水旱兼用多抗高产小麦新品种‘烟农173’选育研究

丁晓义，辛庆国，李林志，殷 岩，严美玲，赵 倩，孙晓辉，姜鸿明

（山东省烟台市农业科学研究院，山东烟台265500）

0 引言

中国水资源总量为281 万亿m3，人均占有量不足世界人均的1/4，水资源供需紧张的矛盾已经严重制约着中国国民经济的可持续发展[1-2]。作为用水大户的农业面临严重水危机，且受旱面积呈逐年扩大态势，因干旱缺水导致粮食减产700亿～800亿kg以上[3-5]。小麦是中国主要粮食作物之一，常年种植面积在2400 万hm2左右，其中旱地小麦占全国小麦总面积的30%以上[6-11]。山东省旱地小麦面积在86.7 万hm2左右，约占全省小麦面积的24%。山东省旱地麦田平均单产约5070 kg/hm2左右，水浇麦田约6510 g/hm2左右，旱地小麦单产与水浇地相差约1500 kg/hm2，归其原因是干旱少雨，而生产上又缺乏干旱年份能稳产，丰水年份又高产的雨养小麦新品种。长期以来，干旱缺水造成单产低而不稳，严重限制了小麦总产的提高，已成为影响山东省小麦高产稳产和可持续发展的主要制约因素。目前山东省旱地栽培的品种大多为高秆耐旱品种，这些品种抗旱性好，但丰产性差，不抗倒伏。将抗旱性与高产性结合、节水性与丰产性结合，培育水旱兼用雨养小麦新品种，提高小麦自身的水分利用效率和耐旱性，进而达到节水、丰产、增效的目的，是缓解乃至解决干旱缺水的主要途径。推广水旱兼用雨养小麦新品种，进一步提高小麦增产潜力对全省乃至全国粮食生产都有重要意义[12-15]。

针对山东省旱地麦区的生态特点，以解决高产、优质、抗逆、节水、高效的问题为目标，通过水旱一体种植、平行优势选择、抗逆生态选择、水旱联合鉴定的系统方法[16-22]，成功选育出了既在水地表现丰产，又在旱地表现抗旱的水旱兼用多抗高产小麦新品种‘烟农173’。

1 材料与方法

1.1 材料

‘烟农173’的母本是‘济麦22’。‘济麦22’是山东省农业科学院作物研究所育成的超高产、多抗、优质中筋小麦新品种，是黄淮北片冬麦区主推品种，累计推广面积666.67 万hm2以上，是中国第一大小麦品种。该品种具有三大突出特点：一是产量高；二是抗性强，抗白粉病、条锈病，抗倒伏，抗寒，节水，耐热；三是适应性广黄淮和北方冬麦区大面积推广种植。

‘烟农173’的父本是‘烟2415’。‘烟2415’是烟台市农业科学研究院于1996年以自创亲本‘烟849’为母本，本单位选育的‘鲁麦21号’为父本杂交选育而成的高产、稳产、广适性小麦新品种。其中‘鲁麦21 号’小麦品种具有极强的抗旱能力，经国家半干旱农业工程技术研究中心鉴定：抗旱系数为1.07，并称该品种是高产、抗旱品种类型。‘鲁麦21 号’至今作为山东省旱地试验的对照品种已20余年，并在1997年、2008年非灌溉条件下分别创造了10404.6 kg/hm2、10555.05 kg/hm2的高产纪录，是中国抗旱高产品种选育的重大突破。

1.2 方法

该品种采用水旱一体种植、平行优势选择、抗逆生态选择、水旱联合鉴定的方法系统选育而成的。水旱一体种植，是指从杂交种开始将每一个世代种子一分为二种植在水、旱两圃，根据两圃综合表现，选择既在水地表现丰产，又在旱地表现抗旱、抗逆、产量较高、穗层整齐、穗大粒多、抗病性好的材料。具体到杂交材料后代的选择上采用平行优势选择与抗逆生态选择，即在当地生态条件下，水旱两圃内分别以当地水地和旱地推广品种为对照，在水地选择抗寒性、抗病性、丰产性最佳的材料；在旱地选择抗寒性、抗旱性、抗干热风性、后期叶片功能期长、熟相、子粒饱满度好的材料。将高代中选的株系在水、旱两个生态条件进行多环境多点联合鉴定试验，对其产量性状进行全面正确评价，评选出抗旱性与丰产性结合好的品系。其选育过程及多环境多点鉴定试验见表1。

