冬小麦新品种选育研究新编

Ⅰ怎样选育冬小麦新品种 小麦的育种目标 进行科学研究都有一个目标，就小麦育种而言就是选育什么样的品种？确立育种目标的依据是什么？下面我们来讨论这个问题。 **，市场需求就是我们的育种目标。现在是市场经济，就要研究市场，按照市场经济的客观规律来运作。众所周知，市场经济的法则是优胜劣汰。据陈清泰(2003)介绍，东京大田是日本著名的中小企业聚合区（我们叫开发区），全盛时期有9 000多家企业，目前只剩下5 000家左右，一位叫熊本的企业家说：能在严酷的竞争中不倒的中小企业有3种类型。一是产品适销对路市场占有率名列前茅，具有“**性”；二是产品独一无二，具有“唯一性”；三是属于新崛起行业，具有“先驱性”。产品不对路或者没有创新性的企业就会被淘汰，可见市场经济是一种竞争经济。竞争的核心是产品科技含量的竞争。就小麦育种而言，就是要选育出“出众”的具有核心竞争力的高产、高效益的广适性品种来。例如，鲁麦14号在20世纪90年代初期（1990—1994年）所以能成为黄淮冬麦区栽培面积*大的品种，在当时来说确实有许多亮点，其突出的优点：一是产量高。该品种出圃后，1985—1987年参加烟台市品种联合试验，15点次，平均产量为6 8955kg/hm2，比对照种鲁麦7号增产143％，居首位；1987—1989年参加山东省高肥组区试，22点次，平均产量为6 7740kg/hm2，比对照种济南13增产114％，居首位；1987—1989年同时参加黄淮冬麦区（北片）高肥组区试，12点次，平均产量为7 5609kg/hm2，比对照种泰山1号增产183％，居首位；1989—1990年参加山东省高肥组生产试验，经受了条锈病、叶锈病和白粉病大发生的考验，10点次；平均产量为6 6240kg/hm2，比对照种济南13号增产达235%，居首位；1989—1990年参加山西省南部冬麦区区试，10点次，平均产量为6 9390kg/hm2，比对照种晋麦30增产107%，居首位。同年参加江苏省连云港市区试，5点次，平均产量为6 2625kg/hm2，比对照种济南13增产95%，居首位。连续取得了6个**位，其中有5个达到2位数增产水平。二是抗病能力强而持久。对三锈和白粉病表现为高抗—免疫。经囯家“七五”攻关课题小麦病害鉴定，该品种对条锈病混合菌种的反应型为中感（MS）；经河北农业大学鉴定，其抗叶锈病小种60、叶2、叶3和洛10；经前徐州市农业科学研究所鉴定，其抗秆锈小种21C3、34C2和34C3，白粉病自然鉴定均表现为免疫—高抗。三是抗旱能力强。据原中国农业科学院作物品种资源研究所多点鉴定，其抗旱性为2级，属水、旱两用型高产品种。四是稳产性好。据黄淮北片区试稳定性测定分析，认为该品种属于超平均稳定性品种，对环境条件不敏感，适应性广，通过了鲁、苏、晋和国家审定。五是品质优良。据国家“七五”攻关课题小麦品质鉴定，蛋白质含量为1555%，赖氨酸046%，沉淀值272ml，硬度166s，容重765g/L。品质优于对照种泰山1号。因而深受农民欢迎，累计推广面积达7835×104hm2，创造了巨大的经济效益和社会效益，1996年获国家科技进步二等奖。可见，在市场竞争中，只有瞄准前沿，选育出品种对路，且科技含量高，具有核心竞争力的高产优质品种，才能在竞争中占有大市场，获得大效益。 第二，生产可持续发展的需求。就是要按照科学发展观办事，展望未来，我国人口在增加，粮食需求量呈刚性增长，而粮田却在减少，水资源不足。虽然近年来我国粮食生产连年丰收，但仍然是不能掉以轻心。因为，我国的粮食供应，不能依靠进口来解决，只能依靠提高单产保总产来实现。而要提高单产，就要增加土壤水肥供应量。而作为一个生态区来说，降水资源是相对稳定的，是有限的。再者，化肥施用多了，不仅增加生产成本，还会污染土壤和水质，影响绿色环保与生态安全。可见，未来的育种方向将是提高水、肥利用率来提高单产保总产。