創新育種思路 打造廣適高產穩產小麥品種

文本刊記者 楊陽

1月10日上午，2019年度國家科學技術獎勵大會在人民大會堂舉行。由山東省農業科學院原子能農業應用研究所研究員李新華主持，并率領聯合中國農業科學院作物科學研究所等科研團隊的“廣適高產穩產小麥新品種魯原502的選育與應用”獲得國家科技進步獎二等獎。項目完成人還有劉錄祥、李鵬、吳建軍、高國強、孫明柱、趙林姝、王美華、張鳳云、郭利磊等。

小麥是我國重要口糧，不斷選育和推廣小麥新品種是保障國家糧食安全的戰略途徑。上世紀90年代末，黃淮麥區的小麥生產凸顯出一些亟待解決的問題：一是高產品種的廣適性較差，推廣種植區域受到較大限制；二是育成品種的遺傳相似性高，潛在風險大；三是品種抗倒伏能力較差，產量穩定性受到較大影響。針對以上問題，項目團隊創新育種思路與技術體系，育成廣適高產穩產小麥品種魯原502并大面積推廣應用。

“兩穩兩增” 育種新思路成就新品種

項目團隊確立了“兩穩兩增”（即穩定群體、穩定千粒重、增加穗粒數、增強抗倒性）的育種新思路，創新集成了目標突變體創制與雜交選育相結合的育種技術體系。按照“兩穩兩增”育種思路，創新“誘發突變、定向篩選”的育種技術，研制出矮稈抗倒伏種質“9940168”；以其為母本與濟麥19配制雜交組合，并利用早代選組合、中高代定向選單株、穩定品系多生態區異地鑒定的雜交選育新技術，育成了廣適高產穩產小麥新品種魯原502。利用該體系，還育成71個優良新品系，其中3個新品系已完成國家或省級生產試驗，32個新品系進入區域試驗。

確立了“兩穩兩增”育種新思路。20世紀90年代黃淮麥區育成品種的群體和千粒重得到了較大提升，但存在莖稈強度較弱、易發生倒伏，穗粒數較少、限制產量進一步提升等突出問題。針對以上問題，確立了“兩穩兩增”的育種新思路，即穩定群體（畝成穗40萬左右），穩定千粒重（45克左右），增加穗粒數（38粒左右），增強抗倒性。在穩定群體和粒重的基礎上，通過增加穗粒數進一步提升產量水平，通過提高莖稈強度增強抗倒能力，解決多穗型品種普遍存在的高產與倒伏的矛盾，以及大穗型品種高產與廣適的矛盾。

創新“誘發突變、定向篩選”的育種技術，研制出矮稈抗倒伏種質“9940168”。誘發突變技術能夠使植物在DNA水平發生變異，產生自然界稀有或用常規方法較難獲得的新性狀，并且能夠穩定遺傳。91102是項目團隊育成的具有穗大粒多、結實性好、莖稈粗壯、韌性好等優良性狀的穩定品系，但植株較高（91厘米），難以利用。為此，他們將其進行了衛星搭載（國土普查衛星），從SP2代開始，在保留原有優良性狀的基礎上主要針對株高變異進行選擇，在SP4代中選出了矮稈突變材料9940168。該材料株高中等（78厘米）、植株繁茂、株型優良，穗部育性好、穗粒數多、結實飽滿，基部節間短、壁厚、莖稈韌性好、抗折能力強，是一個理想的育種新材料。

創新集成早代選組合、中高代定向選單株、穩定品系多生態區異地鑒定的雜交選育新技術，育成了廣適高產穩產小麥新品種魯原502。魯原502畝穗數40.6萬、穗粒數38.6粒、千粒重43.8克、莖稈抗折力3.14牛頓，于2011年通過國家審定；利用創新性育種技術體系，項目組后續育成71個優良新品系，其中3個新品系已完成國家或省級生產試驗，32個新品系進入了區域試驗。

按照“兩穩兩增”的育種思路，以創制的9940168為母本，與濟麥19配制雜交組合。濟麥19曾是黃淮麥區主推品種，2005年獲國家科技進步獎二等獎，具有群體適宜、株型優良、落黃性及綜合抗性好等突出優點，但株高較高、莖稈較弱、穗粒數偏少，與9940168莖稈強韌、穗粒數多的特性優勢互補。

早代選組合。子一代重點觀察各組合雜種優勢表現，淘汰劣勢組合；子二代由常規點播種植、單株選擇，改為小區種植、群體選擇，并在濟南和桓臺兩地同步進行，根據小區群體綜合性狀表現，確定重點留選組合。

中高代定向選單株。子三代至子五代采用點播種植、單株選擇。注重單穗小穗數和穗育性選擇，通過增加小穗數、提高小花結實性，增加穗粒數；注重莖稈強度和基部節間長度選擇，自子四代開始對選出單株的基部第二節間長度、壁厚、莖稈抗折力進行測定，選擇抗倒伏能力優于親本濟麥19的單株；注重粒葉比和株型選擇，選取下部葉片窄、上部葉片較短且挺舉的材料，提高通透性和光能利用率。

穩定品系多生態區異地鑒定。優選的新品系在濟南、桓臺、菏澤進行多點多年的綜合性狀鑒定與評價，同時在北京和宿州進行冬季抗寒性、抗倒春寒和抗病性鑒定，篩選出適應性廣、高產穩產的新品種/系。