2 结果与分析

2.1 生物学特性

半冬性，幼苗半直立。株型半紧凑，叶色浅绿，叶片上冲，抗寒、抗旱，熟相好。长芒、白壳、白粒，籽粒饱满度中等、硬质。两年区域试验结果平均：生育期246天，与对照‘济麦22’相当；株高82.7 cm，最大分蘖1545.0 万/hm2，有 效 穗 658.5 万/hm2，分 蘖 成 穗 率42.6%；穗型纺锤，穗粒数37.5 粒，千粒重40.6 g，容重815.3 g/L。‘烟农173’显著特点是抽穗期较对照‘济麦22’提前4～6 天，熟相好、熟期正常偏早，叶功能期长，灌浆期长，具有抗旱、抗倒春寒、抗干热风的生物学特性[23-26]。

2.2 产量表现

2.2.1 山东省高肥组试验 表2 为‘烟农173’在山东省高肥组区域试验中的产量表现。2012—2013 年度12点汇总，11 点增产，增产点率91.67%，产量幅度为7855.1～9610.1 kg/hm2，平均产量 8733.3 kg/hm2，比对照‘济麦22’增产5.98%，增产差异极显著，居13 个参试品种的首位。2013—2014年度14点汇总，13点增产，增产点率92.86%，产量幅度为8100.0～10637.6 kg/hm2，平均产量9231.0 kg/hm2，比对照‘济麦22’增产6.35%，增产差异极显著，居12个参试品种的第2位。两年区试平均产量8982.2 kg/hm2，比对照‘济麦22’增产6.17%，达极显著水平。

2014—2015 年度山东省高肥组生产试验（表3），13 点汇总，12 点增产，增产点次率92.31%，平均产量8719.6 kg/hm2，比对照‘济麦22’增产4.70%。

2.2.2 黄淮北片新品种示范试验 2015—2016 年度国家小麦产业技术体系黄淮北片小麦新品种示范试验，共15个示范点，展示18个品种，每个品种0.03～0.04 hm2，产量结果见表4。

通过15 个地点、18 个品种的产量结果统计，总平均产量为 8196.0 kg/hm2，其中‘邯 11-5276’、‘石 10-4393’、‘烟农173’、‘中麦4072’、‘济麦23’、‘临091’、‘尧麦16’、‘衡S29’等8 个品种的平均产量超总平均产量，增产幅度1.8%～5.0%。产量超总平均产量3.0%以上的品种分别是‘邯11-5276’、‘石10-4393’、‘烟农173’、‘中麦4072’、‘济麦23’。

2.2.3 旱地鉴定试验 2014—2015 年山东省小麦产业技术体系旱地小麦新品系多点鉴定试验。参试品系20 份，对照‘鲁麦21’。分别在临沂、聊城、青岛、淄博等4个试点进行旱地多点鉴定，产量结果见表5。综合平均后，‘烟农173’、‘125592’较对照‘鲁麦21’分别增产2.51%、0.81%，2 个品系具有较好的耐旱性、适应性和稳定性。

2.3 抗性表现

2.3.1 抗逆性‘烟农173’于2011—2016年度先后参加了山东省高肥组试验、山东省小麦技术体系旱地鉴定试验、国家小麦产业技术体系黄淮北片新品种示范试验，历时5年经历了寒害、干旱、倒春寒、干热风等单因素或多因素叠加的自然灾害的影响，均表现出了抗好的抗逆性。抗寒性，各年份试验记载茎穗均100%越冬，叶片冻害程度均为2 或2+，特别是2014 年冬季山东省极低温度达到零下14℃，导致了部分小麦品种发生冻害而大面积减产，‘烟农173’无影响，说明抗寒性强。倒春寒，试验先后经历2013 年、2015 年两次较严重的倒春寒危害，‘烟农173’均表现穗部完整，结实性好，说明‘烟农173’具有较强的抗性。如2013 年3 月中旬气温连续多日在20℃以上，4 月份上旬受冷空气影响，出现大范围降温，8 日最低气温低于0℃，有霜冻，导致多数小麦品种小穗受冻，结实性差而不育，‘烟农173’穗部性状完整，没有出现顶部及低部小穗不育，表明抗倒春寒能力强。旱灾，试验期间共经历了2012 年、2014 年、2015 年、2016 年的春季干旱，‘烟农173’均表现出了较强的抗旱能力。干热风危害，2014年冬季低温冰害、春季干旱后，2014年5月下旬山东省又发生了严重干热风危害，‘烟农173’生育后期活株带绿成熟，表现出较强的抗干热风能力。

