小麥常規育種技術發展趨勢與優化措施

劉彥軍

（運城市農業種子站 山西運城 044000）

小麥作為世界上最重要的糧食作物之一， 對全球糧食安全起著關鍵作用。 隨著全球人口的不斷增長和受氣候變化的影響，對高產、抗逆、優質小麥品種的需求日益迫切。2022 年，運城市全年小麥生產實現了增產目標，小麥全年播種面積421.2 萬畝，同比下降0.1%，產量136.4 萬t，同比增長0.9%，而增產目標的實現得益于近些年小麥常規育種技術取得了顯著進展。 小麥常規育種技術在推動小麥產業的發展和糧食生產的持續增長方面具有不可替代的作用，本文作者對小麥常規育種技術發展趨勢與優化措施進行論述，以期為小麥品種改良和農業可持續發展提供有益的參考和啟示。

1 小麥常規育種技術概述

小麥常規育種技術是一種傳統而有效的育種方法，是通過人工授粉或雜交結合雌雄生殖細胞，培育出新的小麥品種[1]。 這一技術是通過充分利用小麥的遺傳多樣性，將不同的遺傳性狀組合在一起，以期獲得更優良的品種。 常規育種的過程包括以下幾個關鍵步驟。 ①育種者從大量的小麥種質資源中選擇優良的親本植株，具有高產、抗病蟲害、耐旱耐寒等重要性狀對于后續雜交和育種的成功至關重要。 ②育種者進行雜交操作，將不同的親本進行人工授粉。 通過將花粉傳遞到雌性生殖器官上， 結合來自兩個親本的遺傳信息產生新的種子， 這些種子將攜帶兩個親本的遺傳特征。 ③通過對雜交后代進行篩選與選擇，挑選表現出所需性狀的個體，從中篩選出具有目標性狀的優良個體，作為下一輪雜交的親本。 通過多代選擇與雜交， 育種者不斷將優秀的個體組合在一起，逐漸固定和積累有利目標性狀的基因組合。 隨著育種的不斷演進， 所培育出的小麥品種將逐漸穩定并表現出優異的性狀。

2 小麥常規育種技術的主要類型

2.1 雜交育種技術

雜交育種技術作為小麥常規育種技術的重要分支，通過將不同的小麥自交系進行有效的異花授粉，實現不同親本間的雜交， 以期產生具有優良性狀的后代[2]。 這種技術的關鍵在于要確保小麥自交系間異花授粉的成功， 從而使來自不同親本的遺傳信息能夠結合產生新的組合，增加遺傳多樣性。 小麥作為同系自交物種，其自花授粉效率較低，因此實施異花授粉是雜交育種技術的關鍵環節。 通過仔細選擇合適的花粉供體和受體及精準的授粉操作， 育種者可以成功地進行小麥雜交。 在我國已經有多個成功的案例證明小麥與近緣植物間的雜交是可行的。

雜交育種技術的優勢在于通過結合不同親本的優良特性，使新品種具有更多的優良性狀，可以加速品種改良的進程， 對于培育適應不同生態環境和地理區域的新品種具有重要意義。 盡管雜交育種技術具有巨大潛力，但也面臨一些挑戰，例如對于異花授粉的操作要求技術熟練和精確， 避免雜交污染是一個重要的問題。 此外，不同自交系之間的親和性和雜交難易程度也會影響雜交成功率， 因此需要加強對花粉供體和受體的篩選與鑒定。

2.2 單倍體育種技術

單倍體育種技術是一種重要的小麥常規育種方法， 旨在通過將小麥的某些細胞或組織轉化成單倍體細胞， 從而獲得具有全基因組一致性的單倍體植株。 該技術能夠幫助育種者在短時間內實現基因組的簡化，使得遺傳變異更加明顯，從而加速品種改良進程。