需要不断提高品种之抗逆性能（抗生物胁迫和非生物胁迫）来保障。进而可以通过改变株、叶型来控制群体LAI（叶面积指数）过度发展，提高穗叶比、粒叶比来增穗、增粒和挖掘功能基因提高光合生产率来“扩库增源”提高产量，以达到“少投入、多产出、环境友好”和粮食增产、农民增收之目的。发达的根系，分蘖成穗率高，秆强，耐密性能好，抗病、耐旱、耐低氮低磷能力强，光能利用率高的“大群体、小（叶）株型”结构可能是一种育种模式。 第三，在高产育种实践中有些品种为什么能创高产纪录，而没有推广面积或者推广面积不大呢？例如，春小麦品种高原76—338，1978年青海省香日德农场创造出每亩1 01305kg的高产纪录，其推广面积只有033×104hm2；烟台市福山区农机局于世芙培育的冬小麦品种8017-2，1997年在龙口市前诸留村种植，创造出每亩73173kg的高产，但未推广；莱州137小麦品种，1999年在莱州市后邓村创造出每亩77386kg的冬小麦高产纪录，也没有推广；河南省的“豫麦66”推广面积也不大。究其原因，这些品种（系）都是在高投入高产出的指导思想和特定的生产条件下育成的，对肥水条件要求过高，对栽培管理措施要求过严，抗逆性和适应性差所致。高投入固然也可以高产出，但是在当前的生态环境条件下，土壤肥力不可能在短期内有大的提高，水资源不足不可避免，种粮比较效益低，农民投入空间尚有限，这是诸多创纪录的高产品种不能大面积推广的根本原因，说明品种不对路，就没有市场。所以选育小麦品种也要改变经济增长方式，走资源节约、环境友好与可持续发展的路子，面向大面积生产，选育既高产稳产又成本低的高效益广适性品种。2008年在非灌溉条件下，鲁麦21号和烟农21号两个小麦品种，在旱肥地上经实打验收分别创造出每亩7036kg（莱阳市冯格庒镇马岚村）和7021kg（海阳市留格庒镇彩春泊村）的高产，创造了很高的经济效益，受到农民的欢迎。充分说明品种的丰产性与抗旱性是可以相结合的，国家确立农作物育种“高产、优质、高效、生态、安全”的总方针，非常科学，这就是我们小麦育种的目标。 品种资源收集研究与优异种质的创制 育种目标确定之后，我们来讨论亲本的选与配。我国著名的小麦育种家庄巧生院士指出：作物育种的成效取决于选材是否恰当和方法是否正确，其中材料起着决定性作用，小麦也不例外。因此，我们进行小麦育种，一是要有各种优良的品种资源或称为种质（germless）资源，二是要进行种质资源的创新，为亲本选配提供优良的亲本。 （１） 要重视品种资源的收集工作。欲提高育种工作之成效，首先要及时了解国内外育种动态及其取材经验，要善于学习各地引用种质资源的经验教训，善于捕捉成功范例背后所隐藏的宝贵的遗传信息，通过考察、交换，把我们所需要的品种资源（如丰产、抗病、抗旱、抗倒伏、抗干热风、抗穗发芽等资源）引进来，这是**步。 (２) 要重视品种资源的调查研究工作。各种品种资源引入后，在本地区表现如何需要验证。因为，就抗病资源而言，不同生态区的抗病品种，由于病原菌生理小种的不同而表现各异。例如，近年来，我们从陕西省引进的抗白粉病品种（系），在烟台地区基本上都表现不抗白粉病；从贵州省引进的抗源（抗条锈、叶锈、秆锈和白粉病），对白粉病和条锈病表现免疫，而且遗传传递能力强，但表现不抗叶锈病。因为，山东省的小麦叶锈病的生理小种致病力很强，与各地不同，故命名为“山东A型”。所以，我们一定要重视田间调查研究工作，不断提高观察能力，对各类亲本要作到心中有数，才能得心应手地选配亲本组合。“知己知彼，百战百胜” 就是这个道理。这是第二步。 (３) 要重视品种资源的创制工作。 有些我们想要的资源（种质）我们没有，兄弟单位也没有，怎么办？只有依靠自己来创制。例如，20世纪70年代初期，山东省连续多年春旱，对小麦产量影响很大。长期的农村工作实践，使笔者逐步形成了选育抗旱高产品种的设想，使之旱年能保收，丰年创高产，就需要有抗旱高产的种质资源。