抗寒節(jié)水高產(chǎn)國(guó)審小麥新品種‘臨旱8號(hào)’選育研究

劉新月，劉 莉，張松令，衛(wèi)云宗

（山西農(nóng)業(yè)大學(xué)小麥研究所，山西臨汾041000）

0 引言

小麥在中國(guó)糧食安全方面發(fā)揮著重要作用[1-2]。中國(guó)有近1/3的小麥?zhǔn)窃诤档胤N植[3]，隨著氣候變暖，干旱缺水日趨加劇，中國(guó)糧食安全及生態(tài)安全受到嚴(yán)重威脅[4-6]。在中國(guó)黃淮干旱麥區(qū)培育抗旱高產(chǎn)小麥品種尤為重要[7]。隨著人們生活和健康水平的提高，其食品消費(fèi)觀念向多樣化、營(yíng)養(yǎng)化等方面改變，對(duì)小麥加工和營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)的要求也在不斷提高。目前大部分旱地小麥品種仍不能滿足食品加工業(yè)對(duì)優(yōu)質(zhì)面粉的需求，優(yōu)質(zhì)旱地小麥品種較少[8-9]。且長(zhǎng)期以來(lái)小麥抗旱育種主要側(cè)重抗旱目標(biāo)性狀的選擇，忽略了水分高效利用和高產(chǎn)性狀方面的協(xié)同，同時(shí)對(duì)小麥營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)改良重視不夠。但隨著旱地小麥生產(chǎn)水平的提高，和民眾食品消費(fèi)對(duì)優(yōu)質(zhì)小麥的大量需求，創(chuàng)新培育優(yōu)質(zhì)抗旱高產(chǎn)營(yíng)養(yǎng)型小麥成為當(dāng)務(wù)之急。近年來(lái)，利用分子標(biāo)記輔助和基因模塊組裝分子設(shè)計(jì)育種等已成為小麥育種的新方向，且取得了一定的進(jìn)展[10-11]。本研究圍繞優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)、抗旱廣適的育種目標(biāo)，合理優(yōu)化親本配置，采用系譜遠(yuǎn)緣雜交育種法，早代水旱地交替選擇，高代異地生態(tài)鑒定，形態(tài)表型鑒定配合抗旱基因鑒定和分子標(biāo)記輔助選擇新方法[12-14]，實(shí)現(xiàn)抗旱優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)廣適性狀互補(bǔ)組裝，育成抗寒節(jié)水、抗干熱風(fēng)等抗逆性強(qiáng)、優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)的小麥新品種‘臨旱8號(hào)’。期待在優(yōu)化組配優(yōu)質(zhì)、抗旱、高產(chǎn)種質(zhì)資源的基礎(chǔ)上，在黃淮旱地小麥綠色可持續(xù)高質(zhì)量發(fā)展、促進(jìn)鄉(xiāng)村振興、品牌糧食建設(shè)、強(qiáng)化國(guó)民食品安全和營(yíng)養(yǎng)多樣化等方面發(fā)揮重要作用。

1 材料與方法

1.1 材料選擇

‘臨旱8號(hào)’以‘晉麥79號(hào)’為母本、‘臨旱5408’為父本，于2005年雜交選育而成。母本‘晉麥79號(hào)’是山西省農(nóng)業(yè)科學(xué)院小麥研究所選育的，該品種冬性，分蘗力較強(qiáng)，穗層整齊，落黃好，抗干熱風(fēng)，是山西省和黃淮旱地主推品種之一，在陜西、寧夏等地有大面積種植?！R旱5408’是山西省農(nóng)業(yè)科學(xué)院小麥研究所旱地小麥育種室創(chuàng)制的抗旱高產(chǎn)小麥種質(zhì)材料，主要特點(diǎn)是抗旱、高產(chǎn)、抗病、多花多實(shí)、熟期偏早。

1.2 試驗(yàn)方法

利用現(xiàn)代分子育種思路與常規(guī)育種技術(shù)相融合，在‘臨旱8號(hào)’的選育過(guò)程中，進(jìn)行了8個(gè)抗旱相關(guān)基因模塊組裝的檢測(cè)，和10個(gè)與水分高效利用緊密連鎖的分子標(biāo)記輔助選擇育種實(shí)踐，選育出了耐旱優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)廣適抗旱品種。

