雜交與輻射誘變相結合選育高產優質小麥新品種的研究

陳曉杰 楊保安 范家霖 張福彥 王 浩 陳云堂 程仲杰 崔 龍 張建偉

（1河南省科學院同位素研究所有限責任公司/河南省核農學重點實驗室，鄭州450015；2河南省豫豐種業有限公司，鄭州450001）

小麥是我國最主要的糧食作物之一，隨著生活水平的日益提高，人們對小麥品質的要求也越來越高[1]。但長期以來，我國小麥育種以增加產量和提高抗病性為主要目標，而對小麥品質的遺傳改良研究不夠重視，致使國內目前的小麥生產尚不能滿足專用粉市場需求，市場對優質專用小麥的需求量將越來越大[2]。20世紀80年代中后期，小麥品質改良開始受到重視，小麥品質也成為小麥育種和生產的重要目標。經過30多年的努力，我國小麥品種結構有所改善，但達標樣品比例較低，2000-2016年在國審小麥審定品種中，強筋品種占審定品種的10.5%，中強筋品種占22.3%，中筋品種占66.5%，弱筋品種不到1%[3]。而對2006-2015年我國小麥主產區742個小麥品種7561份樣品進行品質分析發現：強筋小麥樣品比例占總樣品量的21.0%，年度間呈下降趨勢，從41.0%降低到14.2%；達標的強筋小麥比例更低，僅占總樣品量的4.8%，年度間呈下降趨勢，從6.7%降低到2.0%[4]。說明我國小麥總體質量表現為中筋小麥水平，強筋小麥缺口嚴重，亟需從品種改良入手，培育強筋小麥品種，改善品質結構，提升小麥質量。但小麥的優質和高產都是涉及多個因素的復雜綜合性狀，且產量性狀與品質性狀間存在不同程度的負相關，依靠傳統的自然雜交可以有效實現不同來源優良基因型的累加重組，但對于基因連鎖現象就很難奏效[5-6]。而誘發突變不僅可以創造新基因，還能有效打破優良基因與不良基因的連鎖現象，促進更廣泛的基因重組，國內外利用該項技術在誘導小麥株高降低、提高產量、增加蛋白質含量、提早成熟等方面已經取得了大量的成果[7-10]。幾十年來，我國利用誘變技術不僅創造了豐富的種質材料，還育成了140多個小麥品種，僅次于雜交育種，包括山農輻63、揚輻6號、鄭六輻、小偃6號等著名品種，為中國小麥增產和農業發展作出了重要貢獻[7，11-14]。前人對輻射與雜交結合提高小麥輻射育種效果也進行了探討和實踐，先后選育出龍輻麥17號、煙輻188、新春26號、豫同843和西輻13號等幾十個小麥品種[15-19]。這表明，將誘變處理與傳統雜交育種結合更能發揮不同技術途徑的優勢，促進小麥優質、高產新品種創新研究。因此，本研究將輻照誘變技術和傳統雜交技術相結合，并利用國外先進品質分析儀器對重要品質指標進行跟蹤檢測，選育高產、穩產、優質小麥新品種。

1 材料與方法

1.1 親本材料選配 選用河南科技學院小麥育種中心茹振鋼教授培育的半冬性、高產穩產、抗倒耐旱、抗凍抗病、根系活力強、適應能力強、落黃好的品種矮抗58為母本，以我國著名小麥育種家鄭天存先生育成的半冬性、超高產、多抗、廣適小麥品種周麥18號為父本進行雜交，組配矮抗58/周麥18單交組合。

選用半冬性、超高產、多抗、廣適小麥品種周麥18號為母本，以矮稈、大穗、抗倒、早熟、高產新種質豫同198（60Co- γ射線輻射矮抗58選育的高代品系）為父本進行雜交，組配周麥18/豫同198單交組合。

