小麥品種蘭天19號(hào)持久抗病、高產(chǎn)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(nóng)業(yè)科學(xué)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(qū)（天水和隴南兩市）是我國(guó)小麥條銹病最重要的越夏菌源基地和小種易變區(qū)，也是我國(guó)小麥條銹病的重點(diǎn)防控區(qū)域[1]。培育小麥抗病品種始終是本地育種的首要目標(biāo)，自1970年以來，甘肅省農(nóng)業(yè)科學(xué)院小麥研究所、天水市農(nóng)業(yè)科學(xué)研究所等育種單位為該區(qū)域育成超過200個(gè)抗病品種（清山系、蘭天系、中梁系、天選系、隴鑒系等），對(duì)小麥條銹病的防治起了重要作用。2000年后，與中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院等單位協(xié)作構(gòu)建了“隴南小麥條銹病遺傳多樣性控制技術(shù)體系”，使隴南小麥生產(chǎn)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(chǎn)中缺乏持久性抗性品種[3]；（2）含 Yr9的 1B/1R 系，含 Yr26的92R137、貴農(nóng)系、中四等抗源材料及Yr10等基因均已喪失抗性，僅Yr5、Yr15少數(shù)幾個(gè)基因保持抗病性，國(guó)內(nèi)缺乏有效抗源；（3）生產(chǎn)中除條銹病外，白粉、葉銹也時(shí)有發(fā)生；（4）小麥種植區(qū)主要集中在半山旱地（海拔1700～2000m）至高海拔冷涼區(qū)（海拔2000～2200m），小麥生育期降水量少，品種產(chǎn)量低而不穩(wěn)，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(fā)生。耐旱、耐瘠薄、高產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)已成為生產(chǎn)的普遍要求。1990-2005年，除蘭天15號(hào)、蘭天26號(hào)外，總體上缺乏大面積推廣品種。因此，生產(chǎn)中迫切需要兼抗病性且抗性較持久、抗寒抗旱性強(qiáng)、旱年豐水年兼適、豐水年更具增產(chǎn)潛力、落黃性好、廣適等綜合性狀優(yōu)良的新品種。

針對(duì)隴南地區(qū)小麥生產(chǎn)實(shí)際，甘肅省農(nóng)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(guó)內(nèi)尚未成功利用的歐洲品種Mega為抗源與蘭天10號(hào)單交，通過系譜選擇法于2007年育成了蘭天19號(hào)（甘審麥2007010號(hào)），該品種自2008年至今作為隴南片山旱地區(qū)試對(duì)照品種，近年已成為該區(qū)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(shù)據(jù)與KASP分子標(biāo)記相結(jié)合的方法[4]，較為全面地解析了蘭天19號(hào)的優(yōu)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(yàn)材料蘭天19號(hào)（甘審麥2007010號(hào)）為甘肅省農(nóng)業(yè)科學(xué)院小麥研究所育成的冬小麥品種，Mega為本研究所引進(jìn)的歐洲抗條銹病小麥品種。

1.2 試驗(yàn)方法 甘肅省隴南片山旱地小麥區(qū)域試驗(yàn)和生產(chǎn)試驗(yàn)分別設(shè)置5個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)，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(yàn)采用隨機(jī)區(qū)組排列，3次重復(fù)，小區(qū)面積 13．34m2（行長(zhǎng) 6．67m，行距 0．17m，12行，小區(qū)寬 2m），播種量 300萬(wàn) ～375萬(wàn)株/hm2，田間管理同大田生產(chǎn)。

1.3 項(xiàng)目測(cè)定 試驗(yàn)材料的農(nóng)藝性狀千粒重、株高、小穗數(shù)、穗粒數(shù)、越冬成活率及產(chǎn)量數(shù)據(jù)來自2005-2017年甘肅省隴南片區(qū)域試驗(yàn)和生產(chǎn)試驗(yàn)結(jié)果（2005-2006作為品系參加區(qū)域試驗(yàn)，2008-2017年作為對(duì)照品種參加區(qū)域試驗(yàn)）。條銹病、白粉病鑒定由甘肅省農(nóng)業(yè)科學(xué)院植物保護(hù)研究所2005年、2016-2018年分別接種鑒定。已知基因的KASP分子標(biāo)記檢測(cè)平臺(tái)由中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物科學(xué)研究所品質(zhì)實(shí)驗(yàn)室提供。