1.3 選育流程

‘臨旱8號(hào)’是以抗旱廣適性品種‘晉麥79號(hào)’為母本、優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)‘臨旱5408’為父本雜交，采用系譜法選育而成的（見(jiàn)表1）。F0收獲種子52粒；F1在水地條件種植2行，考察其抗病性和豐產(chǎn)性，全組合收獲；F2在旱地種植8行小區(qū)，表現(xiàn)分離類型豐富，選優(yōu)良單株96株，考種淘汰選留36株，株高平均80 cm左右，單株成穗8～ 10個(gè)；F3種株系，收獲10個(gè)株系構(gòu)成了下代的選擇系群；F4在田間考察各系群的抗逆性及主要農(nóng)藝性狀，收獲時(shí)選擇了3個(gè)系群，這些系群具有抗旱耐凍、成穗多、結(jié)實(shí)性好等特點(diǎn)；F5選符合育種目標(biāo)且性狀優(yōu)良的株系在水、旱2種環(huán)境下進(jìn)行綜合鑒定。

表1 ‘臨旱8號(hào)’品種選育流程

2 結(jié)果與分析

2.1 遺傳基礎(chǔ)豐富，基因具有多樣性

‘臨旱8號(hào)’組合聚合了雙親的優(yōu)良基因。該品種雙親系譜間具有遠(yuǎn)緣性（圖1）。母本‘晉麥79號(hào)’的親本血緣主要來(lái)源于不同國(guó)家，具備良好的抗病性和豐產(chǎn)性；父本‘臨旱5408’聚合了北部和黃淮2個(gè)冬麥區(qū)的地方種質(zhì)，還融合了外源遺傳種質(zhì)，具備獨(dú)特的抗逆性和適應(yīng)性。雙親基因背景存在顯著的地理遠(yuǎn)緣、生態(tài)遠(yuǎn)緣和種質(zhì)遠(yuǎn)緣，通過(guò)雜交使高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)、抗病、抗旱耐寒、抗干熱風(fēng)等優(yōu)良性狀基因重組，使‘臨旱8號(hào)’融合了更多的優(yōu)異性狀，有效提高了新品種的豐產(chǎn)性和多抗性。

圖1 ‘臨旱8號(hào)’系譜圖

2.2 生物學(xué)特性

‘臨旱8號(hào)’為半冬性中熟多穗型品種，幼苗匍匐，葉片細(xì)長(zhǎng)，葉色黃綠，分蘗力強(qiáng)。早春發(fā)育快，可以充分利用低溫，返青拔節(jié)早，兩極分化較快，生長(zhǎng)穩(wěn)健，能降低“倒春寒”引起的不育不實(shí)發(fā)生比率。株型較緊湊，通風(fēng)透光性好，株高77.8 cm，抗倒性較強(qiáng)。穗層整齊度好，長(zhǎng)相好，穗紡錘形，飽滿度一般。護(hù)穎橢圓形，穎肩丘肩，穎嘴銳形，小穗密度中。粒形橢圓形，長(zhǎng)芒，白殼，白粒，角質(zhì)。一般穗數(shù)571.5萬(wàn)～ 615.0萬(wàn)/hm2，穗粒數(shù)30.9個(gè)，千粒重34.8 g，產(chǎn)量三因素協(xié)調(diào)，抗旱耐寒、高產(chǎn)廣適、抗青干、多花多實(shí)，成熟落黃好。

2016—2017年、2017—2018年經(jīng)農(nóng)業(yè)部谷物及制品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心（北京）檢測(cè)，粗蛋白（干基）13.43%、14.16%，容重779、733 g/L，面粉濕面筋（以14%水分計(jì)）31.1%、31.5%，穩(wěn)定時(shí)間4.8、4.3 min，形成時(shí)間8.1 min，吸水率58.1%、59.0%，是適宜黃淮麥區(qū)旱地大面積種植的抗旱綠色優(yōu)質(zhì)中筋高產(chǎn)小麥品種。