虽然，农家品种抗旱能力很强，但农艺性状（包括株形、株高、穗子大小、高产生理、抗倒性能等）很差，产量低，是培育不出抗旱高产品种来的。如前述，一次开会，笔者听了南京农学院教授吴兆苏先生介绍，美国于1946年从日本引进农林10号（Norin10）矮源，株高61cm，携带Rht-B1b、Rht-D1b矮化基因（Gene）。其改良的难度很大，使许多育种工笔者半途而废，唯有沃格尔（Vogel）博士知难而进，历时16年于1961年育成了著名的半矮秆小麦高产品种格涅斯（Gaines），1965年又育成了纽格涅斯（New Gaines），在华盛顿州分别创造了旱地9 375kg／hm2和水浇地14 100kg/hm2的世界高产纪录。笔者深受启迪，并获得了两条遗传信息：一是Rht-B1b、Rht-D1b是当今世界小麦产量育种*有成效的两个矮秆基因（Gene），二是农林10号还可能携带抗旱基因，从而使笔者开始了亲本材料创新之路。 6590-722是原烟台农业科学研究所的一个具有农林10号血缘的小罂粟 （Kokeshi- Komugi，即农林89，其亲本组合为 农林10号/北陆13号）为母本，以智利的欧柔（Orefen）为父本杂交的一个矮秆品系，携带Rht-B1b、Rht-D1b基因。其突出优点是冬性耐寒，苗期叶片较窄，分蘗力强，成穗率高，株高60cm，抽穗后叶片短宽挺上举，株型紧凑，穗容量大，穗长方形，多花多实，每穗粒数多，秆较细而有弹性，经济系数高，丰产性状极佳；但其缺点也十分突出，生育后期病害多，成熟期晚，且严重早衰，籽粒很瘪，改良的难度也很大，乃至于有人唉叹“弃之可惜，留之无用”。 笔者**轮采取单交（A/B）、三交（A/B‖C）和复交（A/B‖C/D），正交与反交，几乎用尽了所有的抗源与之杂交，先后配制了96个组合，均未获得成功。总结了失败的教训之后，1971年又以该品系的一个早熟选系6590-722-6为中心亲本，配制了36个组合。杂种F1代仍表现不良，表明其矮秆性状与早衰等不良性状连锁紧密。而在当时，笔者也是在“摸着石头过河”，并不知道“Rht-B1b＋Rht-D1b”基因型对降秆有累加效应，必须把这两个矮化基因分离开，选育出具有“Rht-B1b”或“Rht-D1b”基因型的株系才能克服。 后来，笔者在原掖县（莱州市）西由公社王贾大队技术队的小麦品种资源圃中观察到，几年来美国的格涅斯株高在85～90cm，并不是个矮秆品种，而是一个半矮秆品种，这可能是沃格尔博士成功之路，从而启发笔者在杂种后代中注意选择半矮秆材料。同时，考虑到该亲本需要攺良的性状较多，因此不再急于用第三亲本进行改良，而是改变育种策略，试用多亲本渐近杂交法进行改良。经过筛选，以当时本地抗病高产的蚰选57（后命名为白蚰包）为母本，以6590-722-6为父本杂交的71〈17〉组合表现稍好，便扩大F2群体进行重点选择。经过3年的定向选择，获得了一些株高80cm左右，其他性状也较好的株系。后得知这些株系携带Rht-D1b半矮秆基因，表明其矮秆性与感病、早衰等不良性状紧密连锁已被打破，为其利用迈出了关键一步。为了进一步改良株系的熟相和抗病能力。于1974年又以当时抗病能力强、落黄优良的洛夫林13（Lovrin13）为母体，以株系71〈17〉6-1-1为父本进行杂交改良，其组合代号为74〈11〉。后经温室加代和青海省西宁市夏繁进代，于1978年从优异种质“烟74〈11〉”中选出了8个株高80cm左右，抗病能力强、丰产性状好、落黄优良姊妹系，历时9年11个世代。当时，笔者心里非常高兴，似乎看到了一丝成功的曙光。但是，在加速繁种和品种（系）产量鉴定过程中又出现了两个问题。 其一，凡是抗病性能过硬的株系，植株整齐度较差，一直稳定不下来，田间观察发现，这些株系的花丝较长，可能受洛夫林13（1B/1R）中黑麦基因的影响，开颖与授粉有不同步现象，导致异交率高所致。