杂交与辐射诱变相结合选育高产优质小麦新品种的研究

陈晓杰 杨保安 范家霖 张福彦 王 浩 陈云堂 程仲杰 崔 龙 张建伟

（1河南省科学院同位素研究所有限责任公司/河南省核农学重点实验室，郑州450015；2河南省豫丰种业有限公司，郑州450001）

小麦是我国最主要的粮食作物之一，随着生活水平的日益提高，人们对小麦品质的要求也越来越高[1]。但长期以来，我国小麦育种以增加产量和提高抗病性为主要目标，而对小麦品质的遗传改良研究不够重视，致使国内目前的小麦生产尚不能满足专用粉市场需求，市场对优质专用小麦的需求量将越来越大[2]。20世纪80年代中后期，小麦品质改良开始受到重视，小麦品质也成为小麦育种和生产的重要目标。经过30多年的努力，我国小麦品种结构有所改善，但达标样品比例较低，2000-2016年在国审小麦审定品种中，强筋品种占审定品种的10.5%，中强筋品种占22.3%，中筋品种占66.5%，弱筋品种不到1%[3]。而对2006-2015年我国小麦主产区742个小麦品种7561份样品进行品质分析发现：强筋小麦样品比例占总样品量的21.0%，年度间呈下降趋势，从41.0%降低到14.2%；达标的强筋小麦比例更低，仅占总样品量的4.8%，年度间呈下降趋势，从6.7%降低到2.0%[4]。说明我国小麦总体质量表现为中筋小麦水平，强筋小麦缺口严重，亟需从品种改良入手，培育强筋小麦品种，改善品质结构，提升小麦质量。但小麦的优质和高产都是涉及多个因素的复杂综合性状，且产量性状与品质性状间存在不同程度的负相关，依靠传统的自然杂交可以有效实现不同来源优良基因型的累加重组，但对于基因连锁现象就很难奏效[5-6]。而诱发突变不仅可以创造新基因，还能有效打破优良基因与不良基因的连锁现象，促进更广泛的基因重组，国内外利用该项技术在诱导小麦株高降低、提高产量、增加蛋白质含量、提早成熟等方面已经取得了大量的成果[7-10]。几十年来，我国利用诱变技术不仅创造了丰富的种质材料，还育成了140多个小麦品种，仅次于杂交育种，包括山农辐63、扬辐6号、郑六辐、小偃6号等著名品种，为中国小麦增产和农业发展作出了重要贡献[7，11-14]。前人对辐射与杂交结合提高小麦辐射育种效果也进行了探讨和实践，先后选育出龙辐麦17号、烟辐188、新春26号、豫同843和西辐13号等几十个小麦品种[15-19]。这表明，将诱变处理与传统杂交育种结合更能发挥不同技术途径的优势，促进小麦优质、高产新品种创新研究。因此，本研究将辐照诱变技术和传统杂交技术相结合，并利用国外先进品质分析仪器对重要品质指标进行跟踪检测，选育高产、稳产、优质小麦新品种。

1 材料与方法

1.1 亲本材料选配 选用河南科技学院小麦育种中心茹振钢教授培育的半冬性、高产稳产、抗倒耐旱、抗冻抗病、根系活力强、适应能力强、落黄好的品种矮抗58为母本，以我国著名小麦育种家郑天存先生育成的半冬性、超高产、多抗、广适小麦品种周麦18号为父本进行杂交，组配矮抗58/周麦18单交组合。

选用半冬性、超高产、多抗、广适小麦品种周麦18号为母本，以矮秆、大穗、抗倒、早熟、高产新种质豫同198（60Co- γ射线辐射矮抗58选育的高代品系）为父本进行杂交，组配周麦18/豫同198单交组合。

