湖北省白皮小麦品种穗发芽抗性鉴定及改良

董静+许甫超+秦丹丹+徐晴+葛双桃+李梅芳

摘要：鉴定了湖北省本省育成和外引的12个白皮小麦（Triticum aestivum L.）品种的穗发芽抗性，比较了室内整穗发芽法和田间自然鉴定法的优劣，分析了系谱法经验选择的效果。结果表明，湖北省本省育成的白皮小麦品种具有一定的穗发芽耐性，而外引品种高感穗发芽；室内整穗发芽法和田间自然鉴定法均可提高穗发芽选择，以室内整穗发芽法效果较好，采用改良系谱法结合室内整穗发芽法鉴定是抗穗发芽育种的一种有效途径。

关键词：小麦（Triticum aestivum L.）；穗发芽；抗性鉴定；系谱法筛选

中图分类号：S512.1 文献标识码：A 文章编号：0439-8114（2016）23-6057-04

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2016.23.011

Abstract： In this paper， pre-harvesting sprouting resistance of 12 Hubei white-grained wheat（Triticum aestivum L.） cultivars was identified by intact spike germination in room and natural weathering selection in field trials， and comparison of the efficiency between two methods was done. Meanwhile， the effect of pedigree system selection application on pre-harvesting sprouting resistance was analyzed. The results showed that wheat cultivars with white-grained which bred by the institutes in Hubei province had certain tolerance to pre-harvesting sprouting. Intact spike germination in room and natural field resistance selection were helpful for breeding， but the efficiency of the former was better. And the method that combined the modified pedigree selection and intact spike germination in room was a good way to improve pre-harvesting sprouting resistance.

Key words： wheat （Triticum aestivum L.）； pre-harvesting sprouting； resistance identification； pedigree selection

小麦穗发芽（Pre-harvest sprouting，PHS）是指小麦（Triticum aestivum L.）在收获前遇到阴雨或在潮湿环境下的穗上发芽。小麦穗发芽不仅降低产量，而且严重劣化加工品质及种用价值。长江中下游冬麦区是中国穗发芽重灾区之一[1]。湖北省的东南及江汉平原麦区由于降雨较多，小麦穗发芽现象发生频繁。过去通过种植红皮小麦可以较好地控制穗发芽风险，但由于白粒小麦出粉率高，面粉洁白，近年来白皮小麦种植面积扩大，尤其是以郑麦9023为代表的外引白皮小麦在湖北省的不合理推广，造成间隔性穗发芽灾害。选育抗穗发芽品种增强防灾减灾能力，对小麦安全生产及增产增效具有重大意义。而且由于外引白皮小麦丰产性突出，在湖北省乃至长江中下游的小麦育种中经常作为亲本，可能导致未来小麦生产的穗发芽抗性风险，但是目前对湖北省推广小麦品种穗发芽鉴定及育种研究报告较少，缺乏足够的数据指导白皮小麦抗穗发芽育种[2-5]。本研究通过对重要的白皮小麦品种进行穗发芽抗性鉴定、比较不同穗发芽鉴定方式优劣以及开展育种改良实践获得数据，以期为湖北省小麦穗发芽育种提供参考。

1 材料与方法

1.1 试验材料

供试品种包括湖北省生产上应用的本省及外引白皮小麦品种12个，以及配制的杂交组合郑麦9023/鄂麦11、郑麦9023/鄂麦12//丰优7号分离世代材料及其育成品系。所有材料种植在湖北省农业科学院粮食作物研究所武昌南湖试验基地。

1.2 试验方法及设计

各品种（系）穗发芽鉴定采用室内整穗发芽法和子粒发芽法。郑麦9023/鄂麦11分离世代单株采用室内整穗发芽法和田间自然鉴定法。各品种（系）在开花后30～35 d（麦穗及小麦旗叶变黄、退绿）田间取样，每品种取10个主茎穗，5穗捆成一束；世代材料单株（取300～400株）在蜡熟期一次性取材，每株取2穗捆成一束用于室内整穗发芽；室内风干3 d，待种子的含水量降到15%以下，立即存放于-20 ℃冰箱以维持种子的休眠性，待收获全部材料后一并进行试验。世代材料单株剩余穗田间延迟5 d，每株收获2～3穗脱粒直接用于检测穗发芽率。

