小麥常用育種技術(shù)研究進展

林曙東

（安徽天勤農(nóng)業(yè)科技有限公司，安徽合肥230000）

小麥是世界上種植面積最廣、生產(chǎn)量最高、貿(mào)易額最高的糧食作物之一，作為我國第二大糧食作物，小麥播種面積占全國耕地面積的20%～30%，其產(chǎn)業(yè)發(fā)展直接關(guān)系到國家糧食安全和社會穩(wěn)定。小麥育種是將已有的遺傳和變異理論應(yīng)用于實踐，通過人工選擇、雜交和定向培育等手段來創(chuàng)造新的小麥品種的過程，現(xiàn)已逐漸形成了以雜交育種為中心，以遠緣雜交、誘變育種、倍性育種、優(yōu)勢利用等相結(jié)合的多種育種途徑，選育出了許多高產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)的優(yōu)質(zhì)品種，對小麥產(chǎn)量的增加、品質(zhì)的改善以及農(nóng)業(yè)資源利用效率的提高起到了重要的作用。鑒于此，筆者從雜交育種、單倍體育種及誘變育種這3種小麥育種主要途徑出發(fā)，對其具體的育種方法進行對比分析和闡述，以期為進一步的小麥育種研究工作奠定基礎(chǔ)。

1 雜交育種

為克服小麥的自然自交授粉方式，雜交制種需要在小麥自交系之間實施有效的異花授粉。對于小麥與近緣植物雜交，如小麥種間，小麥與黑麥屬、山羊草屬、冰草屬、簇毛麥屬、偃麥草屬等屬的物種異染色體系成功創(chuàng)造的報道很多，然而被直接用于小麥育種的小麥-近緣植物染色體易位系的比例還較低。我國在小麥遠緣雜交領(lǐng)域方面的研究一直處于世界前列，翁躍進等相繼報道了小麥與旱麥草屬、賴草屬、披堿草屬、新麥草屬、大麥屬等物種遠緣雜交取得的成功結(jié)果；而小麥與無芒草屬、類大麥屬、棱軸草屬、澳麥草屬、異形花屬、擬鵝觀草屬和鵝觀草屬等的雜交還未見成功的報道。

2 單倍體育種

單倍體育種是近年來科研工作者比較青睞的方法，具有育種年限低、后代選擇效率高等優(yōu)點，主要包括化學(xué)誘導(dǎo)、離體培養(yǎng)、異源細胞質(zhì)誘導(dǎo)、花粉誘導(dǎo)等。

2.1 化學(xué)誘導(dǎo)法

化學(xué)誘導(dǎo)即用D M S O、2，4-D、GA3、N AA等化學(xué)藥劑處理去雄后的小麥柱頭或子房，刺激卵細胞分裂，從而產(chǎn)生單倍體的一種育種方法，該方法誘導(dǎo)率高、成本低、操作簡單，深受研究者青睞。除上述藥劑外，常用的誘導(dǎo)劑還包括T R T A、PCP A、KT、甲苯胺藍、D M S O+GA3、D M S O+KT、D M S O+N AA、D M S O+對氯苯氧乙酸以及D M S O+KT+鄰氯苯氧乙酸等。王金玲等用4種不同試劑處理春小麥，結(jié)果顯示D M S O+對氯苯氧乙酸+C O L+肌醇+I AA+2，4-D+KT效果最好。孫耀中等的研究認為，將小穗剪穎2/3后，于每天19：00將藥液注射到穎花內(nèi)，并套袋是較為理想的小麥化學(xué)誘導(dǎo)方法。

2.2 離體培養(yǎng)法

離體培養(yǎng)是指將小麥的一部分通過無菌操作分離出來，在人工控制的條件下接種于人工配制的培養(yǎng)基上進行離體培養(yǎng)，最終獲得再生植株的技術(shù)，主要包括花粉離體培養(yǎng)和花藥離體培養(yǎng)。

2.2.1 花粉離體培養(yǎng)。小麥花粉培養(yǎng)又稱小孢子培養(yǎng)，主要通過胚胎途徑直接發(fā)育成植株，T U V E SS ON等于1993年率先培養(yǎng)出了小麥的小孢子植株，隨后小麥的花粉培養(yǎng)技術(shù)得到了較廣泛的研究和應(yīng)用。該技術(shù)避免了愈傷組織階段，不僅減少了因孢子體變異而引起的農(nóng)藝性狀退化以及白化苗的產(chǎn)生量，而且提高了單倍體產(chǎn)生頻率。

在進行小麥花粉培養(yǎng)時，要選擇農(nóng)藝性狀優(yōu)良的親本，但其再生能力不僅與親本密切相關(guān)，同時還應(yīng)在適當?shù)呐囵B(yǎng)條件下，選用合適的培養(yǎng)基和外源激素進行培養(yǎng)，有利于小麥花粉植株再生頻率的提高。侯立江等通過鏡檢觀察，小麥成熟花粉在20%蔗糖+10%P E G 4000+40 m g/L H3B O3+3×10-3mol/L C a（NO3）2+10 m g/L V B1中28℃培養(yǎng)30 min，可誘導(dǎo)萌發(fā)頻率高達90%以上。

