小麥種子繁育過程中育種家對種子保純容忍度的研究

張建周, 王繼民, 李春盈, 劉 明,宋萬獻, 張天興, 齊建雙

(1.河南省農業科學院小麥研究所, 鄭州 450002;2.河南省農業科學院糧食作物研究所, 鄭州 450002;3.長葛市種子管理站, 河南 長葛 461500)

小麥是我國重要的糧食作物,種子質量尤為重要[1-2],在小麥種子生產的諸多系統和環節中,育種家種子保純繁育技術是確保小麥種子質量達到國家標準的最重要環節[3]。上世紀80年代,我國良種繁育實行“四化一供”的方針, 建立了一套完整的良種繁育技術體系,加速了我國農業現代化的進程[4]。2017年始,全國小麥品種審定渠道相繼增加,審定品種數量逐年上升,市場上小麥品種量“井噴式”增加。由于品種審定速度的加快,導致審定的小麥品種出現種性不穩定,純度下降快,為小麥大田生產帶來隱患[5-6]。為保持優良小麥種性和純度的持續穩定,迫切需要對小麥種子繁育技術體系中的關鍵環節——育種家種子[7]保純繁育技術進行改革。本試驗從市場中選擇銷售量相對較大的4個自育小麥品種為研究材料,協同育種家和授權銷售企業一起開展對小麥育種家種子關鍵農藝性狀異質容忍度的研究,以期找出授權經營企業和育種家在種子保純和繁育中允許存在的異質程度,從而對育種家種子進行快速繁育滿足市場需求,進而將大田用種的種性和質量把控提前到基礎種源,延緩優良品種的種性退化,提高大田用種的質量[8]。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

供試小麥品種4個(表1),均為近幾年國家或者河南省新審定的具有自主知識產權的自育小麥品種,目前在市場上銷售量相對較大。

表1 4個供試小麥品種的基本信息

1.2 試驗方法

試驗于2018、2019連續兩年在河南省新鄉、滑縣種植大戶種植繁種材料試驗田進行。試驗地土壤類型為壤土,肥力均勻地勢平整,排灌設施良好。前茬作物為玉米,玉米收獲后秸稈全部粉碎還田,深耕整理后播種小麥。試驗種子稀播于試驗田,每個品種播種面積6.7 hm2,分別由授權企業和育種家在生育期內開展以株高、株型、葉色、穗型、芒長這5個關鍵農藝性狀為研究對象,分別抽取1～5個關鍵農藝性狀對其一致性進行鑒別和篩選,單獨混收并對其進行純度檢測,各自找出符合育種家種子標準的鑒別性狀,對于其他性狀允許存在的變異和分離異質容忍程度。

1.3 調查項目及方法

對4個試驗材料,在生育期內以5個關鍵農藝性狀(株高、株型、葉色、穗型、芒長)為研究對象,分別選擇1～5個關鍵農藝性狀在田間對其一致性進行鑒別和篩選,成熟后分別混收隨機取樣3個重復并對其進行純度檢測。在選擇農藝性狀時,由于芒長在區別上過于精細、耗時長、難度大等與研究目的不相符;而株高作為種子繁育中最為突出的一個關鍵性狀,必須考慮進去。因此,把這些農藝性狀組合分類為8種,分別是按品種株高(編號為A1);株高和株型(編號為A2);株高和葉色(編號為A3);株高和穗型(編號為A4);株高、株型和葉色(編號為A5);株高、株型和穗型(編號為A6);株高、葉色和穗型(編號為A7); 株高、葉色、株型和穗型(編號為A8)。

授權企業和育種家采取上述同樣的研究內容和方法開展工作。主觀上,雙方分別依據自己的標準在田間對品種1～5個性狀的一致性進行調查;客觀上,品種收獲之后進行純度檢測,比對授權企業與育種家在育種家種子之間的差異,確定授權企業在繁種育種家種子過程中與育種家種子之間的容忍度,結合田間工作量和勞動力的投入,確定合適的標準。

1.3.1農藝性狀組合分類設區處理

在新鄉、滑縣安排種植大戶種植試驗材料鄭麥1860、鄭麥7698、鄭麥0943、鄭麥1354各6.7 hm2。根據五大關鍵農藝性狀8個組合分類,以不做任何處理為對照區;把每個品種一共劃分為9個區,每區面積設立1.3 hm2。授權企業和育種家分別對種植的4個品種隨機選取0.67 hm2地,按品種農藝性狀組合的8個分類實施,結合各個品種的特征特性對繁育田進行去雜調查。在苗期,對葉色(深綠、綠、黃綠)、株高(高、中、低)和株型(匍匐、半直立、直立)等3個性狀進行調查;在灌漿中期,對株高(高、中、低)、株型(緊湊、適中、松散)、穗型(大穗、中穗、多穗)3個性狀進行選擇。