1.2 雜交、輻射結合選育高產優質小麥品種技術路線 精選親本配制高產雜交組合，利用60Co-γ射線對雜交F0或F1干種子進行輻照處理，以此在雜交重組的基礎上再增加一些突變或打斷一些基因連鎖產生更多的基因重組。然后逐世代按系譜法選育，從F2M2或F3M2世代開始利用近紅外品質分析儀和微型粉質儀對田間表現突出的株行進行品質指標的檢測，對品質優異的株行在以后的世代繼續對其重要品質指標進行跟蹤檢測。經過2~3個世代對品質指標進行定向跟蹤篩選后，對穩定株系進行產量比較試驗，并對產量突出的品系進行綜合品質分析，最終選育出既高產又優質的小麥新品種。

1.2.1 鄭品麥8號的選育過程 2004年配制雜交組合矮抗58/周麥18，2005年收獲F1種子，田間播種前利用60Co-γ射線（250GY）處理雜交F1干種子（F1M0），然后逐世代按系譜法選育，并從F3M2開始利用近紅外品質分析儀和微型粉質儀對田間表現突出的株行進行品質指標的檢測，對品質優異的株行在以后世代繼續對其重要品質指標進行跟蹤檢測。于2009年育成農藝性狀穩定一致、品質優良的小麥新品系豫同09-65；2009-2011年參加河南省科學院同位素研究所有限責任公司和河南金苑種業有限公司聯合開展的多點產比試驗，表現突出；2011-2012年度參加黃淮冬麥區南片冬水組品種預備試驗，定名為鄭品麥8號。2012-2014年參加黃淮冬麥區南片冬水組品種區試；2014-2015年度參加黃淮冬麥區南片冬水組生產試驗。于2016年通過國家農作物品種審定委員會審定，審定編號為：國審麥2016014。

1.2.2 豫豐11的選育過程 2005年配制雜交組合周麥18/豫同198，當年獲得328粒雜交種，播種前利用60Co-γ射線（200GY）處理雜交F0干種子（F0M0），2006年 F1M1干種子全部收獲，編號：08611。F2M2世代種植6000株，于2007年田間選擇了106個優良單株，經室內考種淘汰保留85株，然后逐世代按系譜法選育，并從F3M3開始利用近紅外品質分析儀和微型粉質儀對田間表現突出的株行進行品質指標的檢測，對品質優異的株行在以后世代繼續對其重要品質指標進行跟蹤檢測。經過多世代品質定向檢測和2010-2012年的2年多點比較鑒定試驗，于2012年育成半冬性、高產優質小麥新品系豫同12-84。2012-2013年參加黃淮冬麥區南片冬水組品種比較試驗，定名為豫豐11；2014-2016年度參加黃淮冬麥區南片冬水組品種區試；2016-2017年度參加黃淮冬麥區南片冬水組生產試驗。于2018年通過國家農作物品種審定委員會審定，審定編號為：國審麥20180017。

2 結果與分析

2.1 產量水平 2012-2013年度鄭品麥8號參加黃淮冬麥區南片冬水組區域試驗，17點匯總，平均產量 7243.5kg/hm2，比周麥 18（CK）增產 4.15%，達顯著水平，增產點率88.2%；2013-2014年度續試，20點匯總，平均產量8745.0kg/hm2，比周麥18（CK）增產3.95%，達到極顯著水平，增產點率90.0%。2014-2015年度參加黃淮冬麥區南片冬水組生產試驗，產量為 8370.0kg/hm2，比周麥 18（CK）增產5.71%，增產點率95.2%。區試、生產試驗平均產量8119.5kg/hm2，比周麥 18（CK）增產 4.60%，增產點率 91.1%（表 1）。

2014-2015年度豫豐11參加黃淮冬麥區南片冬水組區域試驗，19點匯總，平均產量8203.5kg/hm2，比周麥18（CK）增產5.40%，達極顯著水平，增產點率94.7%；2015-2016年度續試，23點匯總，平均產量 8056.5kg/hm2，比周麥18（CK）增產 5.17%，達到極顯著水平，增產點率87.0%。2016-2017年度參加黃淮冬麥區南片冬水組生產試驗，產量 為 8643.0kg/hm2，比周麥 18（CK）增產 5.27%，增產點率100.0%。區域試驗、生產試驗平均產量8301.0kg/hm2，比周麥 18（CK）增產 5.28%，增產點率93.9%（表 1）。