2.3 組裝檢測(cè)抗旱相關(guān)基因和水分利用效率分子標(biāo)記模塊

2015年在該品種農(nóng)藝性狀穩(wěn)定后，經(jīng)中國(guó)科學(xué)院遺傳與發(fā)育生物學(xué)研究所農(nóng)業(yè)資源研究中心抗旱相關(guān)基因和水分利用效率分子標(biāo)記的模塊組裝的檢測(cè)，‘臨旱8號(hào)’含有8個(gè)抗旱基因，包括表皮蠟質(zhì)相關(guān)基因Cer1，表皮蠟質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)相關(guān)基因Cer5，蠟質(zhì)合成通路中的基因Cer6，水通道蛋白基因AQP1a，蘋果酸酶基因NADP-ME1、NADP-ME2，WRKY 轉(zhuǎn)錄因子WRKY2、WRKY19；10個(gè)與水分高效利用緊密連鎖的SSR分子標(biāo)記，包括 Xgwm644-3B、CWM539-3A、Xgwm186-5A、Xgwm156-5A、Xgwm471-7A、Xgwm122-2A、Xgwm595-5、WMC410-5A、CWM461-7A、WMC3-3B。表明通過(guò)抗旱、水分高效利用與優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)種質(zhì)優(yōu)化組配，可實(shí)現(xiàn)抗旱優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)育種目標(biāo)的結(jié)合[15-17]。通過(guò)利用抗旱相關(guān)基因模塊組裝檢測(cè)，和水分高效利用分子標(biāo)記輔助選擇，實(shí)現(xiàn)與常規(guī)育種技術(shù)的有效結(jié)合，提高高質(zhì)量品種的選擇效率。

2.4 產(chǎn)量表現(xiàn)

該品種2011—2012年度參加山西省農(nóng)業(yè)科學(xué)院小麥研究所品系比較試驗(yàn)，平均產(chǎn)量6255.8 kg/hm2，比對(duì)照‘晉麥47號(hào)’增產(chǎn)7.0%；2012—2013年度平均產(chǎn)量4382.3 kg/hm2，比對(duì)照種增產(chǎn)6.2%；2013—2014年度平均產(chǎn)量6825.0 kg/hm2，比對(duì)照種增產(chǎn)18.2%（表2）。2012—2014年3年平均產(chǎn)量5281.0 kg/hm2，比對(duì)照種增產(chǎn)10.5%?！R旱8號(hào)’2014—2015年度參加黃淮冬麥區(qū)旱地組品種比較試驗(yàn)，23個(gè)點(diǎn)匯總，10個(gè)點(diǎn)增產(chǎn)，平均產(chǎn)量4977.0 kg/hm2，比對(duì)照‘晉麥47號(hào)’減產(chǎn)4.6%；2015—2016年度第二年參試，20點(diǎn)匯總，15點(diǎn)增產(chǎn)，平均產(chǎn)量5955.0 kg/hm2，比對(duì)照種增產(chǎn)7.2%（表2）。2015—2016年2年平均產(chǎn)量5466.05 kg/hm2，比對(duì)照種增產(chǎn)1.3%。

該品種2016—2017年度參加黃淮冬麥區(qū)旱薄組區(qū)域試驗(yàn)，13點(diǎn)匯總，12點(diǎn)增產(chǎn)，≥2.0%的增產(chǎn)點(diǎn)率92.3%，平均產(chǎn)量4875.0 kg/hm2，比對(duì)照‘晉麥47號(hào)’增產(chǎn)6.6%，增產(chǎn)達(dá)極顯著水平。2017—2018年度10點(diǎn)匯總，9點(diǎn)增產(chǎn)，≥2.0%的增產(chǎn)點(diǎn)率90%，平均產(chǎn)量4872.0 kg/hm2，較對(duì)照種增產(chǎn)7.4%，增產(chǎn)達(dá)顯著水平。2年平均產(chǎn)量4873.5 kg/hm2，較對(duì)照種增產(chǎn)7.0%，≥2.0%的增產(chǎn)點(diǎn)率91.2%（表2）。2018—2019年度參加黃淮冬麥區(qū)旱薄組生產(chǎn)試驗(yàn)7點(diǎn)匯總，7點(diǎn)增產(chǎn)，≥2.0%的增產(chǎn)點(diǎn)率100%，平均產(chǎn)量4656.0 kg/hm2，比對(duì)照種‘晉麥47號(hào)’增產(chǎn)8.4%（表2）。