1.3.2農藝性狀的調查方法

株高是以起身拔節速度作為判斷依據,對于過快或過慢的都要整株拔除,后期再從株高上進一步拔除遺漏或突發異變植株。葉色是在苗期進行鑒別篩選,苗期植株矮,易觀察、易判斷、易做到整株拔除。

1.3.3收獲、純度檢測

授權企業和育種家依據各自的鑒定標準,每個品種按照性狀組合分類收獲,然后取樣,在樣品袋上標注對應品種及組合分類編號,由項目組委托河南華誠農業質量檢測有限公司對所有樣品利用聚丙烯酰胺電泳法,開展純度檢測。

1.3.4鑒別篩選人工費用計費方式

試驗田均在同一個區域,田間人工費用授權企業和育種家統一標準,按照10元/h的標準進行核算,超過0.5 h的記為1 h,不足0.5 h的記0.5 h。8種組合處理分別按照投入時間合計用工費用,統計結果見表2。

表2 人工費用

1.4 數據處理與統計分析

數據處理分析采用DPS7.5軟件進行。

2 結果與分析

2.1 純度檢測結果

由河南華誠農業質量檢測有限公司對9個處理(8種組合+對照)樣品純度檢測。育種家鑒選后的種子檢測結果見表3,授權企業鑒選種子檢測結果見表4。

表3 不同農藝性狀鑒別篩選后檢測結果均值(育種家)

表4 不同農藝性狀鑒別篩選后檢測結果均值(授權企業)

2.2 純度檢測分析

分別對育種家和授權企業4個品種8個組合處理鑒別篩選檢測結果進行雙因素方差分析,然后分別對達到國家標準的組合處理進行多重比較,結果如下。

2.2.1育種家鑒選的結果與分析

表5結果表明,8個性狀處理A3、A5、A7和A8均值都在99.9%以上,關鍵農藝性狀鑒定的越多純度越高。按照國家標準[9],原種要求具備與育種家種子同樣的品質,在種子純度上應盡可能接近育種家種子,種子純度不低于99.9%。上述4個組合處理中,A3到A8純度均值從99.952 5%到99.990 0%,純度逐漸接近育種家種子,A3的純度99.952 5%在8個處理中能夠滿足國家最低標準。

表5 8個性狀組合間多重比較分析(育種家)

對4個小麥品種在A3、A5、A7和A8共4個組合處理的多重比較(表6～表9)結果表明,A3處理條件下,5%顯著水平下4個品種中存在三種差異,1%極顯著水平下4個品種表現兩種差異;A5處理條件下,在5%顯著水平下4個品種中存在兩種差異,在1%極顯著水平下4個品種表現三種差異;A7和A8處理條件下4個品種無差異。說明A3和A5處理方法對不同的育種家小麥品種有差異,但是差異不大,而A3處理條件對于A5處理條件農藝性狀減少,考慮人工投入的減少,A3處理可以作為能夠最低保障育種家種子純度的一種有效處理方法。

表6 A3農藝性狀處理中4個品種的多重比較(育種家)

表7 A 5農藝性狀處理中4個品種的多重比較(育種家)

表8 A7農藝性狀處理中4個品種的多重比較(育種家)

表9 A8農藝性狀處理中4個品種的多重比較(育種家)

2.2.2授權企業鑒選的結果與分析

表10結果表明,8個組合處理條件下A3、A7和A8均值都在99.9%以上,與育種家在田間開展關鍵農藝性狀鑒選的結果有差異,這可能與授權企業在田間開展小麥農藝性狀鑒定時對株型這個農藝性狀把握不準確有關。但是從小麥品種繁育角度分析,授權企業對于兩個比較明顯的農藝性狀株高和葉色把握比較準確,A3組合處理也能夠滿足國家要求的原種標準。

表10 8個性狀組合間多重比較分析(授權企業)

表11 A3處理中4個品種的多重比較(授權企業)

表12 A7處理中4個品種的多重比較(授權企業)

表13 A8處理中4個品種的多重比較(授權企業)

4個小麥品種在A3、A7和A8組合處理的多重比較結果表明,A3處理條件下,5%顯著水平下4個品種中存在三種差異,1%極顯著水平下4個品種表現兩種差異;A7和A8處理條件下,4個品種都有兩個差異。說明A3農藝性狀處理條件下,授權企業鑒選結果對不同的育種家小麥品種也存在差異,這點和育種家在相同條件下處理的一致。但是A7和A8處理條件下出現的差異,說明授權企業在田間對性狀的把握與育種家存在一定差距。A3處理條件下對育種家小麥品種的純度也能夠達到國家規定的育種家種子標準,這與育種家在此條件下得到的結論一致。

