多抗廣適選擇混合小麥育種方法及鑒定技術探討

段國輝，楊洪強，溫紅霞，張少瀾，顧晶晶，呂維娜，李 影，高海濤

（洛陽農林科學院，河南 洛陽 471022）

19 世紀20 年代，我國小麥育種開始從國外引進種質，征集資源，開啟了我國近代小麥育種。隨著資源豐富，雜交育種迅速開展，同時結合混合法、系譜法、衍生系統法等選育方法進行后代處理，小麥新品種層出不窮，我國小麥新品種經歷了多次更新換代［1］。但隨著小麥產量的逐步提高，小麥育種逐漸進入瓶頸期，怎樣利用有限的資源，在一定的育種規模下，保證選育質量，提高育種效率是當下小麥育種面臨的主要問題之一。河南省位于亞熱帶與溫帶的氣候過渡帶，小麥生長對氣候變化敏感［2］，限于河南省小麥生長發育的“兩長一短”（灌漿時間短）的氣候特點，全省各地地域性、季節性降水不均，且近幾年的倒春寒、銹病、赤霉病時有發生［3］。因此，根據河南省小麥生長期的氣候、環境等特點，結合生產上管理逐漸粗放、灌溉次數減少、打藥次數減少等狀況，如何提高選育品種的抗寒性（主要是倒春寒）和抗病性（主要是銹病、白粉病、紋枯病和赤霉病），成為黃淮地區廣適性新品種選育亟待解決的問題［4］。

1 傳統育種方法優缺點分析

20 世紀90 年代我國小麥雜交組合成功率僅為1%［1］。為了提高育種質量和效率，對雜交組合數量和后代處理方式主要有系譜法和混合選擇法。小麥雜交后代經過充分的基因分離，用系譜法，可從中把符合育種目標的基因組合篩選出來，但前提是必須有足夠大群體，后代保留盡可能多的基因變異。陳曉杰等［5］研究認為，可以在雜交早代結合輻射誘變育種提高育種組合的變異率，進而創造出更多目標分離類型以供單株選擇。有學者認為應多做組合，對小群體采用混合選擇法，依據遺產學和統計學原理，在組合親本遺傳背景相差不大時，適當增加選擇壓力（固定選株數目），大群體和小群體在選擇效果上差別不大。同時，品種間雜交分離要比品種雜交后代系統內分離豐富，因此主張用品種間雜交分離多樣性代替品種雜交后代分離，以期多出現有利變異，提高選擇效果。金善寶［1］則指出，小麥雜交后代沒有群體保障，優良基因變異分離不出來，選擇也就無從談起。

傳統的混合選擇法工作要點是在小麥自花授粉的雜種分離世代，按組合混合種植，只淘汰劣株，不加選擇，直到雜種后代純合百分率達到80%以上時（F4代）才開始選擇單株（選擇符合育種目標的單株，即選擇具有能夠較好結合雙親父母本優點的單株，比如成穗多，穗部結實性好，籽粒飽滿度好，千粒質量高，抗病性好，抗寒性好等特性，聚合雙親優點越多越好，繼承雙親缺點越少越好），下一代即成為穩定系統（株系），然后選拔優良株系進行產量試驗。該方法的優點是最大可能地保留了組合的變異和基因，保證了選育出優良株系的概率，同時育種規模得到有效控制，較好減輕了工作量。不足之處是只在F4代選株，前期沒有進行有效選擇，優良株系不能被及時發現。

傳統的系譜法的工作要點則是在小麥雜種經歷了分離最明顯的F2代后，開始進株系選擇，直至到F5—F6代品系穩定。該方法的主要特點是目的性強，株系的不同分離均被有效保留，優良基因不流失。不足之處就是工作量大，育種效率偏低。

2 多抗廣適選擇混合小麥育種方法流程及特點

為解決上述問題，本研究提供一種多抗廣適選擇混合小麥育種方法。該方法在雜種F2和F3代選種時，按育種目標精選單株，有效混合后種植下一代，充分發揮混合選擇法和系譜法的優勢，彌補二者的不足，以少量株系鑒定和大范圍選擇混合為基礎，更好地保留優良基因，個別優異單株提前提升株系，防止優異分離個體丟失，提高育種效率，縮短育種年限。主要操作步驟如下。

（1）親本選配：選擇目標性狀互補、遺傳遠源的小麥父本和小麥母本［6］；

（2）雜種F1代：雜種F1代不做單株選擇，淘汰個別生理性早衰組合，其余只按雜種優勢分級、脫粒、播種；

（3）雜種F2—F3代：在雜種F2代和雜種F3代進行選株，中選單株收獲，考種后每株取單穗，脫粒后按組合混合，適期早播；

（4）雜種F4、F5及以上世代：在雜種F4代進行選株，中選單株收獲，考種后按單株脫粒，適期早播種植株行，進行株系鑒定；若株系集成較多目標性狀且單株間性狀表現較一致，收獲提升小區鑒定并保留3~5 個單株保純，獲取穩定世代；若株系仍有性狀分離，則對株系選株，下年度繼續種植株行，直至獲得穩定世代；