1.2 杂交、辐射结合选育高产优质小麦品种技术路线 精选亲本配制高产杂交组合，利用60Co-γ射线对杂交F0或F1干种子进行辐照处理，以此在杂交重组的基础上再增加一些突变或打断一些基因连锁产生更多的基因重组。然后逐世代按系谱法选育，从F2M2或F3M2世代开始利用近红外品质分析仪和微型粉质仪对田间表现突出的株行进行品质指标的检测，对品质优异的株行在以后的世代继续对其重要品质指标进行跟踪检测。经过2~3个世代对品质指标进行定向跟踪筛选后，对稳定株系进行产量比较试验，并对产量突出的品系进行综合品质分析，最终选育出既高产又优质的小麦新品种。

1.2.1 郑品麦8号的选育过程 2004年配制杂交组合矮抗58/周麦18，2005年收获F1种子，田间播种前利用60Co-γ射线（250GY）处理杂交F1干种子（F1M0），然后逐世代按系谱法选育，并从F3M2开始利用近红外品质分析仪和微型粉质仪对田间表现突出的株行进行品质指标的检测，对品质优异的株行在以后世代继续对其重要品质指标进行跟踪检测。于2009年育成农艺性状稳定一致、品质优良的小麦新品系豫同09-65；2009-2011年参加河南省科学院同位素研究所有限责任公司和河南金苑种业有限公司联合开展的多点产比试验，表现突出；2011-2012年度参加黄淮冬麦区南片冬水组品种预备试验，定名为郑品麦8号。2012-2014年参加黄淮冬麦区南片冬水组品种区试；2014-2015年度参加黄淮冬麦区南片冬水组生产试验。于2016年通过国家农作物品种审定委员会审定，审定编号为：国审麦2016014。

1.2.2 豫丰11的选育过程 2005年配制杂交组合周麦18/豫同198，当年获得328粒杂交种，播种前利用60Co-γ射线（200GY）处理杂交F0干种子（F0M0），2006年 F1M1干种子全部收获，编号：08611。F2M2世代种植6000株，于2007年田间选择了106个优良单株，经室内考种淘汰保留85株，然后逐世代按系谱法选育，并从F3M3开始利用近红外品质分析仪和微型粉质仪对田间表现突出的株行进行品质指标的检测，对品质优异的株行在以后世代继续对其重要品质指标进行跟踪检测。经过多世代品质定向检测和2010-2012年的2年多点比较鉴定试验，于2012年育成半冬性、高产优质小麦新品系豫同12-84。2012-2013年参加黄淮冬麦区南片冬水组品种比较试验，定名为豫丰11；2014-2016年度参加黄淮冬麦区南片冬水组品种区试；2016-2017年度参加黄淮冬麦区南片冬水组生产试验。于2018年通过国家农作物品种审定委员会审定，审定编号为：国审麦20180017。

2 结果与分析

2.1 产量水平 2012-2013年度郑品麦8号参加黄淮冬麦区南片冬水组区域试验，17点汇总，平均产量 7243.5kg/hm2，比周麦 18（CK）增产 4.15%，达显著水平，增产点率88.2%；2013-2014年度续试，20点汇总，平均产量8745.0kg/hm2，比周麦18（CK）增产3.95%，达到极显著水平，增产点率90.0%。2014-2015年度参加黄淮冬麦区南片冬水组生产试验，产量为 8370.0kg/hm2，比周麦 18（CK）增产5.71%，增产点率95.2%。区试、生产试验平均产量8119.5kg/hm2，比周麦 18（CK）增产 4.60%，增产点率 91.1%（表 1）。

2014-2015年度豫丰11参加黄淮冬麦区南片冬水组区域试验，19点汇总，平均产量8203.5kg/hm2，比周麦18（CK）增产5.40%，达极显著水平，增产点率94.7%；2015-2016年度续试，23点汇总，平均产量 8056.5kg/hm2，比周麦18（CK）增产 5.17%，达到极显著水平，增产点率87.0%。2016-2017年度参加黄淮冬麦区南片冬水组生产试验，产量 为 8643.0kg/hm2，比周麦 18（CK）增产 5.27%，增产点率100.0%。区域试验、生产试验平均产量8301.0kg/hm2，比周麦 18（CK）增产 5.28%，增产点率93.9%（表 1）。