2.2.2 花藥離體培養(yǎng)。作為小麥單倍體育種中比較成熟的方法之一，花藥離體培養(yǎng)自20世紀70年代開始在我國推廣使用，但目前仍然存在一些難以克服的缺點，如綠苗分化率低、基因依賴型等。大量研究表明，小麥花藥離體培養(yǎng)的出愈率和綠苗再生主要受核基因控制，同時也可能受細胞質(zhì)因素的影響，這為解決小麥花藥的基因型限制問題奠定了一定的理論基礎(chǔ)。小麥的遺傳物質(zhì)對花藥培養(yǎng)的影響最為顯著，宋運賢等采用完全雙列雜交方法對部分皖北栽培小麥花藥誘導(dǎo)率進行估算后表明，新麥208、煙農(nóng)19、煤生0308具有較高的誘導(dǎo)率。

2.3 異源細胞質(zhì)誘導(dǎo)法

20世紀50年代初，K i h ara研究發(fā)現(xiàn)，普通小麥的核和某些山羊草的細胞質(zhì)組成的核質(zhì)雜種，可以高頻率地產(chǎn)生單倍體。該方法操作簡單、頻率高，誘導(dǎo)產(chǎn)生的單倍體種子均可發(fā)育正常、生長良好、容易加倍。對于異源細胞質(zhì)誘導(dǎo)產(chǎn)生單倍體的細胞來源，馬三梅等用有芒的不育系和無芒的父本進行雜交，再用無芒的不育系和有芒的父本進行雜交，觀察其后代證實，單倍體細胞由胚囊中的細胞發(fā)育而成；孫善英則認為，單倍體細胞來源于無配子生殖。

2.4 花粉誘導(dǎo)法

2.4.1 異種屬花粉延遲授粉。該法是通過授粉刺激卵細胞單性發(fā)育，而非使小麥卵細胞受精，已失去受精能力的成熟卵細胞授粉后花粉管仍會發(fā)育，從而刺激卵細胞發(fā)生分裂，進行孤雌生殖。胡啟德等分別用硬粒小麥、圓錐小麥和黑麥的花粉對普通小麥進行延遲授粉，其F1孤雌生殖，誘導(dǎo)率最高可達6.7%；賈靜鸞等將普通小麥品種間雜種F1作母本，用黑麥和硬粒小麥授粉，結(jié)果顯示去雄后8 d授粉效果最好；而李德炎和杜連恩等分別研究表明，小麥去雄后延遲7～9 d授粉，可獲得較好的誘導(dǎo)效果，以延遲7 d誘導(dǎo)效果最佳。

2.4.2 輻射花粉授粉。該法是指用γ，X，60C o，32P等射線或紫外線照射花粉后給去雄母本授粉，誘導(dǎo)小麥發(fā)生孤雌生殖。研究認為，受到輻射后精子雖失去了受精能力，但花粉管照常萌發(fā)，刺激了卵細胞分裂而產(chǎn)生了單倍體；若受精不完全，則會產(chǎn)生非整倍體。胡啟德等用60C o-γ射線照射花粉后授粉，小麥單倍體誘導(dǎo)率為7.5%；李德炎用X射線照射花粉授粉，誘導(dǎo)率可達17.6%。

2.4.3 染色體消除型遠緣花粉授粉。1975年，B arcla y首先報道了以球莖大麥為父本與普通小麥進行屬間雜交，結(jié)果父本染色體消失而產(chǎn)生了小麥單倍體。此后，許多研究打破了小麥族內(nèi)種間雜交的局限，先后報道了普通小麥與高粱、玉米、珍珠粟、鴨茅狀摩擦禾、大芻草等雜交，也可以產(chǎn)生小麥單倍體。

3 誘變育種

誘發(fā)突變技術(shù)是利用各種理化因素誘發(fā)各種有用的突變基因，進而誘發(fā)遺傳變異，以獲得各種類型的有用突變體，并在此基礎(chǔ)上擇優(yōu)，直接或間接育成新品種。在當下遺傳資源日益枯竭、現(xiàn)有種質(zhì)資源缺乏的狀況下，誘變技術(shù)可有效改良小麥熟期、株高、穗粒數(shù)、抗病性等性狀[4]，具有育種周期短、突變譜較寬、突變頻率較高、后代性狀穩(wěn)定等優(yōu)點，逐漸成為小麥的重要育種方法之一。

自20世界50年代末期我國小麥育種工作采用誘變技術(shù)以來，幾乎每年都有新品種問世，已誘變育成小麥新品種多個，如鄭六輻、新曙光1號、魯滕1號、寧麥3號、鄂麥9號、山農(nóng)輻63、金豐1號、小偃6號、豫原1號、原豐4號、龍輻麥16號等，并在生產(chǎn)上進行了大范圍的種植推廣，產(chǎn)生了卓越的經(jīng)濟和社會效益。近年來，我國利用航天誘變技術(shù)育成的小麥新品種——太空5號、6號已進入生產(chǎn)應(yīng)用；利用該技術(shù)還獲得了小麥新種質(zhì)S P8581和S P801，集各優(yōu)良性狀如抗病、強筋、極早熟等于一體；通過離子束注入小麥誘變育種已先后培育出皖麥32號、42號、43號等綜合性狀優(yōu)良的優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)小麥新品種。這些品種的育成不僅為我國跨入了世界誘變育種的先進行列做出了重要貢獻，更是為保障我國小麥高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)奠定了堅實的基礎(chǔ)。

2008年，在維也納舉行的國際植物誘變技術(shù)大會提出了高通量突變篩選技術(shù)等新技術(shù)和新方法，并就一些熱點問題，諸如基因組時代研究誘發(fā)突變的挑戰(zhàn)和機遇等進行了討論，這也為今后誘變育種技術(shù)的研究指明了方向。