表2 2012—2019年‘臨旱8號(hào)’與對(duì)照‘晉麥47號(hào)’產(chǎn)量對(duì)比

‘臨旱8號(hào)’2016—2017年度參加黃淮冬麥區(qū)旱薄組區(qū)域試驗(yàn)，有效穗數(shù)615.0萬(wàn)個(gè)/hm2，較對(duì)照種高49.5個(gè)/hm2，穗粒數(shù)31.4個(gè)，較對(duì)照種多1.7個(gè)，千粒重34.6 g，株高78.7 cm，較對(duì)照種降低13.1 cm；2017—2018年度有效穗數(shù)571.5萬(wàn)個(gè)/hm2，較對(duì)照種高60.0萬(wàn)個(gè)/hm2，穗粒數(shù)30.4個(gè)，較對(duì)照種多1.6個(gè)，千粒重34.9 g，株高77.8 cm，較對(duì)照種降低7.2 cm（表3）。2年平均有效穗數(shù)593.9萬(wàn)個(gè)/hm2，較對(duì)照種高55.4萬(wàn)個(gè)/hm2，穗粒數(shù)31.2個(gè)，較對(duì)照種多2.7個(gè)，千粒重34.8 g，較對(duì)照種低4.7 g，株高77.8 cm，較對(duì)照種降低10.6 cm。

表3 ‘臨旱8號(hào)’2017—2018年與‘晉麥47號(hào)’性狀對(duì)比

‘臨旱8號(hào)’2018—2019年度有效穗數(shù)612.0萬(wàn)個(gè)/hm2，較對(duì)照種高63.0萬(wàn)個(gè)/hm2，穗粒數(shù)30.3個(gè)，較對(duì)照種多2.4個(gè)，千粒重37.1 g，較對(duì)照種低4.9 g，株高74.3 cm，較對(duì)照種降低8.3 cm（表4）。

表4 ‘臨旱8號(hào)’2018—2019年度與‘晉麥47號(hào)’性狀對(duì)比

2.5 抗逆性

據(jù)北京市延慶市種子站（國(guó)家農(nóng)作物品種審定委員會(huì)指定的農(nóng)作物品種抗寒性鑒定單位）抗寒性鑒定，2016—2017年度抗寒性級(jí)別1，抗寒性好；2017—2018年度越冬死莖率3.1%，抗寒性級(jí)別1，抗寒性好?！R旱8號(hào)’連續(xù)2年凍害程度低于對(duì)照‘晉麥47號(hào)’，越冬百分率高于對(duì)照種，抗寒級(jí)別、抗寒評(píng)價(jià)均分別為1級(jí)和好（表5）‘，臨旱8號(hào)’既抗冬季凍害又抗“倒春寒”。

據(jù)河南省洛陽(yáng)農(nóng)林科學(xué)院（國(guó)家農(nóng)作物品種審定委員會(huì)指定的農(nóng)作物品種抗旱性鑒定單位）抗旱性鑒定，2016—2017年度抗旱指數(shù)0.904，抗旱性達(dá)3級(jí)，抗旱性中等；2017—2018年度抗旱指數(shù)0.908，抗旱性達(dá)3級(jí)，抗旱性中等（表5）。該品種抗旱指數(shù)和抗旱級(jí)別與對(duì)照‘晉麥47號(hào)’相比水平相當(dāng)，抗旱性達(dá)到了“好”（中級(jí)）的標(biāo)準(zhǔn)，屬于抗旱型品種。

經(jīng)中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院植物保護(hù)研究所抗病性鑒定，‘臨旱8號(hào)’2016—2017年度高感條銹病、葉銹病、白粉病、紋枯病和黃矮病，2017—2018年度高感條銹病，高感葉銹病，高感白粉病，高感紋枯病，中感黃矮?。ū?）。

該品種2016—2017年度、2017—2018年度參加黃淮冬麥區(qū)旱薄組區(qū)域試驗(yàn)，2016—2017年度倒伏點(diǎn)率37.6%，對(duì)照種倒伏點(diǎn)率85.0%；2017—2018年度倒伏點(diǎn)率30.0%。2年平均對(duì)照種倒伏點(diǎn)率超70.0%以上，‘臨旱8號(hào)’莖稈彈性好，抗倒伏能力強(qiáng)（表5）?！R旱8號(hào)’可在山西晉南，陜西寶雞、咸陽(yáng)、銅川，河南及河北滄州旱薄地種植，適宜范圍廣。

