矮敗基因源在選育小麥品種中的應用研究

劉愈之，丁志遠，劉 眾，趙少敏

（平涼市農業科學院作物所，甘肅平涼744000）

作物遺傳育種研究的核心是種質資源創新和育種方法的改進[1]。近年來，普通小麥存在種質資源貧乏和育種手段落后的問題，選育品種的難度愈來越大，可用于種質材料不能滿足當前育種工作需要。矮敗小麥是中國農科院劉秉華研究員創制的特有遺傳資源，為改良小麥品種選育提供了新的創新途徑[2]。

平涼市農科院從1995年引入矮敗小麥以來，經過多年的利用研究，創新一批種質資源，形成一套適合平涼地區行之有效地輪回選擇技術體系，創建了高產、優質、早熟、抗旱等4個矮敗小麥輪回選擇群體[3]。

1 主要研究內容、技術路線和選擇方法

1.1 基礎材料的征集、鑒定、創新和利用研究

廣泛征集國內外各類小麥種質資源，設立不同生態類型小麥種質資源觀察圃，對其目標性狀進行鑒定，建立種質資源庫，以確定其利用價值。從中國農科院引進“矮敗”等顯性雄性核不育材料進行本土化改良，利用其改良的“矮敗”顯性核不育材料，繼續定向轉育核不育中心親本，拓寬基因資源庫。將轉育成的骨干冬小麥顯性核不育材料，逐步通過各種育種途徑應用小麥品種改良。

1.2 矮敗小麥輪回選擇群體的構建

1.2.1 輪回選擇群體的組配 以創新種質為目標的輪回選擇所用的親本資源較多，在選配親本時就必須考慮主攻目標和形狀互補原則，包括配合力的高低，產量及其農藝性狀、抗病、生態適應性，主要目標形狀的基因組成和遺傳比例，在此基礎上選定好親本類型、數量和搭配比例。根據實際親本類型應在當地具有綜合性狀好，廣適性品種為骨干基礎親本與小麥近緣種屬雜交，近緣屬種蘊藏著豐富的高產、抗病抗逆和優質基因。

1.2.2 矮敗小麥創新種質輪回選擇群體的構建 要根據群體改良的中長期目標選擇親本，首先對引進的矮敗小麥進行本土化轉育改良，以適應隴東寒、旱生態條件，具體方法選用隴東地區大面積種植的符合高產育種目標作為骨干輪回親本，對其進行核不育基因回交轉育，根據不同生態區域條件選擇15～20個不同品種（系）與矮敗不育株雜交，回交一次，使輪回父本遺傳組成占到75%的比例，并對矮敗株上收獲的回交的種子按一定比例混合成輪回選擇的基礎群體。

1.3 主要技術路線

課題組采用了多材料、多途徑、多方法聯合攻關，主要應用矮敗小麥的轉育技術，同時結合常規育種方法。采用的主要技術路線如圖1所示。

圖1 利用矮敗小麥建立高效育種技術體系

1.4 新雜交種子獲得及后代選擇方法

矮敗小麥的問世解決了這一技術難題，更新育種觀念，并提出無限雜交這個概念。矮敗小麥是一個理想的核不育材料，無限雜交法可以看作是品種改良的流水線，為小麥育種提供了一個有價值的遺傳改良工具。它集顯性矮稈標記基因（R ht10）和顯性雄性核不育基因（M s2）緊密鏈接，具有雄性敗育徹底，異交結實率高，降稈作用強，易識別的特點。也為各類型基因的聚合提供了材料上的極大方便，減少選擇的工作量，提高選擇效率。

根據不同的育種條件和創新目標，以矮敗小麥為親本供體，選用國內外引進的適宜本地區種植的具有目標優良性狀和自選的高代品系作為輪回親本，F1分離出一半矮稈不育株和一半非矮稈可育株。矮稈不育株再選擇品種授粉，利用矮敗不育株可省略去雄工作，且遺傳基礎豐富，通過雜交、回交、聚合等方式累加優良性狀，結合常規育種方法選育新品種[4]。

以矮敗不育株為母本，可育的為父本進行雜交，再混合成輪回選擇的原始群體。經過若干次的互交、選擇，群體中優良基因出現的頻率大大提高，從而使群體得到改良，選擇優良可育株，按常規育種方法選育成優良可育株，也可根據育種指標的要求作為新種質，繼續進行輪回選擇。所以，輪回選擇是進行品種改良的長遠之策。