單倍體育種技術主要涉及以下4 個方面。 ①化學誘導法。 該方法是將小麥花蕾處理成單倍體，通常采用化學物質誘導小麥的胚或胚囊細胞形成單倍體植株，通過選擇合適的化學處理條件和培養基組合，使得一部分小麥花蕾發生無性生殖而形成單倍體植株。②離體培養法。該方法是將小麥花蕾或胚進行組織培養，通過調節培養基中激素的濃度和種類，使得小麥細胞在離體環境中繼續生長和分化， 最終產生單倍體植株。③異源細胞質誘導法。該方法是利用不同種類的細胞質（細胞的質體和線粒體）與小麥的細胞核結合，誘導形成異源單倍體植株，有助于引入外源細胞質的有益性狀，拓寬了小麥的遺傳多樣性。 ④花粉誘導法。 該方法是將小麥花藥或花粉經過特殊處理后，通過誘導和培養使得花粉形成單倍體植株，通常與化學誘導法或離體培養法結合使用， 可以提高單倍體植株的產量。

2.3 誘變育種技術

誘變育種技術是一種高效且經濟的方法， 它能夠產生大量的遺傳變異， 為小麥品種改良提供了豐富的遺傳資源。 通過對誘變體進行篩選和選擇，可以挑選出具有抗病蟲害、耐逆境、高產等重要性狀的優良變異體，用于后續育種工作[3]。 誘變育種技術主要利用輻射或化學物質等外源因素， 對小麥基因組進行隨機的、不可預測的改變，創造出豐富的遺傳多樣性。 比如，物理誘變是指利用輻射對小麥種子進行處理，誘導DNA 發生斷裂、缺失或交聯等結構變化，從而產生突變體；輻射誘變是一種高效的誘變方法，可以產生大量的變異體， 其中部分變異體可能具有重要的農藝性狀。 又如，化學誘變是利用化學物質（如乙烯甲磺酸、亞硝酸鈉等）處理小麥種子或組織，誘導DNA 發生堿基改變或其他化學修飾，從而引發突變。 化學誘變在小麥育種中也被廣泛應用，可以產生各種類型的突變， 有助于發掘隱藏在小麥基因組中的潛在優良性狀。

3 小麥常規育種技術的發展趨勢

3.1 高產且多抗小麥育種

一方面， 對高產的追求是小麥育種的核心目標之一。 育種者在品種選育過程中注重產量性狀，選擇和培育具有高產潛力的品種， 同時結合高產品種的基因和優勢，通過雜交和選擇的方法，不斷提高小麥的產量水平[4]。 另一方面，抗病蟲害是小麥育種的另一個重要方向。 小麥常常受到如白粉病、赤霉病、條銹病等多種病蟲害的威脅， 為了提高小麥的抗病蟲害能力，育種者利用品種間的遺傳多樣性，通過雜交和選擇，篩選出具有較強抗病蟲害能力的品種。 通過傳統的雜交和選擇， 育種者可以更好地發掘和利用自然界中存在的優良基因資源，同時，結合現代分子生物學和基因組學等技術， 更精確地鑒定和選擇與產量、抗性相關的基因，加速優質品種的培育過程。

然而，要實現高產多抗的育種目標，還面臨一些挑戰。 首先，小麥產量和抗性是由多個基因共同調控的復雜性狀，需要深入了解其遺傳機制，以便更好地進行遺傳改良。 其次，氣候變化和病蟲害的不斷演變也給高產多抗品種的培育帶來了不確定性， 因此需要不斷創新和優化育種策略， 以適應不斷變化的環境和病蟲害壓力。

3.2 優質小麥育種

優質小麥育種必須關注小麥加工品質的特性，包括小麥的蛋白質含量和品質，淀粉性質、品質和特性，以及面團加工品質等。 育種者需要通過品種間雜交和選擇， 篩選出具有高蛋白含量、 優良品質的品種，并進一步優化品質相關基因的表達和調控，以提高小麥的加工品質。 此外，優質小麥育種還需關注小麥的營養價值，如蛋白質、脂肪、維生素和礦物質等的含量。 通過選擇和培育高品質小麥品種，有助于提高小麥及其加工產品的營養價值， 滿足人們對健康食品的需求。 在優質小麥育種中，小麥常規育種技術發揮著重要作用，通過傳統的雜交和選擇，育種者可以通過選擇優良親本，進一步優化品種性狀。 同時，現代分子生物學和基因組學等技術的應用， 也有助于更精準地鑒定和選擇與小麥品質相關的基因和功能基因組區域。

