引进CIMMYT优异麦类种质在甘肃中西部 区域的适应性鉴定

杨芳萍，郭 莹，王振平，赵祯祥，马小乐

(1.甘肃省农业科学院 小麦研究所，甘肃 兰州 730070；2.新疆天浩种业有限公司，新疆 昌吉 831100； 3.天水农业科学研究所，甘肃 天水 741200；4.甘肃农业大学 农学院，甘肃 兰州 730070)

小麦条锈病和干旱是限制甘肃省小麦生产的重大生态问题。培育抗病抗旱新品种是防治小麦条锈病和解决小麦关键生育期水分不足的最经济有效手段。优异种质资源和先进高效技术的获得应用是丰产抗病抗旱小麦新品种选育的基础。国内同仁对现有小麦种质资源遗传背景的研究缺点为遗传多样性不够丰富、选育品种的系谱相似度较高[1-3]。可见，丰富材料的遗传多样性、挖掘农艺性状优异的亲本材料非常有必要。研究[4-5]表明：引进和应用国内外遗传背景差异较大的普通小麦或其近缘种是改变小麦育种资源狭窄的有效方法，也是培育理想小麦品种的重要研究点。小黑麦在抗旱性、抗条锈病、白粉病和耐瘠薄等方面表现出独特的优势，不但保持了小麦的粒多、适应性广以及蛋白质、赖氨酸含量高等小麦优异特性，还结合了黑麦的小穗多、抗病和抗逆性强等特性；人工合成小麦高抗白粉和条锈病，农艺性状、高分子量麦谷蛋白亚基具有丰富的遗传多样性；硬粒小麦因具有品质优良、抗病性强、含抗氧化成分等优异特性，在国内外大量应用。小黑麦、合成小麦、硬粒小麦和多抗、兼抗性种质资源等优异资源的筛选和在小麦育种中充分应用，可为抗锈抗旱小麦新品种的选育奠定材料基础。

CIMMYT以春小麦育种闻名于世，育成品种植株较矮、株型紧凑、抗倒伏、品质好、抗病、丰产、适应性广[6]，在六倍体小黑麦、人工合成小麦、硬粒小麦等麦类作物创制应用方面也领先于世界各地。该中心麦类材料以其株型紧凑、稳产、优质、抗逆性强和适应性广等特点被世界各育种单位广泛应用[1]。从CIMMYT引进以上各类麦类作物，并在甘肃中西部区域进行适应性鉴定，比较各类作物的产量、抗旱性、抗条锈病等的差异，明确CIMMYT不同麦类在甘肃中西部区域的丰产性和抗逆性，为引进和合理应用CIMMYT麦类新品系提供指导。

1 材料和方法

1.1 材料

从CIMMYT引进小黑麦(158份)、合成小麦(77份)、硬粒小麦(32份)及普通小麦种质338份(灌溉圃材料200份，半干旱圃材料138份)，以甘肃河西春小麦主栽品种宁春4号(CK1)为主对照，以甘肃中部旱地品种西旱2号为副对照(CK2)，甘肃省农业科学院小麦研究所提供种子。引进的CIMMYT不同麦类材料具有一定的代表性。

1.2 试验方法

在甘肃省农业科学院兰州试验场，地理位置N 36°5′59″，E 103°41′5″，海拔1 530 m，武威黄羊镇试验点，地理位置N 37°40′12″，E 102°51′42″，海拔1 776 m，分年度设置品种观察和比较试验，均设2个处理(正常灌溉和水分胁迫处理。正常灌溉指灌溉次数和灌溉量同当地大田；水分胁迫处理指生育期不灌水)。观察试验2 m行长，2行区，行距0.20 m，2次重复；品种比较试验，小区面积5 m2，3次重复，田间管理同大田。2种试验分别评价其农艺性状表型和产量状况。条锈病鉴定分别在兰州农业科学院试验场(铭贤169苗期接混合小种诱发)和甘谷县大像山镇(参试材料成株期接混合小种)执行，按条锈病反应型根据过敏性坏死及孢子堆产生情况分为6级：0级(免疫)；0；级(近免疫)；1级(高抗)；2级(中抗)；3级(中感)；4级(高感)。

