物科學研究所和小麥研究所相繼育成晉飼草1號和臨草2號飼用小麥品種[11-12]。飼用小麥育種的創新給畜牧業帶來巨大的經濟效益和生態效益，發展前景十分廣闊。

3 超級小麥的育種創新實踐

3.1 調整育種目標

超級小麥的育種目標需要明確、具體，且還需要隨著社會生產力水平的提升而做出相應的調整。山東省在實施小麥種植產業化以來[13]，就超高產小麥育種問題展開了探究。在探究中進一步強調了育種目標的重要性，即根據超級小麥育種涉及到的內容繁雜、工作難度大，在育種目標的指定下需要具備超前發展意識，增強小麥產量指標定位的預見性。小麥育種目標要考慮社會市場經濟發展需求和市場發展導向，以增產增收為重要目標。在小麥育種目標確定之后，需要結合社會市場經濟發展需要來選擇適合的超級小麥品種，以抗病和抗倒作為基本選定標準，不斷挖掘小麥的生產能力。根據小麥選種的要求，以大穗和中穗為基本類型，如聊89-1、聊 89-2、聊 9629、聊 1709和 9638等。經過實踐證明，產量都能夠達到9 000 kg/hm2以上。

超級小麥的選擇要求綜合性狀優良，單位面積穗數、穗粒數和千粒質量三者協調發展，主要品種類型是中間穗和大穗。在穩定穗數的基礎上，進一步提高穗粒數和千粒質量[14]。在小麥品種的選擇上，并不是穗越大越好，而是需要全面綜合考慮。

3.2 種質資源的引進和創新應用

超高產育種的突破有賴于新型種質的創造創新，主要是在親本材料的征集、改造、創新利用上有所突破。優異的小麥種質資源為小麥育種提供必要的物質支持。每個優良品種的成功選育都離不開品種資源的特殊貢獻，系譜都可追溯[15]。育種實踐表明，任何品種資源本身都存在一定的局限性，所以，在小麥育種上要通過各種途徑征集品種資源，同時注重種質資源的開發利用與創新，廣泛整理、鑒定、評價、篩選現有種質，了解其遺傳特性，從中選出優異種質，以滿足超高產小麥育種利用。

3.3 育種方法

3.3.1 遠緣雜交方法 為了選育出突破性的小麥品種，高產育種的關鍵是單穗質量，遠緣雜交育種能夠合成新的物種，創造新的育種材料。不少專家以小麥與偃麥草、山羊草、黑麥、簇毛麥等人工合成二倍體材料，將多種生物技術與常規技術相結合，將小麥親緣物種攜帶的優良基因染色體組或者染色體片段轉移到小麥中，篩選出農藝性狀優良、兼抗多種小麥病害的品種，如山農97J43、山農97J64等。

3.3.2 聚合雜交方法 通過聚合育種方法，將幾個目的性狀基因轉入到一個大面積的推廣品種中，將幾個不同的種質基因聚合在一起，轉入綜合豐產穩產性狀好的小麥品種中，然后用它作為輪回親本再聚合，從中選出符合育種目標要求的聚合品種（系）。育種過程是：利用超級種質資源作親本，F1選出大穗大粒單株與主推品種回交，F2根據超級小麥育種目標要求，再與創新優異種質或者正在參加區試的田間表現農藝性狀好、豐產性能好的優良品種繼續回交。把不同時期最好的品種作輪回親本，可確保回交后代綜合豐產性處于最好水平，把決定產量性狀的幾個重要基因聚合在一起，可以選育出超高產品種，把優質基因和高產基因聚合在一起，可以選育出產量超級、品質超級、多抗的優良品種（系）。2018年山東省超級小麥新品種培育重大項目在泰安通過了驗收，最高公頃產量達到12 427.55 kg，創造了全國小麥的高產紀錄。