3.3 育種目標適應市場經濟

隨著全球農業發展和市場經濟的深入， 小麥育種目標的適應性也在不斷調整。 傳統上，小麥育種主要注重增加產量和抗性等農藝性狀， 以滿足人們對糧食的需求。 然而，隨著市場需求和消費者偏好的變化，小麥育種目標正逐漸向更多樣化和多方向發展。一方面， 市場經濟背景下的小麥育種目標強調優質和特色。 消費者對食品品質和營養價值的關注日益增加，因此小麥育種需要重點關注小麥的加工品質、蛋白質含量、食品營養價值等特性。 同時，還需要培育具有特色和地域優勢的小麥品種， 滿足不同市場和消費群體的需求。 另一方面，市場經濟背景下的小麥育種還需要與市場需求和產業鏈對接， 育種者需要與加工企業和消費者緊密合作， 了解市場需求和消費者偏好，根據市場反饋不斷調整育種目標，確保培育出的小麥品種與市場需求相符。

4 小麥常規育種技術的優化措施

4.1 應用轉基因技術

轉基因技術是指將外源基因導入到目標生物體的基因組中，從而使其表現出新的性狀或功能。 在小麥常規育種中， 應用轉基因技術可以為育種工作提供一種高效、 準確的手段， 有助于快速改良小麥品種，增強其抗性、耐逆性和品質，從而適應不斷變化的農業環境和市場需求[5]。 轉基因技術在小麥育種中的主要應用包括以下幾點。 ①抗病蟲害基因的導入。轉基因技術可以將與病蟲害抗性相關的基因導入小麥品種，增強其對特定病蟲害的抵抗能力。 例如，將來自其他植物或微生物的抗病蟲害基因導入小麥，使其能夠對抗常見的病毒、細菌和蟲害侵襲。 ②耐逆性基因的導入。 轉基因技術還可以將耐逆性相關的基因導入小麥品種，增強其對逆境條件（如干旱、高溫、鹽堿等）的耐受性。 通過導入耐逆性基因提高其適應不同生態條件的能力， 小麥在惡劣環境中可以更好地生長和發育，保持較高的產量和品質。 ③品質相關基因的改良。 轉基因技術還可以針對小麥的品質特性進行優化。 通過導入與蛋白質含量、 淀粉性質、維生素含量等相關的基因，可以改良小麥的加工品質和營養價值，滿足消費者對優質食品的需求。 ④基因編輯技術的應用。 隨著基因編輯技術的發展，如CRISPR/Cas9 技術，可以實現對小麥基因組的精準編輯。 通過基因編輯技術，可以直接對小麥基因組中的特定基因進行修改或修復， 實現目標性狀的精確改良，避免引入外源基因，從而產生更加純粹和可持續的優質品種。

盡管轉基因技術在小麥育種中具有廣闊的應用前景，但也面臨一些挑戰和爭議。 轉基因技術引入外源基因可能導致未知的安全風險， 需要進行充分的風險評估和安全監管； 過度依賴少數優質轉基因品種可能導致小麥種質資源的缺乏和遺傳多樣性的降低；轉基因技術在公眾中存在爭議，需要進行科學普及和溝通，增強公眾對轉基因技術的認知和接受度。所以，在應用轉基因技術的過程中，仍需加強安全性評估、保護遺傳多樣性和加強公眾參與，以確保其安全、可持續和社會接受性。

