“十五”以來(lái)我國(guó)雜交小麥審定品種分析

張勝全 葉志杰 任立平 高新歡 王 拯楊永利 穆 磊 董艷華 陳兆波

（1北京雜交小麥工程技術(shù)研究中心，100097，北京；2中種雜交小麥種業(yè)（北京）有限公司，100097，北京）

雜交小麥被認(rèn)為是小麥產(chǎn)量大幅提升的重要途徑，雜交小麥的大面積應(yīng)用對(duì)確保糧食安全具有重要意義[1-3]。自1919年Freeman[4]率先公開(kāi)報(bào)道雜種一代株高一般都超過(guò)其雙親小麥且雜種優(yōu)勢(shì)顯著的現(xiàn)象以來(lái)，雜交小麥的研究就引起了世界農(nóng)業(yè)科學(xué)家的持續(xù)關(guān)注，并開(kāi)發(fā)了一系列育種方案來(lái)挖掘小麥雜種優(yōu)勢(shì)[5]和實(shí)現(xiàn)高效規(guī)模化種子生產(chǎn)[6]。但是，對(duì)于小麥這一最重要的主糧作物而言，與玉米或水稻等其他谷物相比，可進(jìn)行商業(yè)化開(kāi)發(fā)的雜交種仍然十分有限[7]。目前，在歐洲國(guó)家、美國(guó)、阿根廷和印度等可供大面積產(chǎn)業(yè)化的品種也由于相對(duì)較高的種子生產(chǎn)成本和有待提高的產(chǎn)品優(yōu)勢(shì)而仍處于市場(chǎng)探索期[5]。

1963年，我國(guó)山東昌濰農(nóng)業(yè)科學(xué)研究所在當(dāng)?shù)仄贩N“平度紫秸白”中發(fā)現(xiàn)不育株即“濰型”不育系[8]；葉紹文[9]在青海高原發(fā)現(xiàn)小麥不育種質(zhì)，掀起了我國(guó)雜交小麥的研究熱潮。1965年，北京農(nóng)業(yè)大學(xué)（現(xiàn)中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)）蔡旭教授從匈牙利引進(jìn)T型不育系[10]，標(biāo)志著我國(guó)小麥雜種優(yōu)勢(shì)利用研究全面展開(kāi)，并逐漸形成了多途徑、多方法挖掘小麥雜種優(yōu)勢(shì)和多麥區(qū)協(xié)同攻關(guān)的局面[1-2,10]。特別是“十五”以來(lái)，我國(guó)雜交小麥研究發(fā)展迅速，陸續(xù)審定了一批雜交小麥品種，并逐步應(yīng)用在生產(chǎn)中，取得了顯著的效果。本研究對(duì)“十五”以來(lái)（2001-2020年）我國(guó)雜交小麥品種審定情況進(jìn)行了匯總及統(tǒng)計(jì)，分析了 20年來(lái)我國(guó)雜交小麥產(chǎn)量及主要性狀演變規(guī)律，為未來(lái)雜交小麥研究與應(yīng)用提供指導(dǎo)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

“十五”以來(lái)我國(guó)雜交小麥審定品種數(shù)據(jù)來(lái)源于國(guó)家、各省市審定品種介紹[11-24]及中國(guó)種業(yè)大數(shù)據(jù)平臺(tái)[25]，各年度品種審定情況匯總見(jiàn)表1。

1.2 數(shù)據(jù)分析

對(duì)審定品種產(chǎn)量水平及增產(chǎn)幅度、產(chǎn)量構(gòu)成要素、庫(kù)容量和品質(zhì)性狀進(jìn)行分析。

產(chǎn)量及其構(gòu)成要素?cái)?shù)據(jù)來(lái)源于品種審定公告及中國(guó)種業(yè)大數(shù)據(jù)平臺(tái)，為該審定品種多年試驗(yàn)結(jié)果的平均值；增產(chǎn)幅度和品質(zhì)性狀數(shù)據(jù)來(lái)源于品種審定公告。

運(yùn)用Microsoft Excel 2010和SPSS 11.5對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。庫(kù)容量（×106/hm2）=單位面積穗數(shù)×每穗結(jié)實(shí)粒數(shù)。

2 結(jié)果與分析

2.1 雜交小麥品種審定情況分析

“十五”以來(lái)，我國(guó)共審定雜交小麥品種22個(gè)（表1），其中，國(guó)家級(jí)審定品種4個(gè)，占比18.2%，省級(jí)審定品種18個(gè)，占比81.8%。

“十五”以來(lái)，年均審定品種1.1個(gè)，按時(shí)間劃分，“十五”、“十一五”、“十二五”和“十三五”期間分別審定品種4、4、7和7個(gè)，各時(shí)期年均審定品種0.8、0.8、1.4和1.4個(gè)，“十二五”以來(lái)審定速度加快。