純度檢測結果及數據多重比較結果表明,育種家和授權企業在不同的農藝性狀處理條件下,鄭麥0943的純度都在100%,說明該品種一致性和穩定性好,無變異株出現,其他3個品種雖然都接近育種家種子,仍然存在差異。

小麥品種純度多重比較結果表明,在不同的農藝性狀處理中,A3處理下,4個小麥品種不論是育種家還是授權企業都能得到接近育種家種子的純度標準,但在不同的育種家種子之間存在差異,而A7和A8的處理條件下,4個品種無差異,適用于所有的品種。

2.2.3不同農藝性狀對種子純度的影響

育種家和授權企業鑒選的結果表明,鄭麥7698、鄭麥1860和鄭麥1354三個品種,在A3、A5、A7和A8組合處理下種子純度都達到或超過99.9%。表14和表15結果表明,株高對育種家種子純度的影響平均值分別是0.18%和0.14%,葉色對育種家種子純度的影響平均數據分別是0.24%和0.18%;穗型對育種家種子的影響平均值分別是0.22%和0.10%;株型對育種家種子的影響平均值分別是0.03%和0.02%。這說明,穗型、株型這兩個性狀對育種家種子純度影響較小,而株高和葉色這兩個性狀對育種家種子純度影響較大。

表14 育種家種子不同農藝性狀對種子純度的影響(育種家)

表15 育種家種子不同農藝性狀對種子純度的影響(授權企業)

3 討 論

3.1 育種家種子種性退化

育種家種子種性退化主要有三個原因。一是生物學退化明顯[10]。小麥品種審定渠道增加、速度加快,審定品種的數量增多,一些品種在雜交四代就開始進入產量比較試驗,參試品種整體長勢參差不齊,難以通過DUS測試。甚至有些通過審定的小麥品種因世代短,種子量不夠而采取多系混合,導致種子純度下降。新審定品種的育種家種子在市場運行中不斷提純,等到品種在生產上穩定與品種審定時已經有較大差異[10]。二是育種家種子在交給授權企業銷售的同時,多數授權企業沒有采用標準三圃田種子繁育體系,導致育種家種子種性衰退[11-12]。市場上推廣的小麥品種,除非其產量及其他性狀特別突出,否則3年之后品種就會淘汰。三是收獲時機械混雜,純度下降。目前小麥收獲最大的問題是機械混雜[13],小麥種子繁育過程中,成方連片,田間去雜均可以實現,但是在小麥最終收獲的時候,同一時間大量的收割機同時開展收割,很難實現單一品種機械專用,機械混雜難以避免。

3.2 不同農藝性狀組合處理對種子純度的影響存在差異

在8個組合處理條件下,育種家鑒選結果A3、A5、A7和A8共4個處理能夠滿足國家對育種家種子純度的要求標準;而授權企業的鑒選結果A3、A7和A8共3個處理能夠滿足國家對育種家種子純度的要求標準。兩種鑒選結果說明育種家和授權企業在株高和葉色的鑒選結果一致,對其他幾個農藝性狀鑒選出現偏差,從而導致純度下降。因此,在育種家種子保純繁育中,以小麥的株高和葉色為鑒別篩選依據,對于其他性狀的變異和分離異質容忍,即可達到保純目的。結合人工費用統計結果(表2),A1～A3處理合計投入人工費用不超過80元;A4～A8人工費用超過100元。說明A3組合處理不但能夠滿足國家對育種家種子純度要求,而且在鑒選時性狀容易掌握,鑒選更準確,用時更短節省成本。同時,育種家和授權企業各自開展種子繁育鑒選結果表明,4個品種純度的平均數相差最小的是A3處理,4個品種純度相差僅0.005%,且差異不顯著,說明A3作為育種家和授權企業種子純度鑒別指標誤差小,容忍度高。小麥群體較大,一個小麥品種在合理的株型范圍內,株型的變化對純度的影響不大,所以在小麥繁育中,除非特別明顯的株型,一般不會被繁育工作者作為去雜的主要指標。在小麥繁育過程中,株高高出整體小麥一個穗是不能被育種家所接受的,高出整體小麥穗子的二分之一以下均能被育種家所認可;按照河南省小麥品種審定要求,審定小麥品種的葉色分為淺綠、深綠兩種,二者有明顯的界限,品種審定中,田間出現兩種葉色類型就認定為非同一品種,市場繁育中,繁育田出現兩種葉色就不被育種家接受。

4 結 論

株高和葉色作為育種家種子保純及繁育技術指標,其在保純和繁育過程中純度差異誤差小,容忍度高。小麥種子繁育過程中,收獲的小麥品種純度和國家小麥品種純度標準(99.99%)之間差異范圍在0～0.005%之間,能被育種家所接受。同時,以株高和葉色作為鑒別指標容易辨別,人工費相對較低。因此,株高和葉色相結合的鑒別方式適合作為育種家種子純度鑒別指標。