4 小麥育種方向創新實踐優化策略

4.1 加強育種材料，選擇抗性過硬的新品種

由于小麥育種材料使用較窄，優良品種單一。譬如，四川省1949年以來幾次小麥品種大更換過程中，除生產力發展水平帶來新的要求以外，小麥條銹生理小種的變化是帶來一代品種毀滅性變化的主要原因。李邦發[16]在利用繁6家族抗源同時，早在1990年開始引進其他系統的抗源，如貴農19、貴農 20、貴農 21，墨西哥 M-18，M-212抗源，以色列143抗源等，不斷充實自己的選種材料，形成各代連續的抗病后代群體。1999年條銹病大暴發時，李邦發的選種圃有大量的高抗甚至條銹病、白粉病雙免的優良株（系），從中選出了西科麥1號和西科麥6號等。所以，小麥新品種選育必須近期目標和長期目標相結合，拓展創新基因資源，加強育種材料，才能選出抗性過硬的小麥品種。

4.2 小麥的育種目標要和社會市場經濟發展需要相適應

多少年來，我國的小麥育種注重產量的提高，對籽粒品質改良不夠，致使我國小麥的遺傳改良工作遠遠低于歐美等國家。我國在生產上推廣的小麥品種品質普遍較差，尤其是山西中部優質亞基7＋8，5＋10的品種缺乏。根據筆者30多年的小麥育種實踐認為，育種目標一定要根據生產發展、人們生活水平和社會市場發展需求來制定。現階段需要將產量和品質提高有機結合，提高蛋白質和面筋含量，滿足面條、饅頭、餃子等傳統食品加工要求。由于知識產權的保護，所培育的品種還需具有良好的商品性，讓生產、經營和加工各方面都得到認同，使其成果迅速推廣使用，達到優質、高產、高效的目的。近年來，從山西省農科院各研究所征集回太10604、長6794、晉麥100號等20多份優質資源，配制組合后，選擇的單株表現遺傳力強、株高適中、抗病性較好、籽粒漂亮、粒質透明，具備優質的標準，明年有一部分株系出圃，經室內微量SDS檢測和結合田間品系鑒定，在未來幾年將會有一批優質高產的小麥新品種（系）嶄露鋒芒。

4.3 將傳統育種方式和新型育種方式密切結合

新型的轉基因育種、分子育種、基因克隆等新技術能否轉育成功，能否有效表達，育種效率和效果有待提高。傳統育種能使大量豐富的基因得到重組和轉移，將傳統方法與高新技術有機結合，對育種會產生積極的效果。在小麥育種中，品種改良的任務一方面是把分散在不同個體的目標性狀重組在一起；另一方面是把累加那些具有加性效應的目標基因，強化目標性狀。如陳永興等[17]選育的農大399就是利用滾動式加代回交轉育和穿梭育種的策略，采用系譜法結合分子標記輔助選擇，經多點鑒定選育出的高產、穩產、抗病小麥新品種。這種選擇方法更準，效率更高，易于快速準確的收斂各親本的優良性狀于一體，加快育種進程。

4.4 結合實際，選擇正確的小麥育種方向

近10多年來，由于對生產和群眾的需要不了解，當時審定的一些小麥品種根本無人種植和使用，造成資源和經濟的浪費。經調查，山西省旱地和丘陵區從新中國成立以來一直使用的是無芒或頂芒品種，如晉麥5號、晉麥44號和晉麥68號等。當時喜歡無芒品種的原因是沒有麥芒，牲口食用不會被卡，人工收割不會被扎。現在隨著農業機械化的不斷普及，采用聯合收割機收獲。有芒小麥品種有防鳥害的作用，尤其在小面積情況下，無芒品種鳥害會更嚴重。加之有麥農認為，有芒品種比無芒品種產量高（其實這是一種誤解），所以，有芒小麥品種深受歡迎。筆者經過10多年的辛勤選育，在2017年成功培育成抗旱、優質、高產的晉麥104號[18]。2018年被山西省農業科學院立項，進行大面積示范推廣。