表2 ‘烟农173’在山东省区试中的产量表现 kg/hm2

表3 ‘烟农173’在山东省生产试验中的产量表现 kg/hm2

2.3.2 抗病性 2015 年经中国农业科学院植物保护研究所接种抗病鉴定：‘烟农173’高抗叶锈病，中抗纹枯病，中感条锈病和白粉病，高感赤霉病。

2.3.3 抗旱性 2017—2018年度，小麦产业体系专家青岛农业大学穆平教授对包括‘烟农173’在内的26 份材料进行了抗旱性鉴定。鉴定采用隶属函数法，即以胁迫处理后的株高、根长、鲜重、干重、SOD 活性和MDA 含量为依据，用求隶属函数值法获得各项指标平均值并排序，平均值越大说明抗旱能力越强。根据隶属函数平均值的大小分为四级：Ⅰ级，X≥0.7，高度抗旱；Ⅱ级，0.5≤X＜0.7，中度抗旱；Ⅲ级，0.4≤X＜0.5，抗旱；Ⅳ级，0＜X＜0.4，轻微抗旱。结果表明：对照‘鲁麦21’的函数平均值为0.60，抗旱能力为Ⅱ级；‘烟农173’的函数平均值为0.73，抗旱能力为Ⅰ级，抗旱能力强。

3 讨论与结论

3.1 选育目标要明确

在中国新农业科技革命发展任务不断改变的情况

下，作物育种目标必须展现出一定的灵活性与先进性[27]。育种家必须根据当地生产实际需求、种植制度等因素制定育种目标，使育成品种易被市场接受，便于转化应用，形成现实生产力。在当前的小麦生产条件下，水资源不足不可避免，农民投入空间有限，大肥大水品种已不对路，没有市场。所以选育品种要改变增产方式，走资源节约，环境友好与可持续发展的路子，选育既高产稳产又抗旱节水的高效广适性品种。这与国家确立农作物育种“高产、优质、高效、生态、安全”的总方针相一致。通过培育高产稳产、多抗广适性小麦新品种，大幅度提高小麦单产，增强抵抗自然灾害的风险，已成为解决小麦安全问题的最根本有效途径，也是当前和今后一段时间小麦育种工作的核心任务。

表4 黄淮北片18个示范品种最高、最低产量及出现试点与平均产量 kg/hm2

表5 旱地参试品系不同试点产量汇总表 kg/hm2

3.2 亲本选配是关键

根据育种目标，进行亲本选配，其关键是要组配出符合育种目标需求的基因新组合，尽量减少不良的非目标性状导入。‘烟农173’在亲本选配中遵循了3个原则：（1）亲本中要有一个本地区大面积推广的品种。从理论上讲，科技的进步总是在继承中创新发展的，没有继承就没有发展，小麦育种也不例外。从实践上讲，能够成为大面积推广的主栽品种，一般是综合性状好，适应性广，效益好，得到农民认可的，这是新育成品种高产、稳产、适应性广的基础。‘烟农173’的母本为‘济麦22’，是目前大面积推广的主导品种，连续6 年为黄淮北片第一大品种。（2）双亲本尽量选用产量高，优点多，缺点少，且优缺点能互补的品种作亲本，既“强强”联合（著名小麦育种家庄巧生院士）。‘烟农173’双亲都具有高产、稳产的特点，在抗倒性和肥水利用效率方面又具有很好的互补性。‘济麦22’具有高产，稳产，抗倒等多个优良性状，其缺点是肥水敏感度高，在高肥水地块产量高且稳产，在中低肥水产量低且不稳定；‘烟2415’同样具有高产，稳产，抗病等多个优良性状，因其含有‘鲁麦21 号’的血缘故具有较好的抗旱能力和较高的肥水利用效率，其缺点是株高偏高，熟期较晚。（3）品种与品种单交选育。这与林作揖等关于“选育品种主要用单交方式”的结论相一致。通过审定或在生产上应用的品种往往具有高产、稳产、适应性广等特性，遗传基因优良稳定。单交选育过程中目标性状不易丢失，可避免三交或多复交过程中因遗传基础过于丰富，而造成目标性状的遗失或因某一不良性状的导入使品种存在致命缺陷。

‘烟农173’双亲的组配，赋予了该组合具有超强优势的理论基础，通过杂交聚合了双亲的优良基因，遗传基础丰富，使高产、稳产、抗病、抗旱、抗寒、抗干热风等优良基因在较高层次上得到重组，使‘烟农173’具有了更多的优良性状，从而提高了新品种的丰产性和多抗性。

3.3 选育方法是保证

选好亲本组合，为品种的育成提供了最大的遗传可能性的前提下，在后代的培育中将目标性状从大量的后代群体中选择出来，是育种成功的保证。在小麦新品种选育的过程中，基因型与环境互作的结果使性状指标表现各异，创造有利的生态环境和栽培条件使目标性状在一定的环境压力下得到充分发挥，选择就显得较为容易了。小麦抗旱性和丰产性受多基因控制，二者往往不能同时表达，笔者在培育新品种时使用了水旱一体种植、平行交替选拔、水旱平行鉴定的方法为抗旱丰产型基因创造了充分表达的有利环境和条件，使其抗旱节水、丰产性能够充分表现。实现了抗旱、节水、丰产目标的定向培育，提高了育种选择效率。