利用外源優質基因選育多抗冬小麥品種的研究

劉 眾，劉卓娜

（1.平涼市農業科學院，甘肅平涼744000；2.甘肅亞盛實業（集團）股份有限公司平涼農業分公司，甘肅涇川744300）

糧食是國家特殊的戰略性物資，是國家安全、社會穩定和國民經濟發展的基礎[1]。小麥是我國重要的商品糧和貯備品種，對保障國家糧食安全、解決民生和社會穩定起著極為重要的作用。小麥是重要的糧食作物，全球約40%的人以其為主食，其種植面積、產量、貿易量在世界谷物常年產銷中均占有較大比重。

近年來，國內外小麥育種工作都處于艱難爬坡階段，其根本原因在于種質資源貧乏和育種手段落后。因此，品種綜合性狀水平的提高有待于育種方法的革新，提高小麥產量一直是小麥育種者的首要目標，綜合農藝性狀對產量具有重要影響[2]。小麥種屬外源基因導入普通小麥將會拓寬育種基因庫，增強多抗能力，提高產量潛力，優化品質，增強抗性。總之，隨著市場經濟發展，小麥未來育種方向是提高水肥利用率來增加單產保總產，走資源節約、生態保護和可持續發展的路子，努力選育抗逆能力強，肥水利用率高，“少投資、多產出、環境友好”的高產良種，使有限的資源生產出盡可能多的小麥，從而達到糧食增產、農民增收、保護生態之目的[3]。

隴東地區屬涇河上游冬小麥區，在全國小麥區劃中屬“北部晚熟冬麥區邊緣地帶”，是甘肅的重要商品糧基地，也是北方居民食用最廣的細糧作物[4]。長期以來，干旱、寒冷、土壤瘠薄、條銹病重發等不利因素嚴重阻礙當地小麥的高產穩產。為了加速旱地小麥科技創新工作，西北農林科技大學建立平涼旱地小麥示范園，旨在開展旱地小麥育種多點試驗和示范工作。2017 年西北農林科技大學農學院和平涼市農業科學院聯合共建了西北農林科技大學旱地小麥科技創新園，2019 年成立以康振生院士為首的平涼旱作農業院士專家工作站。在此基礎上，育種課題組根據甘肅隴東地區的生態條件、氣候狀況及小麥產業化發展的需求，試驗示范了西北農林科技大學農學院和中國農業科學院作物研究所合作選育的旱地小麥新品種普冰322，取得圓滿成功，實現了抗旱高產育種與水肥高效利用有效結合、突破優質、多抗于一體的育種策略技術路線，由傳統育種向優質多抗型轉變[5]。

目前，普冰322 在甘肅隴東旱塬區采用“院校+基地+農戶”育、繁、推一體化經營模式，受到來自全國和陜甘兩省小麥育種專家的充分肯定，使西北農林科技大學又一科研成果在隴原大地開花結果，解決了甘肅省小麥品種長期以來高稈、易倒伏的難題。普冰322 集稈矮、穗大粒多、多種抗性于一體，已成為冬小麥推廣的主栽品種之一，為甘肅小麥產業化持續穩定增產、農業增效、農民增收提供了品種技術支撐。

1 利用外源基因選育品種的技術思路

1.1 選育背景及育種目標

甘肅隴東麥區地形、地貌復雜，常年干旱、寒冷、土壤瘠薄、條銹病頻發。干旱多災，氣候類型復雜，品種多亂雜現象嚴重，長期以來導致冬小麥產量低而不穩，為確保糧食安全和滿足人們對品質的需求，選育和推廣優質、多抗、節水小麥品種，是穩定持續發展小麥產業化進程的現實需要。因此，決定了對小麥品種的嚴格要求和小麥育種的復雜性和難度，按照國家小麥生產持續發展、市場需求、建設小康社會不僅要吃飽還要吃好的要求，以“高產、優質、高效、生態、安全”為育種目標，育種課題組制定了“三抗一豐一優”和“多點異地聯合鑒定篩選”的技術路線，開展了利用外源優質多抗基因導入普通小麥選育研究工作[6]。