1.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與分析 采用Excel 2000軟件分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 抗病性 蘭天19號(hào)自2005年參加區(qū)域試驗(yàn)以來，經(jīng)2005年、2016-2018年3次條銹菌接種鑒定，苗期對(duì)混合菌高抗至近免疫，成株期對(duì)條中29、31、32、33、34號(hào)，致病類型G22-14以及混合菌表現(xiàn)高抗至免疫，總體抗銹性表現(xiàn)優(yōu)異。蘭天19號(hào)是隴南小麥條銹病品種遺傳多樣性控制技術(shù)體系中基因布局重點(diǎn)品種，在生產(chǎn)中大面積推廣應(yīng)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(hào)的抗病親本Mega是Yr12的載體品種[5]，對(duì)Mega的苗期抗條銹性基因定位研究發(fā)現(xiàn)，Mega的抗條銹性由1對(duì)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(biāo)記為Xbarc232和Xwmc640[6]。利用SSR標(biāo)記Xbarc232和Xwmc640，以及KASP標(biāo)記[4]檢測(cè)發(fā)現(xiàn)蘭天19號(hào)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(dǎo)發(fā)現(xiàn)蘭天19號(hào)對(duì)CYR32的苗期抗性由1對(duì)顯性基因控制，成株期抗性由2顯和1隱3對(duì)基因重疊或獨(dú)立控制[7]，因此，蘭天19號(hào)的抗性可能由多個(gè)抗病基因控制，與其在生產(chǎn)中表現(xiàn)抗性較為持久一致。

2.2 高產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)性 2005-2017年中11年的區(qū)域試驗(yàn)每 hm2平均產(chǎn)量 5821．05kg，變異系數(shù) 0．1，8 年的生產(chǎn)試驗(yàn)平均產(chǎn)量 5548．35kg，變異系數(shù) 0．11。從產(chǎn)量構(gòu)成因素分析，蘭天 19 號(hào)千粒重 43．5～55．0g，在2009-2017年區(qū)域試驗(yàn)中平均千粒重45．88g（參試品系平均值 42．97g），平均有效分蘗數(shù) 1．29（參數(shù)品系平均值 1．24），平均穗粒數(shù) 33．52（參試品系平均值 35．35），小穗數(shù) 15．1（參試品系平均值 15．54）。落黃性極佳，葉片功能期長(zhǎng)，后期無枯葉、早衰等現(xiàn)象，籽粒灌漿充分，株高適中（90～105cm，平均99．5cm），莖稈質(zhì)量好，很少出現(xiàn)大面積倒伏，為實(shí)現(xiàn)高產(chǎn)潛力提供了保障。KASP標(biāo)記檢測(cè)發(fā)現(xiàn)蘭天19號(hào)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(hào)高產(chǎn)的主要原因。

表1 蘭天19號(hào)和Mega抗病相關(guān)基因KASP標(biāo)記檢測(cè)結(jié)果

表2 蘭天19號(hào)和Mega粒重、株高基因KASP標(biāo)記檢測(cè)結(jié)果

2.3 適應(yīng)性 蘭天19號(hào)主要推廣區(qū)域在甘肅隴南地區(qū)海拔1700m左右的半山區(qū)、海拔2100m左右的高寒陰濕區(qū)，越冬安全。除此之外，在平?jīng)鍪猩胶档靥萏?，定西市中北部二陰山區(qū)，臨夏州的和政、康樂等春改冬區(qū)，以及在寧夏1700m以上的山旱地冬麥區(qū)也得到了大面積推廣。自2007年推廣至今，蘭天19號(hào)已成為甘肅隴南地區(qū)年推廣面積最大的品種，甘肅省、寧夏冬麥區(qū)的主栽品種。2013-2015年在甘肅省冬麥區(qū)的推廣面積僅次于蘭天26號(hào)，2016年推廣面積位于中麥175和蘭天26號(hào)之后，為甘肅省冬小麥第三大推廣面積品種（農(nóng)業(yè)部全國(guó)農(nóng)業(yè)技術(shù)服務(wù)推廣技中心數(shù)據(jù)），說明蘭天19號(hào)具有廣泛的適應(yīng)性。經(jīng)10年的高海拔（2100m）生產(chǎn)抗寒性鑒定，蘭天19號(hào)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(qiáng)。

表3 2006-2017年隴南山旱地區(qū)試中蘭天19號(hào)抗寒性鑒定結(jié)果

KAPS標(biāo)記檢測(cè)蘭天19號(hào)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(hào)抗寒抗旱、廣適性的分子基礎(chǔ)。隨著全球氣候變化加劇，西北高海拔小麥種植區(qū)氣候不穩(wěn)定，返青后溫度變化幅度大，而蘭天19號(hào)含有非光溫敏感基因，春季返青后苗期長(zhǎng)勢(shì)平穩(wěn)，尤其是2018年發(fā)生嚴(yán)重的倒春寒災(zāi)害，盡管其穗型發(fā)生了變化，但對(duì)蘭天19號(hào)的結(jié)實(shí)影響小。

