小麥品種蘭天19號持久抗病、高產與廣適性解析

白 斌 杜久元 張禮軍 張文濤 周 剛 張懷珍

（1甘肅省農業科學院小麥研究所，蘭州730030；2甘肅省天水市種子管理站，天水741000）

甘肅隴南地區（天水和隴南兩市）是我國小麥條銹病最重要的越夏菌源基地和小種易變區，也是我國小麥條銹病的重點防控區域[1]。培育小麥抗病品種始終是本地育種的首要目標，自1970年以來，甘肅省農業科學院小麥研究所、天水市農業科學研究所等育種單位為該區域育成超過200個抗病品種（清山系、蘭天系、中梁系、天選系、隴鑒系等），對小麥條銹病的防治起了重要作用。2000年后，與中國農業科學院等單位協作構建了“隴南小麥條銹病遺傳多樣性控制技術體系”，使隴南小麥生產中抗病基因豐富度得到了明顯提高[2]，但仍面臨以下問題：（1）育成品種抗病性頻繁喪失，生產中缺乏持久性抗性品種[3]；（2）含 Yr9的 1B/1R 系，含 Yr26的92R137、貴農系、中四等抗源材料及Yr10等基因均已喪失抗性，僅Yr5、Yr15少數幾個基因保持抗病性，國內缺乏有效抗源；（3）生產中除條銹病外，白粉、葉銹也時有發生；（4）小麥種植區主要集中在半山旱地（海拔1700～2000m）至高海拔冷涼區（海拔2000～2200m），小麥生育期降水量少，品種產量低而不穩，加之氣候變化的影響日益加劇，干旱、倒春寒等不利氣候頻繁發生。耐旱、耐瘠薄、高產、穩產已成為生產的普遍要求。1990-2005年，除蘭天15號、蘭天26號外，總體上缺乏大面積推廣品種。因此，生產中迫切需要兼抗病性且抗性較持久、抗寒抗旱性強、旱年豐水年兼適、豐水年更具增產潛力、落黃性好、廣適等綜合性狀優良的新品種。

針對隴南地區小麥生產實際，甘肅省農科院小麥研究所冬小麥育種課題組以提高隴南品種抗病基因遺傳多樣性為目的，選擇國內尚未成功利用的歐洲品種Mega為抗源與蘭天10號單交，通過系譜選擇法于2007年育成了蘭天19號（甘審麥2007010號），該品種自2008年至今作為隴南片山旱地區試對照品種，近年已成為該區域山旱地種植面積最大的品種并在周邊省、市推廣種植。本研究采用育種、表型數據與KASP分子標記相結合的方法[4]，較為全面地解析了蘭天19號的優異特性，目的是為培育突破性品種提供理論支撐與親本信息。

1 材料與方法

1.1 供試材料 試驗材料蘭天19號（甘審麥2007010號）為甘肅省農業科學院小麥研究所育成的冬小麥品種，Mega為本研究所引進的歐洲抗條銹病小麥品種。

1.2 試驗方法 甘肅省隴南片山旱地小麥區域試驗和生產試驗分別設置5個試驗點，2005-2013年為天水中梁、汪川、秦安、張家川、成縣；2013-2014年度為天水中梁、汪川、秦安、甘谷、成縣；2014-2017年天水中梁、清水、秦安、甘谷、成縣。試驗采用隨機區組排列，3次重復，小區面積 13．34m2（行長 6．67m，行距 0．17m，12行，小區寬 2m），播種量 300萬 ～375萬株/hm2，田間管理同大田生產。

1.3 項目測定 試驗材料的農藝性狀千粒重、株高、小穗數、穗粒數、越冬成活率及產量數據來自2005-2017年甘肅省隴南片區域試驗和生產試驗結果（2005-2006作為品系參加區域試驗，2008-2017年作為對照品種參加區域試驗）。條銹病、白粉病鑒定由甘肅省農業科學院植物保護研究所2005年、2016-2018年分別接種鑒定。已知基因的KASP分子標記檢測平臺由中國農業科學院作物科學研究所品質實驗室提供。