2 主要育種研究成果

平涼市農科院利用矮敗基因源選育冬小麥育種研究工作開展以來，征集并創制了一批具有一定利用價值的種質資源材料，建立了小麥種質資源數據庫；通過多年對矮敗小麥進行本土化改良，轉育出了一批適宜隴東寒、旱生態型的冬小麥顯性核不育材料，拓寬了冬小麥品種抗病基因資源庫；利用矮敗小麥現已在“隴麥”系列小麥育種中建立了一套小麥種質創新輪回選擇體系，并構建了隴東地區優質、高產、早熟、抗病4個矮敗小麥輪回選擇基礎群體；建立了簡便有效多聚合雜交育種技術體系。

2.1 小麥種質資源的征集、鑒定、篩選利用及資源庫的創建

育種資源創新和利用是小麥育種取得突破性進展的基礎。種質資源的征集、創新、挖掘、遺傳模型及配合力測定、特異種質利用等研究，一直是平涼市農業科學院小麥育種研究的重點工作，總結出矮敗基因源轉育與常規育種技術結合的綜合高效育種技術體系。

課題實施期間，不斷地從各小麥育種單位征集到新種質資源352份，極大地豐富了小麥遺傳的多樣性。3年來共征集種植原始親本材料1 161個（次），配制662個各類雜交組合，評選出544個優異組合，占82.2%。在平涼旱塬區和川水地建立了不同生態類型親本材料鑒定圃，便于適應性觀察和異地鑒定。測定了抗凍抗旱、抗逆性、抗病性、芒色、殼色、粒型、落粒性等多個農藝性狀，測定數據輸入計算機建立《冬小麥種質資源數據庫》，創建了隴東小麥種質資源數據庫計算機管理系統，為親本選配提供了科學依據，提高了種質資源的利用效率，為小麥育種提供了更多方便。一是抗病種質材料篩選。2013年平涼市農業科學院作物所對引進的108份小麥材料進行葉銹病的抗病性觀察，發現葉銹病免疫品種6個，分別為小偃693、小偃784、F126、中209-210、N9116M、藏冬6號，高抗品種13個，中抗品種22個，三者合計占觀察材料的38%；普遍率≤50%的材料共計41份，占觀察材料的38%；嚴重度≤50%的材料共計80份，占觀察材料的74.1%；今后要利用抗葉銹病好的材料開展小麥抗葉銹病育種工作。初步篩選出的抗病材料有B P M14、D9050-6-1-1、天水244822、中梁X9616、H149、周優102等22份材料[5]。二是抗寒抗旱性材料篩選。篩選出84份寒旱生態型種質資源材料，如平涼40號、平涼41號、隴麥123、隴麥977、隴鑒127、99③-9、銅麥3號等。三是綜合性狀優良的資源材料。綜合性狀優良的種質資源是育種的基礎，更是選配雜交親本的關鍵所在。共選擇出80份綜合性狀優良的種質資源材料，其植株高度在60～90 cm，抽穗期在5月上旬，穗粒數在35粒以上的有60份材料，占80份材料的75%。千粒重均在40 g以上，最大的為50 g。蘭天10號、晉麥47、99③-9、貴農21、超級906和89R B（63）等。經多年觀察試驗研究，西農928、普冰9946、普冰151、長武134、平涼43號、長34-3、長航1號、西平1號、中麥175、平涼44、隴育4號、隴麥123、隴麥082等材料綜合性狀優良，用作輪回親本尤為理想。四是特異種質資源材料的征集和篩選。在課題實施過程中，已征集、鑒定和篩選出簇毛麥后代等55份野生遠緣物種及特異種質材料，為進一步利用矮敗基因源轉育小偃麥、小冰麥、小黑麥育種奠定了堅實的基礎。

2.2 利用矮敗基因源創建隴東冬小麥改良群體

20世紀90年代，矮敗小麥的育成解決了資源貧乏和育種方法的問題，平涼市農業科學院利用矮敗基因源組建輪回選擇群體，為開展冬小麥新品種選育工作開辟了廣闊的前景。

2.3 利用矮敗不育株創建隴東寒、旱生態型的冬小麥基礎群體

矮敗不育株是組建輪回選擇群體的基礎，將直接影響下一代輪回選擇群體的出現。在組建的群體中，對雜交穗也采用單穗單行種植，根據同一雜交穗后代矮稈不育株與非矮稈可育株遺傳基礎大致相似的理論依據，在選擇不育穗時重點考慮可育株表現優良，進行人工控制雜交授粉。為縮短育種進程，可將輪回選擇與常規育種方法相結合。利用此方法經過多代互交和選擇才能達到有利基因的累加，以優良不育株為母本，以優良可育株為父本進行控制授粉，回交1～2次，對其雜種的可育株進行選擇。利用優良可育株與另一優良可育株進行人工去雄授粉，按常育種方法鑒定株系，可望獲得預期效果。