（5）對穩定世代進行產量鑒定：采用異地多點鑒定方法進行產量試驗，選育出高產穩產且具有多種抗逆性的小麥品種。

該方法在育種程序上的關鍵技術如下。

（1）在雜種F2—F3代，個別優異單株提升到株系鑒定試驗，提升單株量不超過組合中選單株量的10%，避免過多增加株系鑒定工作量。

（2）在雜種F2、F3和F4代適期早播（一般比正常播種提早7~10 d），以提高中選株系的抗寒性。

（3）在不同世代選擇單株時以不同標準控制株高，其中，雜種F2、F3和F4代的選株控制株高為65~75 cm，株系鑒定時的株高為70~80 cm，產量鑒定時的株高為75~85 cm。

該方法在選種鑒定上的關鍵技術如下。

（1）抗寒性鑒定：在雜種F2、F3和F4代適期早播（一般比正常播種提早7~10 d），同時在冬季和春季兩次剔除不抗寒株系，以提高中選株系的抗寒性。研究表明，早播會加重小麥紋枯病的發生，因此，早代早播也可以有效剔除感紋枯病品系［7］。

（2）抗病性鑒定：在F2—F5世代種植病害誘發植株，同時改“點播、穴播”為“條播”，增加誘發行繁茂度，加重誘發行發病程度；改以往“單一接種條銹病或葉銹病”為“接種條銹和葉銹混合菌群”，以提高選育品種的廣譜抗病性。同時結合現代分子標記輔助育種技術，通過分子標記抗病基因，準確篩選鑒定出優異抗病植株群體［8-9］。

（3）抗倒性鑒定：對F5及以后世代實行不同密度和肥水管理，同時嚴格控制株高，以篩選鑒定抗倒品種。一般株系種植密度控制在150 萬株/hm2的基本苗，進入產量試驗，按區域試驗270 萬~300 萬株/hm2的基本苗進行種植。對最終形成的苗頭品系，也可按胡衛國等［10］提出的通過植株各節間性狀測定來鑒定品系抗倒伏能力的方法來篩選抗倒品種。

（4）適應性鑒定：在品系產量鑒定世代采用異地多點鑒定，一般會選擇肥力條件不同、生態氣候不同的試驗點進行試驗，以選擇出具有廣泛適應性的品種。

該育種方法在品種選育上的優勢在于：占地較少，工作量較少。重點觀察特別優異組合，提高單株選種量，加大篩選力度，可有效縮短育種年限，提高育種效率。與傳統混合選擇法相比，在F2和F3代進行選株后混合脫粒種植下一代，選種目的性更強，混合群體中更容易出現符合目標性狀的單株，提高育種效率；與傳統系譜法相比，進行的選擇混合較好地保留了優良基因，減少株系鑒定工作量，在有效保留組合基因變異的同時，能更多地得到穩定品系，提高育種效率。

3 多抗廣適選擇混合小麥育種方法種植面積模擬與實例

表1顯示的是該育種方法育種規模的模擬計算。選擇親本F0，雜交獲取F1，雜交F1收獲50 株，1 株收獲200 粒種子，可收獲10 000 粒種子（即為雜種F2代）。F2種植20 cm 株距，用種4 000 粒，占地66.67 m2；收獲選株100 株，考種后取單穗脫粒混合，種植F3，確保10 000 粒，同時提升個別特優單株，種植F3成株行；F3同F2種植，占地66.67 m2，收獲100~150 株，取單穗混合種植F4，確保10 000 粒，這個過程依然可以提升單株進行株系鑒定；F4同上種植，收獲100~300 株，單株考種后保留30~120 株提升下年度株系鑒定（F5代，基本穩定）。以此方法，種植10 個組合，雜交F1單行或三行種植，1.5 m 行長，占地面積最多9 m2；F2—F4一個世代占地666.67 m2，早代（F1—F4）總占地面積約2 000 m2；到F5代可得到穩定株系4 000~5 500 個，合計按常年小麥雜交系統選育中選率1%計算，每年組合可得到40~55 個穩定品系，加上前期提升株系獲得的穩定品系，每年組合一般最終獲得穩定品系50~65個，用時5~7 a。

表1 小麥育種各世代株系中選及種植面積統計

由表2 可知，2009 年做雜交組合100 個，保留組合共7 個，組合中選率7.0%，同一般育種組合中選率1%相比有極大提高；2009 年組合株系鑒定中，株系鑒定212 個，其中通過混合選擇得到株系189 個，自F3提升株系23 個，占總株系的10.8%。穩定品系中，品系共30 個，來自混合選擇的27 個，來自F3提升的3個，占鑒定品系的10%。經統計，2005—2009 年，洛陽市農林科學院小麥所共做雜交組合750 個，每年平均150 個。目前已參加各級試驗品系12 個，已審定新品種5 個，5 年平均組合中選率為4.72%，選育成功率為6.7‰，較傳統的1‰成功率有極大提高。

多抗廣適選擇混合育種方法是依據雜交組配原則，借鑒墨西哥小麥玉米改良中心CIMMYT 的選擇混合法［11］，在現有育種基礎上結合實踐提出的。所謂多抗廣適，是高產、多抗、廣適育種，是以高產為基礎，以抗逆、抗病為保障，以廣適為推力，以光、水、肥高效利用為提升，培育高產穩產、抗病抗逆等主要性狀完善的小麥新品種，同時又具備資源高效、適應新時期生態發展需求特點，能夠大面積推廣。當然，隨著科技的進一步發展，小麥常規育種逐步結合分子標記輔助抗病基因鑒定、優質亞基鑒定、高產基因鑒定，同時搭載小麥單倍體加代育種技術，必將使小麥育種技術進一步完善，效率進一步提升。