表5 ‘臨旱8號(hào)’2017—2018年度黃淮冬麥區(qū)旱薄組區(qū)試試驗(yàn)與對(duì)照種抗逆性對(duì)比

3 結(jié)論

采用系譜遠(yuǎn)緣性狀聚合雜交選育的‘臨旱8號(hào)’，繼承了親本的優(yōu)良性狀，產(chǎn)量、品質(zhì)、抗性等綜合性狀，在雨養(yǎng)條件下產(chǎn)量一般可達(dá)到4873.5～ 5395.5 kg/hm2左右，最高產(chǎn)量達(dá)6255.8 kg/hm2左右，超越黃淮麥區(qū)旱地生產(chǎn)推廣的小麥產(chǎn)量水平；營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)良好，平均蛋白質(zhì)含量為13.78%，穩(wěn)定時(shí)間4.6 min、形成時(shí)間8.1 min。本研究對(duì)‘臨旱8號(hào)’的選育過(guò)程、特征特性、產(chǎn)量表現(xiàn)等進(jìn)行分析，為提高旱地小麥育種水平提供了科學(xué)依據(jù)，有利于推進(jìn)小麥產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整。

黃淮旱地麥區(qū)干旱少雨，水資源嚴(yán)重不足，災(zāi)害性天氣較多[18]。通過(guò)選育和推廣耐寒節(jié)水高產(chǎn)高效小麥新品種，可使當(dāng)?shù)匦←溤霎a(chǎn)在5%以上，并使品質(zhì)和抗性得到提高[19]。同時(shí)，研制以提高自然水分利用效率為中心的良種良法高產(chǎn)配套栽培技術(shù)[20-21]，在生產(chǎn)上大面積推廣應(yīng)用，不僅保證小麥的高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)，而且可以有效節(jié)約水資源[22]。對(duì)促進(jìn)旱地小麥生產(chǎn)健康可持續(xù)發(fā)展，保障國(guó)民口糧安全、食品安全，貫徹中央十四五規(guī)劃中提出的“提高農(nóng)業(yè)質(zhì)量效益和競(jìng)爭(zhēng)力，深入實(shí)施藏糧于地、藏糧于技戰(zhàn)略，強(qiáng)化農(nóng)業(yè)科技和裝備支撐，提高農(nóng)業(yè)良種化水平”具有極其重要的意義。

4 討論

受氣候變暖、水資源日益枯竭和分布不均的影響，中國(guó)小麥主產(chǎn)區(qū)黃淮冬麥區(qū)小麥生育期內(nèi)，以干旱為主的自然災(zāi)害不斷發(fā)生且嚴(yán)重度增加，培育抗旱水分高效利用和高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)優(yōu)質(zhì)小麥新品種，成為黃淮麥區(qū)重要的育種目標(biāo)[23-24]。隨著人民生活水平的提高，對(duì)優(yōu)質(zhì)小麥需求日益增大。但過(guò)去的小麥抗旱育種注重了抗旱性選擇，忽略了優(yōu)質(zhì)抗逆性、豐產(chǎn)性和穩(wěn)產(chǎn)性的協(xié)調(diào)同步選擇。筆者以抗旱高產(chǎn)廣適的旱地主推品種‘晉麥79號(hào)’為母本，以優(yōu)質(zhì)、抗旱、高產(chǎn)、抗病、多花多實(shí)、熟期偏早的品系‘臨旱5408’為父本，早代重點(diǎn)選擇抗逆和優(yōu)質(zhì)性狀，同時(shí)在不同水分條件下交替選擇，高代多點(diǎn)異地生態(tài)綜合抗逆性、豐產(chǎn)性鑒定[25]，通過(guò)利用現(xiàn)代分子生物技術(shù)發(fā)掘優(yōu)異的抗旱基因和水分利用效率分子標(biāo)記，定向培育出耐寒節(jié)水、優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)廣適的‘臨旱8號(hào)’新品種，解決了目前黃淮旱地小麥高產(chǎn)不優(yōu)質(zhì)、優(yōu)質(zhì)不高產(chǎn)的不足。‘臨旱8號(hào)’在生產(chǎn)大面積種植時(shí)將會(huì)發(fā)揮其高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)抗旱等優(yōu)點(diǎn)，提高黃淮旱地小麥產(chǎn)量，保障旱地小麥產(chǎn)業(yè)持續(xù)健康綠色高質(zhì)量發(fā)展；有效應(yīng)對(duì)氣候變化引起的干旱等異常天氣的頻發(fā)，提高小麥的適應(yīng)性；為保障國(guó)家糧食安全、豐富人民食品營(yíng)養(yǎng)類型，促進(jìn)鄉(xiāng)村振興，實(shí)現(xiàn)全面建成小康社會(huì)、打贏脫貧攻堅(jiān)戰(zhàn)做出應(yīng)有貢獻(xiàn)。