2016年在馬蓮試驗站以矮敗小麥為母本，與自育的平涼43號、隴麥123等隴麥系列和引進的V9643、西農323、遠豐175、長武134、V98448、科農199、中麥175、普冰151、勁松1號、西農3249、M T9820C、農大3432、普冰9946為父本共配置組合30個，田間收獲23份。2014年配置63份，同時利用上述材料與F1回交轉育組建高產、優質、早熟、抗旱節水隴東生態型矮敗小麥輪回群體。2015年繼續選擇遺傳背景不同的矮敗不育株與當地生產中豐產、優質、抗病性強、成熟早的主栽品種配置雜交組合24個，對2014年雜交的63份F1繼續回交轉育，為下年擴大組建輪選的基礎群體奠定堅實地基礎。2015年高平旱地選出矮敗不育群體10個，選擇優良不育株配置雜交組合24個下年進行定向回交，對選育出的111個優良可育單株進入選種圃下年按系譜法選擇。建立了高產、優質、早熟、節水抗旱4個矮敗輪回選擇群體（表1、表2）。

表1 2017年馬蓮試驗站矮敗植株考種表

表2 2017年馬蓮試驗站回交一代矮敗材料收獲表

2.4 開展多途徑冬小麥雜交育種，選育出一大批育種中間材料

平涼市農業科學院從中國農科院作物所引進“矮敗”小麥后，根據當地的育種目標采用復合雜交、多親本輪回選擇等途徑，對特異種質資源進行組配，采用矮敗基因源（M S2—R ht10）連續定向回交轉育，創出一批具有高產潛力的優質多抗的中間材料，即核心種質，為育種工作提供寶貴資源，提高了轉育的準確率，拓寬了小麥育種利用范圍，為冬小麥雜交育種和輪回選擇改良群體提供基礎材料。

在矮敗基因源轉育的過程中，采取邊定向回交轉育邊穩定利用，從雜種和衍生后代中選擇符合育種目標的可育株，進入選種圃。在轉育過程中從各個株雜交組合，始終保持著1 000多份遺傳基礎豐富、類型多樣含矮敗基因源的冬小麥雜種后代，在水旱2個生態區大群體選育。通過不同的育種途徑和方法篩選出30個的高代品系參加各類產量試驗（表3）。

表3 各年配制的雜交組合及后代材料選擇情況 單位：份

2.5 顯性核不育冬小麥利用研究與染色體工程技術相結合

世代分離出的可育株中選育出優良的可育單株161個，使不育基因的轉育和可育單株的選擇密切結合起來，每年配置200多個各類雜交組合，60個不育

在染色體工程技術與顯性核不育冬小麥利用研究相結合上，不斷地將輪選群體中和轉育后代入選的優良可育株，進入常規選種圃。通過與T al不育基因廣泛雜交重組，獲得T al//〔（7AN×多年生1號）／7AN〕F1、M s·Y90444//〔（7D N／P37）//7D N〕F5和T al//／〔（缺048／中5）//4D N〕F5等一批優異組合，選擇出86WB E（05）等一批抗病性強、抗凍耐旱、早熟優質、農藝性狀優良的可育株系（新品系）[6]。

平涼市農業科學院利用矮敗基因源選育的平涼42號作為中心親本繼續與遠5987-88、（9944×臨汾138）、臨汾145、B9405、中969、V98448（簇毛麥）、冀豐8901、隴麥908、T W06、臨旱51329雜交改良培育綜合性狀優良新品系。同時，利用輪選材料T al慶豐1號×長6154、、輪選987做父本與99S X－1、長武134雜交、回交、定向培育含有矮敗基因源的中間材料。把染色體工程技術和常規育種與顯性核不育冬小麥結合起來，將會縮短育種進程，提高育種效能，推動小麥育種持續穩定發展。

3 取得了明顯的社會效益和經濟效益

課題實施期間，在馬蓮、高平試驗站組建水旱2大輪綜群體10個亞組群，建成了旱塬冬小麥原良種繁育基地；建立“三圃田”1.2 hm2，原原種擴繁3.33 hm2，原種擴繁田21.3 hm2，一級良種生產示范1 333.5 hm2。

總之，利用矮敗基因源創新種質資源和改良新品種是一項“多、快、好、省”育種新技術，要轉變育種思路，拓寬研究領域，建議有關部門今后應把輪回選擇育種技術與常規育種方法結合起來，推動甘肅小麥育種可持續發展，對穩定解決甘肅省糧食安全提供技術支撐。