從育成單位來(lái)看，綿陽(yáng)市農(nóng)業(yè)科學(xué)研究院、云南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院和北京雜交小麥工程技術(shù)研究中心是我國(guó)雜交小麥選育優(yōu)勢(shì)單位，育成品種共計(jì)16個(gè)，占全部審定品種的72.7%。

按麥區(qū)劃分，北方冬麥區(qū)（包括北部冬麥區(qū)、黃淮冬麥區(qū)、新疆冬麥區(qū)）共計(jì)審定雜交小麥品種11個(gè)，南方冬麥區(qū)（包括西南冬麥區(qū)）共計(jì)審定雜交小麥品種11個(gè)，2個(gè)麥區(qū)審定品種數(shù)量相同；比較不同時(shí)期審定情況（表1），2001-2020年，北方冬麥區(qū)雜交小麥年審定品種數(shù)呈線性增長(zhǎng)，至“十三五”末，平均每年審定雜交小麥品種1個(gè)，南方冬麥區(qū)則基本保持穩(wěn)定，年審定品種保持在 0.4～0.6個(gè)。

表1 “十五”以來(lái)我國(guó)雜交小麥品種審定品種匯總Table 1 Summary of approved hybrid wheat varieties in China since The Tenth Five-Year Plan

綜合比較，2001-2020年，北方冬麥區(qū)雜交小麥研究發(fā)展迅速，品種審定速度不斷加快，并在黃淮冬麥區(qū)等主產(chǎn)麥區(qū)品種審定取得突破。

2.2 產(chǎn)量及其主要性狀分析

對(duì) 22個(gè)審定品種參試階段產(chǎn)量水平進(jìn)行統(tǒng)計(jì)（圖1）表明，2001-2020年，我國(guó)雜交小麥品種產(chǎn)量水平年際間雖有波動(dòng)，但總體均呈上升趨勢(shì)，至“十三五”末，所有審定品種區(qū)域試驗(yàn)平均產(chǎn)量接近 7000kg/hm2，生產(chǎn)試驗(yàn)平均產(chǎn)量接近6500kg/hm2。

對(duì) 22個(gè)審定品種參試階段增產(chǎn)幅度進(jìn)行統(tǒng)計(jì)（圖1），可知區(qū)域試驗(yàn)增產(chǎn)和生產(chǎn)試驗(yàn)增產(chǎn)幅度基本呈下降趨勢(shì)。區(qū)域試驗(yàn)最高增產(chǎn)14.1%，至“十三五”末增產(chǎn)水平為 11.1%；生產(chǎn)試驗(yàn)最高增產(chǎn)16.9%，至“十三五”末增產(chǎn)水平為10.0%。

圖1 “十五”以來(lái)我國(guó)雜交小麥審定品種試驗(yàn)產(chǎn)量及增產(chǎn)幅度統(tǒng)計(jì)Fig.1 Statistics of yield and increase range of approved hybrid wheat varieties in China since The Tenth Five-Year Plan

不同麥區(qū)雜交小麥產(chǎn)量增幅表明，北方冬麥區(qū)雜交小麥品種參試平均產(chǎn)量水平和增產(chǎn)幅度整體上不斷上升（圖2a），區(qū)域試驗(yàn)增產(chǎn)幅度由“十五”時(shí)期的3.2%提高到10.1%（圖2b），生產(chǎn)試驗(yàn)增產(chǎn)幅度由0.1%提高到9.8%，生產(chǎn)試驗(yàn)產(chǎn)量水平平均每年增長(zhǎng)76.0kg/hm2，年均增幅1.25%。但是，南方冬麥區(qū)雜交小麥品種參試產(chǎn)量水平和增產(chǎn)幅度表現(xiàn)不一，生產(chǎn)試驗(yàn)增產(chǎn)幅度由“十五”時(shí)期的25.3%下降至“十三五”時(shí)期的10.6%。南方冬麥區(qū)參試品種增產(chǎn)幅度下降可能由于近年來(lái)西南麥區(qū)新的強(qiáng)致病條銹生理小種影響明顯上升，造成雜交小麥產(chǎn)量提升難度加大。

圖2 “十五”以來(lái)我國(guó)不同麥區(qū)雜交小麥審定品種參試產(chǎn)量及增產(chǎn)幅度統(tǒng)計(jì)Fig.2 Statistics of yield level and yield increase range of approved hybrid wheat varieties in different wheat cultivation areas in China since The Tenth Five-Year Plan