整穗发芽法：把整束穗浸入1.0%次氯酸钠溶液消毒10 min，然后在无菌水中浸泡8 h，之后从水中取出，穗子垂直插于盛有沙子的塑料桶中，每天喷水3次，用塑料薄膜覆盖维持湿度在95%以上。7 d后取出，电热恒温干燥箱快速烘干，阻止其继续发芽；再于阳光下暴晒至子粒易剥取，以胚部出现破裂迹象为鉴定标准，记录每穗穗發芽率。用平均发芽率表示整穗发芽抗性。穗发芽率=发芽粒数/总粒数×100%，参考小麦抗穗发芽检测方法标准（NY/T 1739-2009）[3]，将穗发芽率<5%，定为高抗（HR）；5%<穗发芽率<20%，定为抗（R）；20%<穗发芽率<40%；定为中抗（MR）；40%<穗发芽率<60%，定为感（S）； 穗发芽率>60%，定为高感（HS）。

子粒发芽试验方法参考文献[4]；子粒发芽率公式同穗发芽；发芽指数=（7×n1+6×n2+5×n3+4×n4+3×n5+2×n6+1×n7）/（7×N）×100，其中，n1，n2，…，n7分别为第1，2，…，7天的发芽种子数，N为种子总数。

2 结果与分析

2.1 整穗和子粒发芽鉴定结果

通过2012、2014、2015年3年的鉴定，结果表明湖北省本省育种单位育成的白皮品种鄂麦11、鄂麦12、鄂麦18等6个品种的7 d穗发芽率平均为53.6%，最低为鄂麦11，最高为鄂麦23，变异系数为20.2%；发芽指数平均为0.67，最低为鄂麦18，最高为鄂麦23，变异系数为17.9%（表1）。说明湖北省本省育成的白皮小麦品种穗发芽抗性属于S级；具体分析发芽指数，发现品种多能耐3 d的降雨（鄂麦23除外，数据未列出），其耐性来源于子粒短暂的休眠性和穗部性状抗性。在湖北省推广应用的外引白皮品种7 d穗发芽率平均为88.8%，最低为丰优7号，最高为郑麦9023，变异系数为6.9%；发芽指数平均为0.76，最低为周麦16，最高为豫麦50和周麦18，变异系数为17.0%。说明外引品种穗发芽抗性属于HS级，具体分析发芽指数，发现这些品种多在1～2 d即大量发芽，其中周麦16例外，其可能是病害过重引起的种子活力不足。

对比湖北省本省及外省来源的两组白皮小麦品种可以看出，外引品种穗发芽抗性差，不宜在高降雨量的鄂东南及江汉平原推广，本省品种具有一定的耐性，但抵御灾害性天气能力不容乐观。

2.2 室内穗发芽鉴定和田间自然鉴定效率比较

从2012-2015年，每年对郑麦9023/鄂麦11后代300～400个单株进行室内穗发芽鉴定和收获种子穗发芽检测，比较F2至F5世代，HR单株占1.8%，R单株占12.3%，MR单株占21.4%，S单株占23.6%，HS单株占40.9%（图1）。从郑麦9023与鄂麦11及其后代的发芽鉴定结果来看，说明有超亲现象出现。考虑世代材料鉴定的单株穗数较少的缘故，结果包含一定的假阳性信息，但4个世代都有部分单株表现优于双亲概率存在，说明超亲现象确实存在。可见利用湖北省本地耐穗发芽品种作为抗源，可以改善穗发芽抗性。

F2代田间自然鉴定中抗以上单株占48.3%，而室内鉴定为25.1%，F3至F5代田间自然鉴定中抗及中抗以上单株占80%以上，而室内鉴定为36.6%～43.8%。考察田间降雨因素，则发现F2代由于灌浆期降雨较多，田间自然鉴定与室内鉴定相对接近，而F3至F5代灌浆期降雨量正常或偏少，自然筛选压力不够，则田间穗发芽率低，假阳性高，而室内鉴定结果保持稳定，说明室内鉴定可以较好地筛选穗发芽抗性株。

上述群体未淘汰高感单株，假如以300个单株的基础群体计算，F2代以高感均值40%计算，其余世代按20%计算，F5代保留约115株，采用单穗传法结合室内鉴定筛选构建群体世代材料，即可以保留较多的遗传变异，又可以提高穗发芽抗性筛选力度，同时田间试验规模也能得到较好的控制。