品質優良 打造我國主推小麥品種

魯原502通過國家和四省（自治區）審（認）定，實打產量突破800公斤/畝，年推廣面積超1500萬畝，為我國三大主推小麥品種之一。魯原502具有產量潛力高、適應性廣、抗倒伏能力強、水分利用效率高、品質優良等突出優點。在國家和山東省區試中產量均居第一位，分別較對照增產10.16%和4.99%；山東省高產創建實打驗收最高單產達812.2公斤/畝。該品種自身調節能力強，適應區域廣，在國家多年多點區試中增產點率100%，推廣區域覆蓋魯、皖、冀、蘇、晉、新疆等6個省（區）。群體結構合理，植株重心低、基部節間短且壁厚、莖稈抗折力高，抗倒伏能力強。在不同節水處理條件下，水分利用效率高，節水豐產性好。品質為優質中筋，饅頭評分80.0分，面條評分82.0分。

產量潛力高。實打產量高達812.2公斤/畝。魯原502在國家黃淮北片、山東省、安徽省、江蘇省和新疆自治區參試中，均表現突出。在國家區試中較對照石4185增產10.16%，居第一位；在山東省區試中較對照濟麥22增產4.99%，居第一位；在安徽省和新疆自治區生產試驗中分別較對照增產15.90%和17.72%。在高產創建中，由山東省農業廳組織專家實打驗收，2011年兗州點實打產量783.52公斤/畝、2014年桓臺點812.2公斤/畝、2015年招遠點768.18公斤/畝、2016年兗州點805.9公斤/畝，充分反映了魯原502的高產潛力。

適應性廣。國家和四省（區）審（認）定，6省（區）大面積推廣。魯原502自身調節能力強，適應區域廣，先后通過國家和山東、安徽、江蘇、新疆四省審（認）定，推廣區域覆蓋魯、皖、冀、蘇、晉、新疆等6個省份，滿足了不同生態區對廣適高產品種的需求。在國家區試中，魯原502不同年份、不同試驗點表現穩定，均能發揮出較高的產量水平，增產點率達100%。對山東、河北和山西三省兩年度24點次參試品種產量結果分析表明，魯原502適應度值最高，變異系數和離優度值均較低，說明魯原502不僅產量高，而且廣適性和產量穩定性均 較好。

莖稈強韌，抗倒伏能力強。對蠟熟期不同品種莖稈強度相關指標測定結果表明，魯原502植株重心低、基部節間短、基部第二節間壁厚、莖稈抗折力高；莖稈基部第二節間的解剖結構顯微觀察發現，魯原502莖稈橫切面積較大，大維管束數目較多，機械組織較發達，厚壁細胞層數多且排列緊密，細胞壁木質化程度較高。2013年和2016年，山東省多個地市出現了大風和強降雨天氣，魯原502經受住了考驗，與其它品種相比，展現出了更好的抗倒伏能力，得到了農技推廣專家和種植農戶的肯定。

節水性能好，水分利用效率高。10個小麥主推高產品種節水豐產性比較試驗結果表明：魯原502在0水、1水和2水處理下產量與水分利用效率均為第1位，水分利用效率分別為每公頃面積每毫米深度用水29.64千克、每公頃面積每毫米深度用水25.13千克和每公頃面積每毫米深度用水21.90千克；生理指標分析表明，魯原502灌漿前期干物質增速快、中期峰值高、后期降速慢，穗粒數和千粒重波動小，能夠在不同節水處理水平獲得較高的產量。

品質優良，適合制作饅頭和面條。國家區試品質分析，魯原502容重784克/升，蛋白質含量（干基）13.08%，濕面筋29.0%，沉淀指數27.8毫克，吸水率61.3%，穩定時間4.6分鐘，為優質中筋。經農業部谷物及制品質量監督檢驗測試中心（哈爾濱）測試，饅頭評分80.0分，面條評分82.0分。

李新華（前排）在麥田中介紹魯原502

創新推廣 優化高產高效栽培技術體系

項目團隊研究制定了魯原502高產高效栽培技術規程，探索構建了“科研單位+種業聯盟+農技推廣單位+農業種植合作社”的推廣模式，優化集成了“穩群體、增穗重、減氮肥、適節水”的魯原502高產高效栽培技術體系，并開發了肥水決策系統等軟件。通過建立七省市種業銷售聯盟、農業信息化綜合服務平臺和農業種植合作社試驗示范基地，形成新型高效推廣模式，加速了品種推廣應用。

根據魯原502品種特征特性，在不同地區開展播期播量、耕作種植方式和水肥利用等試驗，明確了魯原502的適宜播期播量、耕作種植方式和水肥管理關鍵技術，在此基礎上優化集成了“穩群體、增穗重、減氮肥、適節水”的高產高效栽培技術體系，并開發了魯原502肥水決策系統等軟件，為魯原502的大面積推廣應用提供了堅實的技術支撐。

依托山東魯研農業良種有限公司牽頭國內120余家種子企業，建立了七省市種業銷售聯盟；依托各級農技推廣單位和山東省農村農業信息化綜合服務平臺，通過12396熱線、品種現場觀摩會和技術培訓等形式，推廣品種與配套技術；同時充分發揮種植專業合作社的示范帶動作用，在106個縣市區的173家合作社開展大面積的良種良法配套技術展示，輻射帶動周邊農戶。通過以上工作，構建了“科研單位+種業聯盟+農技推廣單位+農業種植合作社”的推廣模式，加速了品種推廣應用。

魯原502自推廣應用以來，連續多年被列為農業農村部和省級主導品種，年種植面積逐年增長，年推廣面積超1500萬畝，成為我國三大主推小麥品種之一。現已累計推廣7700.5萬畝，增收糧食38.91億公斤，新增經濟效益91.83億元。近三年累計推廣5132.5萬畝，新增經濟效益61.21億元。獲得植物新品種權1項，品種審定證書5項，軟件著作權4項，出版專著1部，發表學術論文37篇。本成果獲得了2018年度山東省科技進步獎一等獎。