1.4 數據統計與分析 采用Excel 2000軟件分析。

2 結果與分析

2.1 抗病性 蘭天19號自2005年參加區域試驗以來，經2005年、2016-2018年3次條銹菌接種鑒定，苗期對混合菌高抗至近免疫，成株期對條中29、31、32、33、34號，致病類型G22-14以及混合菌表現高抗至免疫，總體抗銹性表現優異。蘭天19號是隴南小麥條銹病品種遺傳多樣性控制技術體系中基因布局重點品種，在生產中大面積推廣應用始于2007年，至今已12年仍保持抗銹性不變，說明其可能具有持久抗銹性。

蘭天19號的抗病親本Mega是Yr12的載體品種[5]，對Mega的苗期抗條銹性基因定位研究發現，Mega的抗條銹性由1對顯性基因控制，位于5BL，命名為YrMe，且與Yr12不同，與YrMe基因緊密連鎖的SSR標記為Xbarc232和Xwmc640[6]。利用SSR標記Xbarc232和Xwmc640，以及KASP標記[4]檢測發現蘭天19號含有YrMe，不含Yr9，含有持久抗稈銹基因Sr2和抗赤霉病基因Fhb1（表1）。此外，基因推導發現蘭天19號對CYR32的苗期抗性由1對顯性基因控制，成株期抗性由2顯和1隱3對基因重疊或獨立控制[7]，因此，蘭天19號的抗性可能由多個抗病基因控制，與其在生產中表現抗性較為持久一致。

2.2 高產、穩產性 2005-2017年中11年的區域試驗每 hm2平均產量 5821．05kg，變異系數 0．1，8 年的生產試驗平均產量 5548．35kg，變異系數 0．11。從產量構成因素分析，蘭天 19 號千粒重 43．5～55．0g，在2009-2017年區域試驗中平均千粒重45．88g（參試品系平均值 42．97g），平均有效分蘗數 1．29（參數品系平均值 1．24），平均穗粒數 33．52（參試品系平均值 35．35），小穗數 15．1（參試品系平均值 15．54）。落黃性極佳，葉片功能期長，后期無枯葉、早衰等現象，籽粒灌漿充分，株高適中（90～105cm，平均99．5cm），莖稈質量好，很少出現大面積倒伏，為實現高產潛力提供了保障。KASP標記檢測發現蘭天19號含有矮稈基因Rht-D1b（Rht2）、高粒重基因Sus1-7B（Hap-H）、TaCwi-A1a、TaCWI-4A-T、TPP-6AL1a（表2）。因此株高適中、粒重高、成穗率高是蘭天19號高產的主要原因。

表1 蘭天19號和Mega抗病相關基因KASP標記檢測結果

表2 蘭天19號和Mega粒重、株高基因KASP標記檢測結果

2.3 適應性 蘭天19號主要推廣區域在甘肅隴南地區海拔1700m左右的半山區、海拔2100m左右的高寒陰濕區，越冬安全。除此之外，在平涼市山旱地梯田，定西市中北部二陰山區，臨夏州的和政、康樂等春改冬區，以及在寧夏1700m以上的山旱地冬麥區也得到了大面積推廣。自2007年推廣至今，蘭天19號已成為甘肅隴南地區年推廣面積最大的品種，甘肅省、寧夏冬麥區的主栽品種。2013-2015年在甘肅省冬麥區的推廣面積僅次于蘭天26號，2016年推廣面積位于中麥175和蘭天26號之后，為甘肅省冬小麥第三大推廣面積品種（農業部全國農業技術服務推廣技中心數據），說明蘭天19號具有廣泛的適應性。經10年的高海拔（2100m）生產抗寒性鑒定，蘭天19號在天水市張家川的越冬存活率6年為100．0%，平均95．79%；在天水市武山的平均越冬存活率為90%（表3），說明其抗寒性強。

表3 2006-2017年隴南山旱地區試中蘭天19號抗寒性鑒定結果

KAPS標記檢測蘭天19號含春化基因Vrn-D1b、Vrn-A1-2147，光周期基因 Ppd-A1a、Ppd-B1a、Ppd-D1[8]，含抗旱基因 1-feh-w3（Westonia type）（表4），是蘭天19號抗寒抗旱、廣適性的分子基礎。隨著全球氣候變化加劇，西北高海拔小麥種植區氣候不穩定，返青后溫度變化幅度大，而蘭天19號含有非光溫敏感基因，春季返青后苗期長勢平穩，尤其是2018年發生嚴重的倒春寒災害，盡管其穗型發生了變化，但對蘭天19號的結實影響小。