表1 鄭品麥8號、豫豐11在黃淮冬麥區試驗中的產量表現

2.2 品質分析 在農業部谷物品質監督檢驗測試中心（北京）對區域試驗中的鄭品麥8號和豫豐11抽混合樣進行品質檢測（表2）。鄭品麥8號2013年、2014年品質檢測結果為：容重799g/L、816g/L，硬度指數 67、65，蛋白質（干基）含量 15.13%、14.32%，濕面筋含量 32.0%、30.2%，沉降值 37.2mL、28.1mL，吸水率 57.6%、60.3%，穩定時間 8.0min、7.9min，最大抗延阻力 456E.U.、378E.U.，拉伸面積 88cm2、71cm2，延 伸 性 143mm、137mm。2015年、2016年豫豐11品質檢測結果為：容重814g/L、808g/L，硬度指數61，蛋白質（干基）含量15.06%、13.90%，濕面筋含量30.9%、29.7%，沉降值38.6mL，吸水率60.3%，穩定時間8.0min、9.7min，最大抗延阻力254E.U.，拉伸面積 64cm2，延伸性 188mm。

表2 鄭品麥8號和豫豐11主要品質指標測試結果

參考《主要農作物品種審定標準2014——小麥品種類型》，鄭品麥8號和豫豐11的2年品質指標均達到強筋小麥品質標準。參考GB/T 17320-2013《小麥品種品質分類》標準，鄭品麥8號的硬度指數、蛋白質（干基）含量、濕面筋含量、穩定時間、最大抗延阻力等指標均達到強筋小麥品質標準，而吸水率、拉伸面積達到中強筋小麥標準，沉降值達到中筋小麥標準；豫豐11的硬度指數、蛋白質（干基）含量、濕面筋含量、吸水率、穩定時間等指標達到強筋小麥品質標準，沉降值達到中強筋小麥品質標準，最大抗延阻力和拉伸面積達到中筋小麥標準。

2.3 特征特性及抗性分析 鄭品麥8號屬半冬性中早熟品種，全生育期226d，成熟期比周麥18（CK）略早。幼苗匍匐，苗勢壯，葉片寬卷，葉色濃綠，冬季抗寒性中等。分蘗力較強，成穗率偏低。春季起身拔節早，兩極分化快，耐倒春寒能力一般，耐高溫能力一般，熟相較好。株高81cm左右，抗倒性較弱，株型松散，旗葉寬長、下披，穗層厚，穗葉同層。穗紡錘形，小穗稀，長芒、白殼、白粒，籽粒半角質、飽滿度較好。平均畝穗數39.1萬穗，穗粒數31.4粒，千粒重47.1g。田間自然發病情況：高感白粉病、葉銹病，赤霉病較重，中感紋枯病、葉枯病。2013年、2014年中國農業科學院植物保護研究所人工接種鑒定結果為：條銹病近免疫/免疫，紋枯病高感/高感，葉銹病高感/高感，白粉病高感/高感，赤霉病高感/高感。

豫豐11屬半冬性中早熟品種，全生育期228d，成熟期比周麥18（CK）略早。幼苗半直立，苗勢旺，葉片寬短直立，葉色黃綠，冬季抗寒性較好。分蘗力中等，成穗率較高。春季起身拔節早，兩極分化較快，抽穗早，耐倒春寒能力一般，耐高溫能力一般，熟相較好。株高80cm左右，莖稈彈性一般，抗倒性中等，株型稍松散，旗葉寬長、內卷、上沖，穗層厚，穗紡錘形，穗中等，穗碼密，中長芒、白殼、白粒，籽粒半角質、飽滿度較好。平均畝穗數39萬穗，穗粒數32粒，千粒重48g。田間自然發病：高感葉銹病、白粉病，紋枯病較重，赤霉病中等，條銹病輕，黃花葉病毒病輕度發生。2015年、2016年中國農業科學院植物保護研究所人工接種抗性鑒定結果為：條銹病中抗/高抗，紋枯病中抗/高感，葉銹病中感/中抗，白粉病高感/高感，赤霉病高感/高感。