1.3 数据分析方法

用Statistical Analysis System (SAS，Version 8.0)统计分析软件进行方差分析和品种间产量多重比较。

2 结果分析

2.1 CIMMYT麦类作物在甘肃中西部区域的农艺性状及产量表现

2.1.1 小黑麦在甘肃中西部地区农艺性状及产量表现 2013年对158份六倍体小黑麦在武威黄羊镇设置水分胁迫和正常灌溉观察试验。水分胁迫处理，大部分材料正常成熟；正常灌溉80%材料成熟较晚，且籽粒不饱满。水分胁迫株高在55.67～96.00 cm，株高小于等于70 cm的材料36份，占22.9%； 70～80 cm的材料75份，占47.7%；大于80 cm的材料46份，占29.3%。灌溉处理株高为64～108.5 cm，灌溉处理较水分胁迫植株高大。小黑麦穗子长、籽粒大，其穗粒数和千粒质量均较高。籽粒黑红色，扁长型，粉质。

2015年随机选6份(T-108、T-125、T-128、T-134、T-152、T-157)在武威黄羊设置了水分胁迫和正常灌溉品种比较试验(图1)。水分胁迫时小黑麦籽粒产量为4 198.05～6 148.05 kg/hm2， CK1产量5 083.92 kg/hm2，其中T-128和T-157较CK1增产幅度大(分别增产9.09%和20.90%)；小黑麦株高92.33～105.33 cm，CK1株高78.67 cm，说明小黑麦植株高大，秸秆产量高于小麦。灌溉处理小黑麦籽粒产量为7 537.95～9 876 kg/hm2，株高为105.67～130.00 cm，且株高、千粒质量、穗粒数、成穗数和产量均较水分胁迫有所提升，所有材料均较CK1(产量7 444.05 kg/ hm2)增产，增产幅度1.26%～32.67%；处理间达到极显著水平，材料间除T-125和T-134外，均达到极显著水平。5月中下旬抽穗，水分胁迫材料较正常灌溉早抽穗5～10 d，且茎秆产量优势明显。

图1 六倍体小黑麦不同水分处理产量分布Fig.1 Yield distribution of hexaploid triticale under different water condition

2.1.2 合成小麦在甘肃中西部地区的农艺性状及产量表现 2013年将引自CIMMYT的77份合成小麦在武威黄羊设置水分胁迫和正常灌溉观察试验，水分胁迫和正常灌溉所有材料成熟正常。水分胁迫株高为48～78 cm，其中，48～49 cm的材料4份，50～60 cm的材料36份，61～78 cm的材料33份，分别占73份材料(4份未出苗)的5.5%，49.3%和45.2%。灌溉处理株高54～87 cm，其中60 cm以下的材料7份，60～70 cm的材料33份，高于70 cm的材料35份，分别占76份材料(1份未出苗)的9.21%、43.4%和46.1%。正常灌溉时大部分材料可育小穗数较干旱胁迫处理得到显著提升。大部分材料籽粒为琥珀色，少部分材料籽粒红色，粒型为短椭圆形或卵圆形。

2015年将12份农艺性状较好的合成小麦材料在兰州设置水分胁迫和正常灌溉处理品比试验(图2)。水分胁迫时，产量为3 712.05～7 388.4 kg/hm2，仅HC-72和HC-41分别较CK1增产0.86%和39.70%；正常灌溉时产量为4 617～8 157.15 kg/hm2，较水分胁迫时有所提升，仅HC-41较CK1增产25.59%，但株高变化不大，可能与当年小麦生育期降水量多有关。

图2 合成小麦不同水分处理下的产量Fig.2 Yield distribution of synthetic wheat under different water condition

2.1.3 硬粒小麦在甘肃中西部区域的农艺性状和产量表现 2013年在武威黄羊对引种CIMMYT的32份硬粒小麦设置水分胁迫和正常灌溉处理观察试验。水分胁迫处理株高为55～67 cm，标准偏差3.9，材料之间株高差异小；灌溉处理株高为59～75 cm，标准偏差5.0，株高差异较大；灌溉处理较水分胁迫株高略有提升。硬粒小麦明显较普通小麦、合成小麦晚熟，和小黑麦熟期基本一致。

2015年选12份材料在兰州设置了水分胁迫和正常灌溉引种比较试验(图3)，水分胁迫条件下株高为73～75 cm，产量3 829.2～5 236.65 kg/hm2，4 500 kg以上的材料6份，硬-9居参试材料首位，所有参试材料均较CK1减产(0.99%～27.60%)，硬-8和硬-9较CK2分别增产1.37%和1.72%；正常灌溉时株高为75～91 cm，产量为5 024.25～6 909 kg/hm2，硬-2居首位，除硬-6和硬-2分别较CK1增产6.37%和4.79%外，其余材料均减产。

图3 硬粒小麦不同水分处理下的产量Fig.3 Yield distribution of durum wheat under different water condition