2.4 品質 蘭天19號籽粒白色，粒大，商品性好。半角質，含粗蛋白 14．26%，濕面筋 23．53%（14% 濕基），沉降值46．5mL，加工品質中等。含低分子量麥谷蛋白亞基 Glu-A1（Null）、Glu-A3d、Glu-D1（2+12），不含有1BL·1RS易位系，硬質基因檢測發現含野生型 Pina-D1a、Pinb-D1a、Pinb-B2a，屬軟質型，這是面筋強度弱的主要原因；含有黃色素含量較高基因Psy-A1b和Psy-D1a，還含有類胡蘿卜素野生型基因ZDS-D1a，營養品質較好（表 5）。

表4 蘭天19號和Mega春化、光周期及抗旱相關基因的KASP標記檢測

表5 蘭天19號和Mega營養品質相關基因KASP標記檢測結果

3 結論與討論

隴南地區小麥主要種植在半山、高山區域，復雜的生態環境對小麥抗寒、抗旱性要求高，加之該區域為我國小麥條銹菌的重要越夏基地，因此育種面臨多重挑戰。甘肅省農科院小麥研究所冬小麥育種課題組在育種策略上，重點利用國內尚未成功利用的抗源材料或抗病基因，并聚合多個抗病基因，通過提高莖稈強度和株型改良提高抗倒性，通過提高粒重、成穗數來提高產量潛力；加強育成品系的抗寒抗旱性篩選，重點選擇返青后發育進程穩健的品系，既提高了隴南小麥品種抗病基因遺傳多樣性，保證品種抗病持久性，又使育成品種具有高產潛力和廣泛的適應性。

甘肅省農科院小麥研究所冬小麥育種課題組經過多年的田間鑒定發現了一批優異的抗源材料，如Mega、Ibis、Flinor等國外品種[5]，但其農藝性狀差，如Mega穗較小，千粒重37．8g，極晚熟，很難利用。為了提高抗病基因的轉育成功率，選擇多個綜合性狀優良的農藝親本與抗源材料進行大量組合選配，通過對972個組合的后代表現進行分析，發現多數優秀組合與農藝親本蘭天10號有關[9]。蘭天10號株高中等，抗寒抗旱，成熟較早，穗大粒大，籽粒白色，品質好，農藝性狀優良，曾為甘肅省冬麥區的主栽品種，缺點是中感條銹病和白粉病。利用蘭天10號和Mega雜交選育的蘭天19號聚合了雙親主要優點，其豐產性和適應性遠遠超過了雙親。至此，利用蘭天10號與國外抗源材料Ibis、Mega、Capple Despreze、Flanders、Norman、Long Bow、Dippes Triumph成功育成了蘭天15、19、20、26、27、31、131 等抗病品種[5]。

利用與抗病、品質、粒重、春化、抗旱性、粒色、抗穗發芽、株高等性狀相關基因的KASP標記，對蘭天19號進行已知基因的標記檢測，揭示了蘭天19號抗銹性持久、抗旱、千粒重高、廣適等性狀方面具有的分子遺傳背景。蘭天19號的育種與推廣實踐表明，在隴南地區選育抗病性較為持久的品種具有可行性，培育株高適中、抗寒抗旱且具有高產潛力的山旱地品種也是可行的，其關鍵指標是多抗病基因聚合，株高適中，莖稈強度好，落黃性好，千粒重和成穗率高。結合甘肅復雜的生態條件，對現有品種不斷改良，希望能繼續培育出一批持久抗病、高產穩產、廣適性新品種，為甘肅小麥生產及全國條銹病控制作出新的貢獻。

致謝：感謝中國農業科學院作物科學研究所小麥品質實驗室提供SNP標記的KASP分析平臺，本研究中有關KASP標記分析的內容在該實驗室完成。