表1 郑品麦8号、豫丰11在黄淮冬麦区试验中的产量表现

2.2 品质分析 在农业部谷物品质监督检验测试中心（北京）对区域试验中的郑品麦8号和豫丰11抽混合样进行品质检测（表2）。郑品麦8号2013年、2014年品质检测结果为：容重799g/L、816g/L，硬度指数 67、65，蛋白质（干基）含量 15.13%、14.32%，湿面筋含量 32.0%、30.2%，沉降值 37.2mL、28.1mL，吸水率 57.6%、60.3%，稳定时间 8.0min、7.9min，最大抗延阻力 456E.U.、378E.U.，拉伸面积 88cm2、71cm2，延 伸 性 143mm、137mm。2015年、2016年豫丰11品质检测结果为：容重814g/L、808g/L，硬度指数61，蛋白质（干基）含量15.06%、13.90%，湿面筋含量30.9%、29.7%，沉降值38.6mL，吸水率60.3%，稳定时间8.0min、9.7min，最大抗延阻力254E.U.，拉伸面积 64cm2，延伸性 188mm。

表2 郑品麦8号和豫丰11主要品质指标测试结果

参考《主要农作物品种审定标准2014——小麦品种类型》，郑品麦8号和豫丰11的2年品质指标均达到强筋小麦品质标准。参考GB/T 17320-2013《小麦品种品质分类》标准，郑品麦8号的硬度指数、蛋白质（干基）含量、湿面筋含量、稳定时间、最大抗延阻力等指标均达到强筋小麦品质标准，而吸水率、拉伸面积达到中强筋小麦标准，沉降值达到中筋小麦标准；豫丰11的硬度指数、蛋白质（干基）含量、湿面筋含量、吸水率、稳定时间等指标达到强筋小麦品质标准，沉降值达到中强筋小麦品质标准，最大抗延阻力和拉伸面积达到中筋小麦标准。

2.3 特征特性及抗性分析 郑品麦8号属半冬性中早熟品种，全生育期226d，成熟期比周麦18（CK）略早。幼苗匍匐，苗势壮，叶片宽卷，叶色浓绿，冬季抗寒性中等。分蘖力较强，成穗率偏低。春季起身拔节早，两极分化快，耐倒春寒能力一般，耐高温能力一般，熟相较好。株高81cm左右，抗倒性较弱，株型松散，旗叶宽长、下披，穗层厚，穗叶同层。穗纺锤形，小穗稀，长芒、白壳、白粒，籽粒半角质、饱满度较好。平均亩穗数39.1万穗，穗粒数31.4粒，千粒重47.1g。田间自然发病情况：高感白粉病、叶锈病，赤霉病较重，中感纹枯病、叶枯病。2013年、2014年中国农业科学院植物保护研究所人工接种鉴定结果为：条锈病近免疫/免疫，纹枯病高感/高感，叶锈病高感/高感，白粉病高感/高感，赤霉病高感/高感。

豫丰11属半冬性中早熟品种，全生育期228d，成熟期比周麦18（CK）略早。幼苗半直立，苗势旺，叶片宽短直立，叶色黄绿，冬季抗寒性较好。分蘖力中等，成穗率较高。春季起身拔节早，两极分化较快，抽穗早，耐倒春寒能力一般，耐高温能力一般，熟相较好。株高80cm左右，茎秆弹性一般，抗倒性中等，株型稍松散，旗叶宽长、内卷、上冲，穗层厚，穗纺锤形，穗中等，穗码密，中长芒、白壳、白粒，籽粒半角质、饱满度较好。平均亩穗数39万穗，穗粒数32粒，千粒重48g。田间自然发病：高感叶锈病、白粉病，纹枯病较重，赤霉病中等，条锈病轻，黄花叶病毒病轻度发生。2015年、2016年中国农业科学院植物保护研究所人工接种抗性鉴定结果为：条锈病中抗/高抗，纹枯病中抗/高感，叶锈病中感/中抗，白粉病高感/高感，赤霉病高感/高感。