2.1.4 普通小麦在甘肃中西部区域农艺性状和产量表现 338份CIMMYT普通小麦于2013～2014年在黄羊和兰州设置水分胁迫和正常灌溉观察试验(灌溉圃材料正常灌溉，半干旱圃材料水分胁迫)。灌溉圃50%～70%的材料抽穗期比CK1晚7 d，株高普遍高于CK1，符合甘肃黄羊、兰州生产种植的材料极少；参试材料小穗数(CV=6.71%-8.40%)、穗粒数(CV=11.65%-13.91%)、千粒质量(CV=8.62%-13.12%)变异系数大，说明材料遗传背景丰富。半干旱圃大部分材料抽穗期和株高与CK1一致，大部分材料穗粒数黄羊点低于CK1，兰州点与CK1相当。

2015年对前两年度筛选出的12份丰产性好的CIMMYT灌溉圃材料在黄羊镇设置了水分胁迫(仅浇苗期水)和正常灌溉品种比较试验，进一步验证参试材料在黄羊等河西地区的适应性。结果表明，仅浇苗期水的参试材料产量为6 045～7 650 kg/hm2，正常灌溉的产量为6 265.5～9 046.5 kg/hm2；2个处理间除CM2016达到极显著差异外，其余参试品系间未达到显著水平，在一定程度上也反应了CIMMYT普通小麦的高水分利用率。

2.2 CIMMYT不同麦类作物产量潜力差异比较

从小黑麦、合成小麦、硬粒小麦和普通小麦(灌溉圃和半干旱圃小麦)不同麦类作物中分别筛选出高产量潜力材料5～6份，2016年在武威黄羊镇设置水分胁迫和正常灌溉的品种比较试验，鉴定其丰产性。经方差分析，处理间和材料间分别达到极显著和显著差异；小黑麦籽粒产量明显高于其他麦类作物，其次是部分灌溉圃小麦、合成小麦和半干旱圃小麦，大部分硬粒小麦的产量较低。9份材料籽粒产量较CK1增产，增产2.2%～33.5%，且仅4份小黑麦达到显著或极显著水平；19份材料籽粒产量较CK2增产，增产3.9%～49.3%，其中仅7份材料达到极显著水平(5份小黑麦，2份普通小麦)，合成小麦HC-24达到显著水平(表1)。

5份灌溉圃小麦仅BW1227和BW1118较CK1增产，未达到显著水平。半干旱圃6份材料中仅AW3031较CK1增产10.5%，未达显著水平。8份普通小麦(AW3031、BW1118、BW1227、宁春4号、BW1285、BW1062、BW1295和AW3114)较CK2增产，增产3.9%～23.6%，除AW3031和BW1118外，其余材料均未达到显著水平。6份合成小麦中仅1份(HC-24)较CK1增产3.5%，未达到显著水平；3份合成小麦及宁春4号较CK2增产6.4%～15.7%，除HC-24外均未达到显著水平。6份硬粒小麦均较CK1减产(2.2%～23.6%)，除硬-2和硬-11外，减产达到显著水平；2份硬粒小麦(硬-2和硬-11)较西旱2号增产，4份减产，增减产不显著。6份小黑麦中有5份较CK1增产，除XHM T-137外，其余4份均达到显著或极显著水平；5份小黑麦较CK2增产，且达极显著水平。

表1 麦类种质资源在不同水分处理下的产量

2.3 CIMMYT麦类种质材料抗锈性状况

2014年对小黑麦、人工合成小麦、硬粒小麦和普通小麦(灌溉圃和半干旱圃小麦)(各12份)在兰州进行条锈病自然鉴定。其中小黑麦和硬粒小麦全部免疫。人工合成小麦HC-54感病，反应型3，严重度10%～20%，普遍率20%，其余免疫。灌溉圃材料BW1062、BW1094、BW1101和BW1227感病，反应型3，严重度极低； BW1081反应型4，严重度40%，普遍率100%；CK1反应型3，严重度40%，普遍率80%；其余灌溉圃小麦高抗或免疫。半干旱圃小麦AW3023反应型3，CK2反应型2-3，严重度低，其余材料全部免疫或近免疫；可见，CIMMYT麦类材料抗锈性较好，这与CIMMYT麦类课题组重视抗病基因的导入、亲本遗传多样性丰富和多年的穿梭育种、基因跟踪、分子标记辅助选择、多基因聚合等因素有关。

2015年在甘谷设置小麦条锈鉴定试验，在小麦成株期设置接条锈混合菌和药剂防治(喷粉锈宁)2个处理，参试材料为2014年兰州点鉴定的60份麦类种质材料，即、小黑麦、人工合成小麦、硬粒小麦和普通小麦(灌溉圃和半干旱圃小麦)各12份。结果表明，对小麦条锈病，硬粒小麦、小黑麦均为免疫类型，2个处理间无差异；灌溉圃小麦BW1013、BW1062、BW1081、BW1094、BW1101和BW1227，接种后均发病，药剂防治后仅BW1013和BW1081发病，且BW1081感病严重。大部分半干旱圃小麦材料抗条锈病。