1.2 親本來源及選育程序

作物育種的成效取決于材料是否恰當和方法是否正確，親本材料是育種的物質基礎，選配組合是育種成敗的關鍵所在。中國農業科學院李立會研究員率先突破普通小麥與冰草遠緣雜交的技術瓶頸，與西北農林科技大學張正茂研究員合作以日本小麥品種Fukuho 作母本，以抗寒、抗旱、兼抗多種病害、多分蘗的多年生冰草(Agropyron cristatum)作父本，進行遠緣雜交，再用Fukuho 回交（Fukuho/冰草(Agropyron cristatum)//Fukuho）。根據旱作農業生產實際，結合西北生態區化，及時調整育種方向，認真研究試驗方案，確定了抗逆、高產、廣適相結合為突破口，在陜西永壽、乾縣和澄城的多點抗旱鑒定以及甘肅平涼的抗寒、抗旱和抗病性鑒定等有利條件，由于遠緣雜交后代瘋狂分離，自1997 年起連續進行混合系譜選擇，經多年異地多生態區交替鑒定，成功選育出適應性廣的旱地小麥新品種普冰322，2015—2017 年參加甘肅省隴東片冬小麥區域試驗，2017—2018 年度參加甘肅省隴東片生產試驗，同期進行生產示范。2020 年1 月14 日經甘肅省第35 次農作物品種審定會議審定通過，審定編號20200016。

2 產量表現

2.1 品系鑒定試驗

2013—2014 年在甘肅省涇川縣平涼市農業科學院高平試驗站參加旱地鑒定試驗，平均折合產量5 044.5 kg/hm2，較對照品種隴育4 號增產30.5%，居15 個參試品種（系）的第二位。

2.2 品種比較試驗

2014—2015 年在甘肅省涇川縣平涼市農業科學院高平試驗站參加旱地品比試驗，平均折合產量4 327.5 kg/hm2，較對照品種中麥175 增產14%，居16 個參試品種（系）的第三位。

2.3 品種區域試驗

2015—2016、2016—2017 年參加甘肅省冬小麥隴東片區域試驗，平均產量分別為5 535.3 kg/hm2、3 468 kg/hm2，較對照品種隴育4 號分別增產5.6%、4.0%。綜合2 年平均產量4 357.5kg/hm2，較對照隴育4 號增產5.2%。

2.4 生產試驗

2017—2018 年參加甘肅省隴東片冬小麥生產試驗，在慶城、西峰、鎮原、寧縣和盛、涇川高平、靈臺6 個試點平均產量4 209 kg/hm2，較對照隴育4 號增產7.4%。截至2020 年在甘肅隴東不同生態區示范推廣面積2 萬hm2。

3 特征特性

3.1 植物學特性

普冰322 屬冬性，幼苗半匍匐，中熟。旗葉卷曲，莖稈基部堅實，穗下節長，植株彈性好，抗倒伏。紡錘形穗，長芒白粒，穗大粒多、籽粒飽滿、角質。株高80 cm，穗長7.6 cm；小穗數15.2 個；穗粒數38.0 個，結實性好；成穗數528 萬穗/hm2；千粒重45.5 g；容重830 g/L，屬大穗大粒型品種。生育期266 d，中晚熟。旗葉功能期長，分蘗力強，成穗率高，株型較緊湊，穗層整齊，穗粒數和千粒重較高，落黃正常，綜合性狀優良，優質穩產。

3.2 抗逆性

經隴東旱塬區多點多年抗寒、抗旱性測定，越冬率平均93.0%，抗凍性1～2 級，與隴育4 號對照品種相當。可在甘肅隴東旱塬區安全越冬。植株莖稈基部堅實，彈性好，根系發達，分蘗多，抗倒性能力強，穗下莖節細長，抗旱性級別1～2 級，在旱肥地、臺地種植具有較強的抗旱節水性。

3.3 抗病性

普冰322 品種2017—2018 年連續2 年經甘肅省農科院植保所在甘谷試驗站小種圃成株期分小種接種鑒定和蘭州溫室進行苗期混合菌接種鑒定，苗期對條銹病混合菌表現中感，成株期對條銹菌供試菌系條中34 號、中4-1、G22-14、G22 其他表現免疫；對條中32 號、條中33 號及混合菌表現中感。總體抗性表現中感，但病情指數低于25，黃矮病輕、白粉病中抗。