3 结论与讨论

我国小麦品种品质改良工作已经进行了近30年，一批强筋小麦品种豫麦34、郑麦9023、烟农19、高优 503、藁城 8901、新麦 26、郑麦 366、西农 979等陆续被选育和推广，我国小麦品种品质结构有所改善，但强筋品种和弱筋品种比例偏低，仍然以中筋品种为主。我国优质强筋小麦品种占有比例从20世纪80年代至21世纪初逐渐提升，但近年来随着我国小麦生产产量不断提高、实现小麦总产“十二连增”，主要品质性状则出现下滑趋势[4，20-21]，导致加工企业需要大量进口国外强筋小麦以补充日益增长的市场需求量，或者通过添加各种添加物以改良面粉或面制品品质。我国小麦生产的主要矛盾已由总量不足转变为结构性矛盾，推进农业供给侧结构性改革、提质增效成为重要任务。因此，培育出既优质又高产、抗病、抗逆的强筋小麦新品种，提升我国小麦质量成为急需解决的问题。

选育高产强筋小麦品种是一项复杂的育种工程，主要通过品种间杂交选育，以往育种实践证明，强筋小麦亲本材料的选配至少要含有一个强筋小麦品种（材料）以建立较高的品质改良基础[22]。同样，人工诱变技术也是小麦品质改良的有效途径，国内外利用辐射突变的方法，不仅创造了新的品质突变体，还选育出多个强筋小麦品种。黑龙江省农业科学院利用γ射线辐射结合杂交育种选育出龙辐麦1号、2号、3号等10余个强筋小麦品种；烟台市农业科学院采用阶梯式复合杂交和γ诱变技术相结合育成了高产、优质、抗病的大穗型小麦新品种烟辐188[19]；新疆农业科学院利用80Gy60Co-γ射线辐照杂交当代种子培育成了早熟、优质、高产小麦新品种新春26号和新春30号[16]。本研究利用高产广适中筋小麦品种矮抗58和周麦18作亲本，通过60Co-γ射线对杂交F0或F1干种子进行辐照处理，选育出中强筋小麦新品种郑品麦8号和豫丰11。对2个新品种的高分子量谷蛋白亚基进行分析后发现均与亲本矮抗 58 一致（1，7+8，5+12），未发生变异，因此推断γ射线辐照处理对品质指标产生了新的小变异，还需要进一步研究。这些都表明传统杂交育种与辐照诱变育种技术相结合选育强筋小麦新品种是切实有效可行的，不仅有利于优质高产基因定向累加，还可以创造新基因，为今后强筋小麦育种提供参考。

传统小麦育种方法主要依靠育种家的经验根据小麦的表现型（农艺性状）进行选择，方法简单、直观，但育种周期长、预见性差、工作量大、效率低。随着科技的不断发展，先进的快速简便分析仪器的研发和相关生物技术的日趋成熟，给小麦育种提供了新的工具，针对性更强，大大提高了小麦的育种效率[23-24]。但与其他性状的改良相比，小麦品质性状的改良需要更多的专用仪器设备、人力、物力、财力。目前大多数小麦育种单位尚缺乏完备的品质育种技术体系，特别是缺乏在杂交后代选择阶段快速、准确、微量鉴定品质的分析检测手段，这势必影响到将来优质小麦品种选育的数量与质量。本研究利用近红外品质分析仪和微型粉质仪从F3M3或F3M2早期分离世代开始对田间表现突出的株行进行品质指标的检测，并在以后世代对品质指标采取连续定向跟踪检测，并以此作为品质性状筛选的依据，成功选育出2个优质、高产、稳产的小麦新品种郑品麦8号和豫丰11，这表明从早期分离世代开始对重要品质指标进行连续定向跟踪检测的方法是可行的，研究为小麦杂交、诱变结合选育高产优质小麦品种提供了重要的实践经验。