小麥產(chǎn)量可分解為有效穗數(shù)、穗粒數(shù)和千粒重三者乘積。對(duì)審定品種進(jìn)行產(chǎn)量構(gòu)成要素分析，在北方冬麥區(qū)（圖3a），隨著品種審定進(jìn)度加快，雜交小麥產(chǎn)量水平呈線性增長(zhǎng)趨勢(shì)，穗粒數(shù)和千粒重等構(gòu)成要素亦明顯提高，對(duì)產(chǎn)量與其構(gòu)成因素相關(guān)性分析表明（表2），產(chǎn)量構(gòu)成因素中以穗粒數(shù)與產(chǎn)量的相關(guān)性最為顯著（r=0.711），千粒重次之（r=0.516），最低的是穗數(shù)（r=0.491），這表明，穗粒數(shù)和千粒重對(duì)產(chǎn)量增長(zhǎng)的貢獻(xiàn)最為明顯，尤其穗粒數(shù)的突破帶來(lái)了雜交小麥品種產(chǎn)量的不斷提高。

圖3 “十五”以來(lái)我國(guó)不同麥區(qū)雜交小麥審定品種產(chǎn)量構(gòu)成分析Fig.3 Analysis of yield components of approved hybrid wheat varieties in different wheat cultivation areas in China since The Tenth Five-Year Plan

對(duì)南方冬麥區(qū)審定品種產(chǎn)量構(gòu)成要素進(jìn)行分析（圖3b），隨著品種審定進(jìn)度加快，雜交小麥參試階段產(chǎn)量水平有一定下降，穗粒數(shù)和千粒重等構(gòu)成要素基本穩(wěn)定，而穗數(shù)則與產(chǎn)量水平趨勢(shì)一致。產(chǎn)量構(gòu)成因素中（表2），以穗粒數(shù)與產(chǎn)量的相關(guān)性最為顯著（r=0.563），穗數(shù)次之（r=0.504），最低的是千粒重（r=0.221）。綜合來(lái)看，南方雜交小麥品種選育在受強(qiáng)致病條銹生理小種影響上升的同時(shí)，亦可能疊加了選育品種有效穗數(shù)減少的影響。

庫(kù)容量是衡量群體質(zhì)量的重要指標(biāo)，庫(kù)容量的高低可以間接反映群體產(chǎn)量水平。相關(guān)性分析（表2）表明，北方冬麥區(qū)和南方冬麥區(qū)雜交小麥審定品種產(chǎn)量與庫(kù)容量分別呈極顯著正相關(guān)關(guān)系（r1=0.900**，r2=0.717**），這說(shuō)明目前審定的雜交小麥品種增產(chǎn)主要來(lái)源于庫(kù)容建成，綜合比較產(chǎn)量構(gòu)成要素變化，進(jìn)一步挖掘穗粒數(shù)提升潛力，依靠成穗數(shù)擴(kuò)充庫(kù)容，對(duì)創(chuàng)制更高增產(chǎn)幅度的雜交小麥品種具有重要意義。

表2 “十五”以來(lái)我國(guó)審定雜交小麥品種產(chǎn)量與其構(gòu)成因素的相關(guān)性分析Table 2 The correlation analysis of yield and yield components of approved hybrid wheat varieties in China since The Tenth Five-Year Plan

2.3 品質(zhì)相關(guān)性狀分析

由表 3可知，“十五”以來(lái)，伴隨審定品種數(shù)量逐年遞增，我國(guó)審定雜交小麥品種綜合品質(zhì)不斷提升，蛋白質(zhì)含量、濕面筋含量和容重等指標(biāo)基本呈上升趨勢(shì)，面團(tuán)穩(wěn)定時(shí)間自“十五”至“十二五”明顯上升，至“十三五”時(shí)期有一定下降；蛋白質(zhì)含量、濕面筋含量和容重等指標(biāo)均達(dá)到中強(qiáng)筋小麥質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，這說(shuō)明在品種產(chǎn)量水平提升的同時(shí)，雜交小麥育種者同樣注重了品質(zhì)性狀的改善和提升，這為雜交小麥能夠順利走向生產(chǎn)奠定了基礎(chǔ)。

表3 “十五”以來(lái)我國(guó)審定雜交小麥品種主要品質(zhì)性狀Table 3 Main quality traits of approved hybrid wheat varieties in China since The Tenth Five-Year Plan