3 結論與討論

我國小麥品種品質改良工作已經進行了近30年，一批強筋小麥品種豫麥34、鄭麥9023、煙農19、高優 503、藁城 8901、新麥 26、鄭麥 366、西農 979等陸續被選育和推廣，我國小麥品種品質結構有所改善，但強筋品種和弱筋品種比例偏低，仍然以中筋品種為主。我國優質強筋小麥品種占有比例從20世紀80年代至21世紀初逐漸提升，但近年來隨著我國小麥生產產量不斷提高、實現小麥總產“十二連增”，主要品質性狀則出現下滑趨勢[4，20-21]，導致加工企業需要大量進口國外強筋小麥以補充日益增長的市場需求量，或者通過添加各種添加物以改良面粉或面制品品質。我國小麥生產的主要矛盾已由總量不足轉變為結構性矛盾，推進農業供給側結構性改革、提質增效成為重要任務。因此，培育出既優質又高產、抗病、抗逆的強筋小麥新品種，提升我國小麥質量成為急需解決的問題。

選育高產強筋小麥品種是一項復雜的育種工程，主要通過品種間雜交選育，以往育種實踐證明，強筋小麥親本材料的選配至少要含有一個強筋小麥品種（材料）以建立較高的品質改良基礎[22]。同樣，人工誘變技術也是小麥品質改良的有效途徑，國內外利用輻射突變的方法，不僅創造了新的品質突變體，還選育出多個強筋小麥品種。黑龍江省農業科學院利用γ射線輻射結合雜交育種選育出龍輻麥1號、2號、3號等10余個強筋小麥品種；煙臺市農業科學院采用階梯式復合雜交和γ誘變技術相結合育成了高產、優質、抗病的大穗型小麥新品種煙輻188[19]；新疆農業科學院利用80Gy60Co-γ射線輻照雜交當代種子培育成了早熟、優質、高產小麥新品種新春26號和新春30號[16]。本研究利用高產廣適中筋小麥品種矮抗58和周麥18作親本，通過60Co-γ射線對雜交F0或F1干種子進行輻照處理，選育出中強筋小麥新品種鄭品麥8號和豫豐11。對2個新品種的高分子量谷蛋白亞基進行分析后發現均與親本矮抗 58 一致（1，7+8，5+12），未發生變異，因此推斷γ射線輻照處理對品質指標產生了新的小變異，還需要進一步研究。這些都表明傳統雜交育種與輻照誘變育種技術相結合選育強筋小麥新品種是切實有效可行的，不僅有利于優質高產基因定向累加，還可以創造新基因，為今后強筋小麥育種提供參考。

傳統小麥育種方法主要依靠育種家的經驗根據小麥的表現型（農藝性狀）進行選擇，方法簡單、直觀，但育種周期長、預見性差、工作量大、效率低。隨著科技的不斷發展，先進的快速簡便分析儀器的研發和相關生物技術的日趨成熟，給小麥育種提供了新的工具，針對性更強，大大提高了小麥的育種效率[23-24]。但與其他性狀的改良相比，小麥品質性狀的改良需要更多的專用儀器設備、人力、物力、財力。目前大多數小麥育種單位尚缺乏完備的品質育種技術體系，特別是缺乏在雜交后代選擇階段快速、準確、微量鑒定品質的分析檢測手段，這勢必影響到將來優質小麥品種選育的數量與質量。本研究利用近紅外品質分析儀和微型粉質儀從F3M3或F3M2早期分離世代開始對田間表現突出的株行進行品質指標的檢測，并在以后世代對品質指標采取連續定向跟蹤檢測，并以此作為品質性狀篩選的依據，成功選育出2個優質、高產、穩產的小麥新品種鄭品麥8號和豫豐11，這表明從早期分離世代開始對重要品質指標進行連續定向跟蹤檢測的方法是可行的，研究為小麥雜交、誘變結合選育高產優質小麥品種提供了重要的實踐經驗。