4.2 應用分子標記選擇育種

分子標記選擇育種是一種基于分子標記的高效育種方法，主要利用分子標記（如DNA 標記）與目標性狀之間的遺傳關聯，對植株進行精確篩選，從而快速選擇出具有目標性狀的優良品種[6]。 在小麥常規育種中， 應用分子標記選擇育種能夠有效提高育種效率，加速小麥優質品種的培育。

在小麥育種中， 應用分子標記選擇育種主要包括以下步驟。①建立遺傳圖譜。需要在一組具有遺傳多樣性的小麥品種中進行分子標記分析， 尋找與目標性狀相關的分子標記。 通過分析這些品種的DNA序列，可以建立遺傳圖譜，確定目標性狀與特定分子標記之間的遺傳關聯[7]。 ②篩選分子標記。 在遺傳圖譜的基礎上， 挑選與目標性狀高度相關的一些分子標記作為篩選依據， 這些分子標記通常與目標性狀的候選基因或QTL（數量性狀位點）密切相關。 ③選擇優良品種。 利用篩選出的分子標記對待選品種進行分子標記選擇， 通過簡單的PCR 反應或其他分子生物學技術， 可以快速檢測出與目標性狀相關的分子標記。 根據分子標記檢測結果，選出具有目標性狀的優良品種，從而加快小麥品種改良的速度。

當然， 分子標記選擇育種需要大量的分子標記數據和相應的遺傳信息， 因此對數據的分析和解釋能力非常重要， 育種者需要熟練掌握相關的生物信息學和遺傳學知識，確保數據的準確性和有效性。 盡管分子標記選擇育種能夠有效地提高育種效率，但傳統選擇方法仍然是重要的， 育種者需要結合傳統選擇和分子標記選擇，綜合考慮多個性狀和因素，培育出更加優良的小麥品種。 此外，遺傳背景的復雜性和環境因素的影響可能會影響分子標記與目標性狀之間的遺傳關聯， 因此需要在實際育種中進行進一步的驗證和篩選。

4.3 利用分子設計育種

分子設計育種是一種基于生物信息學和分子生物學技術的育種方法， 通過對小麥基因組的深入研究和分析， 利用生物信息學手段預測和篩選出與目標性狀緊密相關的候選基因， 從而實現小麥育種的精準設計和高效選育[8]。

在利用分子設計育種優化小麥常規育種技術的過程中，重點可以從以下幾個方面展開。 一是利用生物信息學技術，可以對小麥基因組進行全面分析，預測每個基因的可能功能和與特定性狀相關的功能基因組區域。 二是針對不同地區和不同的育種目標，育種者可以根據生物信息學的預測結果， 精確選擇與目標性狀相關的候選基因， 并設計出相應的育種策略。 例如，在干旱地區，可以優先選擇與耐旱性相關的基因進行育種設計；在優質小麥育種中，可以選擇與蛋白質含量和品質相關的基因。 三是在分子設計育種中，設計合理的選擇方法和親本的選配方法非常重要，可以根據目標性狀的復雜性和遺傳機制，選擇合適的育種策略。 例如，對于復雜性狀，可以采用多基因選擇方法， 結合多個與性狀相關的基因進行選擇；對于優質小麥育種，可以選擇與蛋白質含量和品質相關的親本進行雜交。 四是在分子設計育種的過程中， 需要進行大量的試驗來驗證預測結果和育種策略的有效性，包括雜交試驗、基因編輯試驗、表達模式分析等，通過系統的試驗驗證，可以不斷優化育種策略，提高分子設計育種的成功率和效率。

5 結語

綜上所述， 小麥是世界上最重要的糧食作物之一， 在全球糧食安全和農業發展中發揮著至關重要的作用，小麥常規育種技術是培育優質、高產和抗逆性強的小麥品種的基礎和關鍵， 該項技術的發展趨勢與優化措施是一個復雜而又關鍵的課題。 通過不斷深入研究和創新， 希望可以培育出更多優質、高產、抗逆性強的小麥品種，為全球糧食安全和農業可持續發展做出積極貢獻。