3 討論

雜交小麥被認(rèn)為是緩解極端天氣和非生物脅迫引起的產(chǎn)量下降及波動(dòng)的潛在方法，是提高小麥綜合生產(chǎn)能力的重要途徑[2-3,26]。我國(guó)雜交小麥研究始于20世紀(jì)60年代，經(jīng)過(guò)50余年的發(fā)展，已經(jīng)形成了獨(dú)具特色的研發(fā)創(chuàng)新體系，進(jìn)入 21世紀(jì)，陸續(xù)審定了一批雜交小麥品種，并逐步走向生產(chǎn)。如，2008年，綿雜麥168以8565kg/hm2的產(chǎn)量水平刷新了四川盆地小麥單產(chǎn)新紀(jì)錄；2020年在山東濱州，京麥21在鹽堿、旱作雙重逆境脅迫下，實(shí)收產(chǎn)量達(dá)5568kg/hm2，較常規(guī)小麥增產(chǎn)47.1%。本研究統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)表明，我國(guó)近年來(lái)審定的雜交小麥新品種數(shù)量不斷提升，但與同期審定的常規(guī)小麥品種數(shù)量相比，仍有不少差距，總體占比不及1%[25]，且基本為高水肥型品種。近年來(lái)，雜交小麥在環(huán)渤海濱海鹽堿地等種植表現(xiàn)優(yōu)異，展示出較強(qiáng)的雜種優(yōu)勢(shì)[27]，利用雜交小麥提高中低產(chǎn)田糧食水平有望為保障我國(guó)糧食安全提供重要科技支撐。但是，截至目前，專(zhuān)門(mén)面向中低產(chǎn)區(qū)應(yīng)用的品種仍然缺乏，加速培育資源節(jié)約型和環(huán)境友好型等綠色高效雜交小麥新品種應(yīng)當(dāng)成為未來(lái)雜交小麥品種創(chuàng)制的重要方向。

需要引起重視的是，近些年小麥實(shí)際生產(chǎn)中銹病和白粉病發(fā)生呈加重趨勢(shì)，赤霉病防控壓力不斷加大，雖然本研究未對(duì)審定品種的抗病性進(jìn)行匯總，但總體來(lái)看，目前我國(guó)雜交小麥育種多注重產(chǎn)量潛力的挖掘，審定品種絕大多數(shù)抗病性偏弱，多數(shù)品種對(duì)小麥條銹病、葉銹病、白粉病和赤霉病的抗性未達(dá)到高抗水平，同時(shí)兼具高抗能力的雜種優(yōu)勢(shì)潛力尚未充分挖掘，利用我國(guó)特有的二系法、化殺法及三系法等雜種優(yōu)勢(shì)利用技術(shù)，高效聚合抗條銹病、葉銹病、白粉病和赤霉病等抗病基因，快速培育多抗小麥新品種，有望加速雜交小麥走向生產(chǎn)。

統(tǒng)計(jì)[28]表明，在近20年雜交小麥新品種選育中，我國(guó)雜交小麥育種者注重選擇大穗大粒型品種，并挖掘到突出優(yōu)勢(shì)，使穗粒數(shù)明顯提升。但值得注意的是，至“十三五”末，我國(guó)南、北方冬麥區(qū)雜交小麥審定品種參試階段有效穗數(shù)分別較歷史品種最高成穗數(shù)下降11.5%和19.7%，以至于在產(chǎn)量三要素的協(xié)調(diào)性方面，北方冬麥區(qū)有效穗數(shù)與穗粒數(shù)、南方冬麥區(qū)千粒重與有效穗數(shù)、穗粒數(shù)的相互消長(zhǎng)影響凸顯。突出的分蘗成穗優(yōu)勢(shì)是搭建產(chǎn)量群體和構(gòu)建合理庫(kù)容的基礎(chǔ)[29]，亦是雜交小麥能夠降低播種量和用種成本的先決條件。目前，我國(guó)雜交小麥品種庫(kù)容量?jī)H在北方冬麥區(qū)有一定增長(zhǎng)，產(chǎn)量與庫(kù)容量的密切關(guān)系決定庫(kù)容水平的持續(xù)提升，這對(duì)雜交小麥品種選育具有至關(guān)重要的意義[29]。值得肯定的是，雜交小麥在中低產(chǎn)區(qū)已經(jīng)表現(xiàn)出明顯的應(yīng)用潛力，這對(duì)穩(wěn)定的高庫(kù)容建成能力提出了更高要求，雜交小麥走向生產(chǎn)更應(yīng)注重產(chǎn)量三要素的協(xié)調(diào)發(fā)展[30]，有效穗數(shù)應(yīng)當(dāng)成為我國(guó)雜交小麥未來(lái)育種關(guān)注的重點(diǎn)問(wèn)題。

4 結(jié)論

“十五”以來(lái)，我國(guó)雜交小麥品種選育成效顯著，穗粒數(shù)和千粒重潛力得到挖掘，審定品種產(chǎn)量水平總體呈上升趨勢(shì)，綜合品質(zhì)不斷提升；接下來(lái)雜交小麥品種創(chuàng)制更應(yīng)注重通過(guò)提高成穗數(shù)實(shí)現(xiàn)庫(kù)容量進(jìn)一步擴(kuò)充，進(jìn)而提升雜交小麥產(chǎn)量潛力，并加快培育資源節(jié)約型和環(huán)境友好型等綠色、高效、多抗的雜交小麥新品種。