2.4 品質(zhì) 蘭天19號(hào)籽粒白色，粒大，商品性好。半角質(zhì)，含粗蛋白 14．26%，濕面筋 23．53%（14% 濕基），沉降值46．5mL，加工品質(zhì)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(zhì)基因檢測(cè)發(fā)現(xiàn)含野生型 Pina-D1a、Pinb-D1a、Pinb-B2a，屬軟質(zhì)型，這是面筋強(qiáng)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(yíng)養(yǎng)品質(zhì)較好（表 5）。

表4 蘭天19號(hào)和Mega春化、光周期及抗旱相關(guān)基因的KASP標(biāo)記檢測(cè)

表5 蘭天19號(hào)和Mega營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)相關(guān)基因KASP標(biāo)記檢測(cè)結(jié)果

3 結(jié)論與討論

隴南地區(qū)小麥主要種植在半山、高山區(qū)域，復(fù)雜的生態(tài)環(huán)境對(duì)小麥抗寒、抗旱性要求高，加之該區(qū)域?yàn)槲覈?guó)小麥條銹菌的重要越夏基地，因此育種面臨多重挑戰(zhàn)。甘肅省農(nóng)科院小麥研究所冬小麥育種課題組在育種策略上，重點(diǎn)利用國(guó)內(nèi)尚未成功利用的抗源材料或抗病基因，并聚合多個(gè)抗病基因，通過提高莖稈強(qiáng)度和株型改良提高抗倒性，通過提高粒重、成穗數(shù)來提高產(chǎn)量潛力；加強(qiáng)育成品系的抗寒抗旱性篩選，重點(diǎn)選擇返青后發(fā)育進(jìn)程穩(wěn)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(chǎn)潛力和廣泛的適應(yīng)性。

甘肅省農(nóng)科院小麥研究所冬小麥育種課題組經(jīng)過多年的田間鑒定發(fā)現(xiàn)了一批優(yōu)異的抗源材料，如Mega、Ibis、Flinor等國(guó)外品種[5]，但其農(nóng)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(zhuǎn)育成功率，選擇多個(gè)綜合性狀優(yōu)良的農(nóng)藝親本與抗源材料進(jìn)行大量組合選配，通過對(duì)972個(gè)組合的后代表現(xiàn)進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)多數(shù)優(yōu)秀組合與農(nóng)藝親本蘭天10號(hào)有關(guān)[9]。蘭天10號(hào)株高中等，抗寒抗旱，成熟較早，穗大粒大，籽粒白色，品質(zhì)好，農(nóng)藝性狀優(yōu)良，曾為甘肅省冬麥區(qū)的主栽品種，缺點(diǎn)是中感條銹病和白粉病。利用蘭天10號(hào)和Mega雜交選育的蘭天19號(hào)聚合了雙親主要優(yōu)點(diǎn)，其豐產(chǎn)性和適應(yīng)性遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了雙親。至此，利用蘭天10號(hào)與國(guó)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(zhì)、粒重、春化、抗旱性、粒色、抗穗發(fā)芽、株高等性狀相關(guān)基因的KASP標(biāo)記，對(duì)蘭天19號(hào)進(jìn)行已知基因的標(biāo)記檢測(cè)，揭示了蘭天19號(hào)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(hào)的育種與推廣實(shí)踐表明，在隴南地區(qū)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(chǎn)潛力的山旱地品種也是可行的，其關(guān)鍵指標(biāo)是多抗病基因聚合，株高適中，莖稈強(qiáng)度好，落黃性好，千粒重和成穗率高。結(jié)合甘肅復(fù)雜的生態(tài)條件，對(duì)現(xiàn)有品種不斷改良，希望能繼續(xù)培育出一批持久抗病、高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)、廣適性新品種，為甘肅小麥生產(chǎn)及全國(guó)條銹病控制作出新的貢獻(xiàn)。

致謝：感謝中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物科學(xué)研究所小麥品質(zhì)實(shí)驗(yàn)室提供SNP標(biāo)記的KASP分析平臺(tái)，本研究中有關(guān)KASP標(biāo)記分析的內(nèi)容在該實(shí)驗(yàn)室完成。