因此，在选株进代的同时又进行杂交改良。于1979年又以株系74〈11〉混1-1-3为母本，以高产兼抗条、叶锈病和闭颖授粉的“莱阳584”小麦为父本杂交改良，其组合为79〈150〉。经过14年16个世代的共同努力，终于在1984年成功地育成了整齐度好，抗病能力强，具有良好的株型结构与高产潜力的半矮秆（株高80cm，携带Rht-D1b基因）抗旱高产品种烟中144，即鲁麦13号。1989年在莱阳县冯格庄乡马岚村的旱肥地上经实打验收，创造了9 2445kg/hm2的高产纪录(图1)，耗水系数为06838mm/亩·kg，是我国节水型抗旱高产品种选育上的重大突破。 图1鲁麦13号之高产（6153kg/亩）群体（1989） 具有“大群体，小株型”结构 注：每亩5675×104穗，每穗328粒，千粒重382g 其二，由于连续的温室加代与西宁夏繁进代，株系的冬春性不易鉴别，按照常规“冬×冬”杂交组合，其后代应该是冬性的。但其实不然，74〈11〉21-03-17-S-3(简称C149)，在西宁是产量*高、落黄*优良的一个株系，而在本地（烟台）进行品比试验时，却表现为偏春性，抗寒能力弱，不能安全越冬。这可能是与亲本中含有春性品种（欧柔）遗传背景有关，后代中就有可能分离出弱冬性或偏春性的株系来。且在春播夏繁条件下，往往更有利于偏春性材料的生长与发育，因而表现落黄优良，产量高所致。故又以冬性强的F4/530（田间行号）株系为父本进行杂交改良，其组合为79〈160〉。F4/530株系的亲本组合为75〈26〉，也是以改良6590-722-6为目的的，其系谱为：［(维尔/如罗//蚰选27B)F5// (6590-722-6/向阳4号)F3/(6590-722-6/L277/4)F3］，综合了意大利的维尔（Virgilio）、L277/4和智利的如罗（Rulofen）三个著名的抗源，抗病性过硬，株高80cm，株型优良，熟期偏晚，两者杂交互补性强。故杂种F1代表现为冬性耐寒，综合性状优良。其后，小麦研究室进行分工合作，按杂种世代互相代管。故把F2代材料交给了同事代为管理，于1984年共同选出了集高产、广适、多抗于一体的小麦新品种——鲁麦14号（烟中1604）。该品种推广后，由于应用效果好，成为20世纪90年初期（1990—1994年）黄淮冬麦区栽培面积*大的品种，据农业部全国农技推广服务中心统计，至2000年累计推广面积达7835×104 hm2，是我国累计推广面积超过亿亩的少数几个品种之一（图2）。 鲁麦14号之高产(60833kg/亩) 群体1988年由黄县(现龙口市)新嘉镇张郑农科队创造(面积055hm2，平均每亩452×104穗，每穂347粒，千粒重4017g)。 图2鲁麦14号 由上述可以看出，突破性的进展取决于关键遗传资源的发现与创新，没有种质资源（亲本）的创新，就没有大的创造和贡献。可见，信息也是生产力。因此，育种工作者要善于捕捉遗传育种信息，跟踪世界科技前沿，密切与生产实践相结合，努力开拓创新发展，才能取得更大的成效。 （4）重视国外抗病品种资源的改良工作。从国外引进的小麦抗病品种，一般丰产性状较好，但国外一年一季作，品种普遍对光周期反应敏感，成熟期晚，植株高大；有的则偏春性，抗寒能力差，不能安全越冬，是不能直接作亲本利用的，必须要有计划地，把各种抗源导入本地的丰产亲本中去，才能供育种应用。 (5)重视“中间亲本”的创造。在杂交育种工作中，可供我们直接利用的品种资源实在是太少了。例如，抗病性能好的亲本往往农艺性状差，产量水平低；丰产性状好的亲本往往抗病性能不持久、品质差等问题。所以，我们搞育种一定要站得高，看得远，要有科学的预见性与周密的计划，跟踪各种病原菌变化规律，重视高产潜力大，比较完好的“中间”亲本的创造，着力提升亲本的科技含量，才能不断地培育出更好的优良品种来。鲁麦13号、鲁麦14号的育成是如此，济麦22的育成也是如此。 