2.4 CIMMYT不同麦类作物抗旱性鉴定评价

2016年在武威黄羊镇设置不同麦类作物水分胁迫和正常灌溉的引种试验，鉴定其丰产性，同时评价其抗旱性，以宁春4号为CK1，以西旱2号为CK2。因抗旱指数与产量关系密切，基于各麦类作物的产量品比试验，计算不同作物材料的抗旱指数和变化幅度。

表2 不同麦类作物抗旱性指数幅度及平均值

小黑麦抗旱指数最高，抗旱性强于CK1和CK2；其次是半干旱圃小麦(AW)、灌溉圃小麦(BW)，人工合成小麦(HC)、硬粒小麦抗旱性较弱，但大部分材料的抗旱性仍较CK1强，除小黑麦外，其余麦类作物大部分材料的抗旱性较CK2弱(表2)。说明所有CIMMYT普通小麦的抗旱性强于CK1，但部分半干旱圃小麦的抗旱性弱于CK2。

3 讨论

(1) 小黑麦是由小麦属(Triticum)和黑麦属(Secale)物种经属间有性杂交和杂种染色体数加倍而成的人工合成新物种，是小麦遗传改良的重要种质资源。绝大部分材料能适应当地的气候环境条件，生长发育良好，表现出很强的抗病性和抗旱性[7]。小黑麦在甘肃中西部不保灌区域种植，生长良好，籽粒产量、抗旱性明显优于CIMMYT其他麦类作物；保灌区域种植熟期晚，籽粒欠饱满，种子色泽差，粉质。丰产性、抗旱性优于当地主栽品种CK1、CK2，故在甘肃中西部的水浇地和干旱地种植均能有好的收益，可作为当地小麦边缘化区域的换代作物。因小黑麦枝叶繁茂、高生物学产量，可在降水量稀少、土壤瘠薄、靠天吃饭、小麦产出低下区域(定西干旱地、天祝西北部及其宁夏西、海、固等)广泛种植，为农牧业共赢发展区域增添一定的饲草量。另外，小黑麦是典型的小麦和黑麦杂交得到的双二倍体，是黑麦中有益基因向小麦转移的桥梁，小黑麦的抗逆性可在普通小麦抗逆性改良中充分应用，目标是创制普通小麦的新类型，丰富麦类种质资源遗传背景，探究不同属间成功杂交的途径和方法。

(2) CIMMYT人工合成小麦由硬粒小麦与节节麦杂交、染色体加倍而成，为现代小麦遗传改良提供了宝贵的基因资源，是研究小麦进化过程中基因变异的重要材料[8]。合成小麦因秆软、产量低、籽粒小、穗粒数低，千粒质量较高，在生产中能直接引用的材料很少；但因其携带丰富的优质高分子谷蛋白亚基，加工和营养品质好，已在小麦改良中得到了充分应用[9-11]。

硬粒小麦是四倍体栽培小麦，是世界重要的粮食作物之一，播种面积约占世界小麦总面积的10%，仅次于普通小麦，居栽培小麦的第2位[12]。硬粒小麦对条锈、叶锈、散黑穗和腥黑穗病具有较好的抗性，其籽粒蛋白质含量较高，含丰富的赖氨酸和类胡萝卜素，具优异营养和加工品质，是制作通心粉食品的必要原料，同时也是改良普通小麦的重要基因资源。硬粒小麦农艺性状存在丰富的遗传变异，矮秆、低产和晚熟成为限制其进一步应用的重要因素；另外，硬粒小麦在国内未解决面粉加工问题，国内生产上基本没种植面积，许多优异种质资源主要用于普通小麦的品质改良。

3) CIMMYT麦类种质遗传多样性丰富：普通小麦(灌溉圃小麦)秆高、晚熟，产量潜力较小，部分小麦较对照CK1增产，增产未达到显著水平；半干旱圃小麦相对甘肃中部抗旱小麦品种植株矮小、大部分材料产量水平低于CK2[13]。普通小麦中，除综合优异性状突出的部分材料，可直接应用于甘肃中西部生产(如陇春23、陇春24就是CIMMYT材料在甘肃生产中直接应用的佐证)；与张勇等的报道不完全一致[14]，可能与所用不同选种圃材料有关；大部分产量欠佳的普通小麦，因抗逆性突出，特别是抗条锈和抗旱性，可在甘肃中西部小麦改良中充分应用(陇春20、陇春26中有CIMMYT小麦的血缘)[14]。