3.4 品質

經2015 年原農業部谷物品質監督檢驗測試中心檢測，普冰322 容重830 g/L，硬度指數64，降落數值386 s，粗蛋白質（干基）13.86%，濕面筋（14%濕基）31.3%，吸水量（14%濕基）60.4 ml/100 g，形成時間2.8 min，穩定時間2.7 min，拉伸面積59 cm2，延伸性220 mm，最大拉伸阻力196 EU。

4 栽培技術要點

普冰322 最大特點就是大穗大粒，莖稈堅硬，機械性能好，根系發達，抗倒性好，在隴東川水臺地和旱肥地、山塬旱地全地膜覆蓋以及陜西長武、乾縣等類似地區種植都具有良好的適應性，水旱兼用，省肥、省水、省藥，適合簡約化栽培。

4.1 精細整地，施足基肥，足墑下種，確保苗全苗壯

任何一個優良品種都有其自身的發育特點和對環境的要求。小麥良種只有在與生育特點相適應的栽培技術的配合下，才能充分發揮其潛力。在前茬作物收獲后應及時深耕滅茬，雨后耙耱，精細整地。可根據土壤肥力基礎和肥力質量確定施肥量，一般要求施農家肥7.5 萬kg/hm2、尿素225～300 kg/hm2、磷酸二銨225～300kg/hm2，旱肥地采用“三肥墊底一炮轟”和平衡施肥技術。地膜種植注意防治地下害蟲和雜草，用50%辛硫磷加水10 倍，噴拌細沙土750 kg撒施；用50%乙草胺乳油100 g 兌水50 kg 全地面噴施后及時覆膜。

4.2 適期精量播種，良種良法配套

高產是綜合因素的體現，品種、栽培、植保等相關學科要高度集成，特別是高產田要重視與生產環節密切配合。隴東旱塬區9 月下旬播種為宜，播量187～225 kg/hm2，旱肥地最好采用壟溝寬幅鎮壓抗旱播種技術。

4.3 鎮壓保墑

春季小麥返青期要根據土壤墑情及時鎮壓保墑，人工中耕鋤草，謹防農藥防治，以防小麥幼穗分化畸形。

4.4 田間管理

中后期加強田間管理，該品種比較省肥省水，春季追肥不宜過多，防止貪青晚熟，同時采取“一噴三防，護葉養根，防蟲治病，促控結合”措施。

4.5 收獲

及時機械收獲，防止霉變或穗發芽。

5 適宜種植區域

適宜在甘肅隴東地區旱地以及類似生態區陜西省渭北旱原中西部種植。

6 討論

開發利用小麥種屬外源基因，將多年生冰草優質基因、抗病基因導入普通小麥，進行資源創新，可以豐富小麥育種資源，拓寬種質基因庫，將廣適性、極強的抗旱性、抗寒性通過雜交、回交，基因定位，同時結合染色體工程育種技術和常規育種方法，按照育種程序有目標地進行品種選育，解決旱地小麥產量低而不穩、優質不高產的矛盾以及產業發展中存在的重大關鍵技術和管理問題[7]。

普冰322 是通過院校協作選育旱地小麥新品種，按照育種目標構建合理的株型結構，在選育過程中堅持5 個過渡，高稈向矮稈過渡；小穗小粒向大穗大粒過渡；多分蘗向中等分蘗過渡；中晚熟向中早熟過渡；單抗向多抗性過渡。在育種方法上實現3 個轉變，品種間雜交向種屬間遠緣雜交轉變；雜交材料向創新材料轉變，同時重視資源的研究與創新；食用品種向優質加工型品種轉變。

旱地小麥長期產量低而不穩，嚴重影響小麥產量，水資源短缺、生態類型特殊是制約甘肅隴東旱塬區小麥生產發展的瓶頸，利用小麥種屬外源基因資源，運用生態學和遺傳學的原理，利用水旱協調混合選擇法，異地水旱多生態適應性鑒定，豐富小麥遺傳基礎，解決抗旱性與豐產性難以結合的矛盾[8]。