济麦22 亲本组合为 935024/935106 （系两个中间亲本）。其系谱如下。 据观察研究，济麦22号小麦品种继承了鲁麦14号分蘖力强、成穗率高、丰产性状好、适应性广之优点。又提高了抗病、抗倒伏、抗干热风性能。并且，在提高千粒重，增加每穗粒数和穗重的遗传传递力有很大突破，2009年创造了冬小麦7899kg/亩新的高产纪录，其产量构成因素为每亩528×104穗，每穗362粒，千粒重486g，是一个很有竞争力的品种，不仅成为黄淮冬麦区主栽品种，而且也是一个骨干亲本，为广大育种工作者利用。 （6）亲本创新中存在的问题。粗略统计，笔者在60余年的育种生涯中，从大专院校和科研院所，征集抗白粉病和条锈病的小麦品种资源约78份，通过应用，迄今能通过审定的只有莱州95021一个品种。为什么诸多抗病资源应用效果不好呢？分析其原因主要有以下3个方面。 一是农艺性状差，产量水平低。多数品种资源的丰产性状差，有的茎秆软弱，不抗倒伏；有的株、叶型差，分蘖成穗率低，穗小，缺乏高产潜力；有的则落黄性差，根系早衰，抵御干热风能力弱，产量水平低。如前所述，实践与理论已表明小麦品种的产量性状主要由双亲的加性和显性效应控制。换言之，双亲的综合性状都要好，特别要有高产潜力，杂交后才能选育出高产稳产的品种来。如果亲本产量低，是选育不出高产品种来的。 二是抗病持久性差。多数品种资源的抗病性是由主效基因控制的，很容易丧失，且在生产上应用，也是很危险的。因此，进行品种资源抗病性的创新，要以选育由多基因控制的持久抗病、慢锈（粉）性品种为目标。 三是亲本创新滞后，不能满足生产发展的需要。小麦育种是要不断满足生产发展需要的。就黄淮冬麦区而言，是我国小麦、玉米一年两熟的主产区，随着产量水平的不断提高，小麦和玉米品种的生长期都有延长的趋势，这必然影响到两种作物的适期播种。小麦晚播就要增加播种量，麦苗多了个体生长发育就会削弱。加之，化肥施用量的增加易使小麦基部节间拉长，由于小麦群体内小气候的变化，往往导致纹枯病等根病的多发，小麦倒伏的风险就增大。小麦倒伏不仅减产，而且还会影响机械收割，增加生产成本。可见，产量水平低，不抗倒伏的品种在生产上是不能应用的。当前，生产上迫切需要耐密、秆强、多抗和质优，适合机械化作业的高产稳产品种，这是目前诸多种质资源可利用少的原因。 亲本选配的原则及其精准工程 亲本的选与配不是一项简单的工作，而是一项精准的系统工程。这是因为亲本的优劣直接关系到杂种后代优良株型的塑造、高产群体的构建、抗病基因的累加、适应性的拓宽和品质的优化等，是提升品种高产稳产性能和增强市场核心竞争力至关重要的因素。因此，育种工作者一定要有预见性与前瞻性，周密计划，精心设计，并不断地提升亲本的科技含量，才能组配出符合育种目标需求的基因新组合来。 1亲本 (1)亲本组配的方式。粗略统计，1954—2014年的60余年间，笔者选配杂交了7 658个组合，其中有单交组合，也有三交和复交组合，选种已结束的约7 367个组合。育成或共同育成，得到大面积（＞67×104hm2）推广和审定的有9个品种。 ①蚰包麦：蚰子麦/“包打300炮（棒）”小麦（又称美国麦，携带Rht-D1b基因）。 ②烟农685：蚰包麦/辐系4号白粒选系。 ③烟农15：白蚰包/ST2422/464（携带Rht-B1b基因，丰产，抗病，优质）。 ④鲁麦9号：洛夫林13/71〈17〉6-1-1（白蚰包/6590-722-6的品系）。 ⑤鲁麦13号：74〈11〉混1-1-3（鲁麦9号姊妹系）/莱阳584。 ⑥鲁麦14号：74〈11〉21-03-17-S-7（简称C149，鲁麦9号姊妹系）/75〈26〉F4-530株系（简称F4/530）。 ⑦鲁麦21号：鲁麦13号/宝丰7228（黄淮冬麦区，水地组区试对照种）。 ⑧莱州95021：烟农886004［（济南13/鲁麦13）F6］//88〈23〉［（春小麦—天兰偃麦草杂种/烟中153）F1］。