2.3 系谱法选择效率

为了更好地了解田间自然筛选，整理了郑麦9023/鄂麦11、郑麦9023/鄂麦12//丰优7号两个组合的系谱法田间筛选过程（试验时间为2003-2006年）。其中F2代每行按照50株存活估算，F3至F5代按照80株存活估算。从表2可以看出，育种家从F2至F5代大约需要从4 000株选择出目标优株，按照综合性状选择，中选概率极低，仅为0.4%～4.0%。

从表3可见，对郑麦9023/鄂麦11组合筛选出8个综合性较好的品系进行产量比较试验，结果比郑麦9023增产超过5%的有4个，减产接近或超过5%的有3个，产量相当的1个，穗发芽率变幅为47.8%～78.2%，平均为60.8%，显著低于亲本对照郑麦9023的98.9%；而郑麦9023/鄂麦12//丰优7号组合筛选出8个综合性较好的品系进行产量比较试验，结果比郑麦9023增产超过5%的有3个，减产超过5%的有1个，产量相当的有4个，穗发芽率变幅为70.3%～88.1%，平均为78.9%，也显著低于对照郑麦9023。可见利用湖北省本地耐穗发芽品种作为抗源，育种家通过常规系谱法和自然田间筛选可以改良穗发芽抗性，但穗发芽抗性达不到高抗水平。其對穗发芽抗性单株的选择效果低于相对前述室内整穗鉴定法。同时也可以看出，单交组合郑麦9023/鄂麦11后代比复交组合郑麦9023/鄂麦12//丰优7号后代的穗发芽率平均值低18.1个百分点，原因在于复合杂交的丰优7号也属于高感类型，降低了抗性单株在后代出现的比例。

从表2、表3可以看出，育种家采用系谱法早期田间大量淘汰农艺不良单株，提高了农艺性状选择效率，也导致穗发芽抗性株减少；而采用前述的单穗传法结合室内鉴定筛选构建群体世代材料可以保留较多的遗传变异，提高穗发芽抗性筛选力度，但综合性状优良株比例降低。二者各有优劣，实践中可以结合起来，如F2至F4代淘汰掉农艺性状极端不良单株，增加优良株播种量。

3 小结与讨论

本试验证实了利用室内整穗鉴定和田间选择压自然鉴定均可以提高穗发芽抗性，相比较，室内整穗鉴定受环境影响较小，抗性鉴定精确性较高；同时对两个组合的鉴定和筛选证明了利用湖北省本地资源改良穗发芽抗性是有效的。从方法上看，采用改良系谱法的单穗传法结合室内鉴定筛选构建群体世代材料，既可以保留较多的遗传变异，又可以提高穗发芽抗性筛选力度。

抗穗发芽是小麦育种的重要目标之一，但影响穗发芽的因素众多，育种难度较大。在高度重视抗穗发芽育种的基础上，需要从以下3个方面努力：①需要遗传解析现有优良抗（耐）性品种的抗性机理和遗传机制，现代品种农艺性状优良，更容易在育种中应用；②需要利用分子标记技术快速将万县白麦子、永川白麦子、秃头麦、大玉花等地方品种的抗穗发芽基因导入到现代品种中，同时减少地方品种不良农艺性状的遗传累赘[5，6]；③利用矮败小麦育种平台聚合不同来源的抗穗发芽基因，创造出优良的中间材料，为抗穗发芽育种服务。

参考文献：

[1] 肖世和，日长生，张海萍，等.小麦穗发芽研究[M].北京：中国农业科学技术出版社，2002.92-99.

[2] 董 静，李梅芳，许甫超，等.湖北小麦材料穗发芽抗性评价[J].湖北农业科学，2011，50（24）：5040-5043.

[3] NY/T 1739-2009，小麦抗穗发芽检测方法[S].

[4] WALKER-SIMMONS M K. Enhancement of ABA responsiveness in wheat embryos by high temperature[J].Plant Cell Envirvonment，1988，11：769-775.

[5] 董 静，秦丹丹，许甫超，等.小麦穗发芽抗性的分子机制和育种研究进展[J].湖北农业科学，2015，54（22）：5509-5512.

[6] DEPAUW R M，KNOX R E，SINGH A K，et al.Developing standardized methods for breeding preharvest sprouting resistant wheat，challenges and successes in Canadian wheat[J].Euphytica，2012，188：7-14.