创新育种思路 打造广适高产稳产小麦品种

文本刊记者 杨阳

1月10日上午，2019年度国家科学技术奖励大会在人民大会堂举行。由山东省农业科学院原子能农业应用研究所研究员李新华主持，并率领联合中国农业科学院作物科学研究所等科研团队的“广适高产稳产小麦新品种鲁原502的选育与应用”获得国家科技进步奖二等奖。项目完成人还有刘录祥、李鹏、吴建军、高国强、孙明柱、赵林姝、王美华、张凤云、郭利磊等。

小麦是我国重要口粮，不断选育和推广小麦新品种是保障国家粮食安全的战略途径。上世纪90年代末，黄淮麦区的小麦生产凸显出一些亟待解决的问题：一是高产品种的广适性较差，推广种植区域受到较大限制；二是育成品种的遗传相似性高，潜在风险大；三是品种抗倒伏能力较差，产量稳定性受到较大影响。针对以上问题，项目团队创新育种思路与技术体系，育成广适高产稳产小麦品种鲁原502并大面积推广应用。

“两稳两增” 育种新思路成就新品种

项目团队确立了“两稳两增”（即稳定群体、稳定千粒重、增加穗粒数、增强抗倒性）的育种新思路，创新集成了目标突变体创制与杂交选育相结合的育种技术体系。按照“两稳两增”育种思路，创新“诱发突变、定向筛选”的育种技术，研制出矮秆抗倒伏种质“9940168”；以其为母本与济麦19配制杂交组合，并利用早代选组合、中高代定向选单株、稳定品系多生态区异地鉴定的杂交选育新技术，育成了广适高产稳产小麦新品种鲁原502。利用该体系，还育成71个优良新品系，其中3个新品系已完成国家或省级生产试验，32个新品系进入区域试验。

确立了“两稳两增”育种新思路。20世纪90年代黄淮麦区育成品种的群体和千粒重得到了较大提升，但存在茎秆强度较弱、易发生倒伏，穗粒数较少、限制产量进一步提升等突出问题。针对以上问题，确立了“两稳两增”的育种新思路，即稳定群体（亩成穗40万左右），稳定千粒重（45克左右），增加穗粒数（38粒左右），增强抗倒性。在稳定群体和粒重的基础上，通过增加穗粒数进一步提升产量水平，通过提高茎秆强度增强抗倒能力，解决多穗型品种普遍存在的高产与倒伏的矛盾，以及大穗型品种高产与广适的矛盾。

创新“诱发突变、定向筛选”的育种技术，研制出矮秆抗倒伏种质“9940168”。诱发突变技术能够使植物在DNA水平发生变异，产生自然界稀有或用常规方法较难获得的新性状，并且能够稳定遗传。91102是项目团队育成的具有穗大粒多、结实性好、茎秆粗壮、韧性好等优良性状的稳定品系，但植株较高（91厘米），难以利用。为此，他们将其进行了卫星搭载（国土普查卫星），从SP2代开始，在保留原有优良性状的基础上主要针对株高变异进行选择，在SP4代中选出了矮秆突变材料9940168。该材料株高中等（78厘米）、植株繁茂、株型优良，穗部育性好、穗粒数多、结实饱满，基部节间短、壁厚、茎秆韧性好、抗折能力强，是一个理想的育种新材料。

创新集成早代选组合、中高代定向选单株、稳定品系多生态区异地鉴定的杂交选育新技术，育成了广适高产稳产小麦新品种鲁原502。鲁原502亩穗数40.6万、穗粒数38.6粒、千粒重43.8克、茎秆抗折力3.14牛顿，于2011年通过国家审定；利用创新性育种技术体系，项目组后续育成71个优良新品系，其中3个新品系已完成国家或省级生产试验，32个新品系进入了区域试验。

按照“两稳两增”的育种思路，以创制的9940168为母本，与济麦19配制杂交组合。济麦19曾是黄淮麦区主推品种，2005年获国家科技进步奖二等奖，具有群体适宜、株型优良、落黄性及综合抗性好等突出优点，但株高较高、茎秆较弱、穗粒数偏少，与9940168茎秆强韧、穗粒数多的特性优势互补。

早代选组合。子一代重点观察各组合杂种优势表现，淘汰劣势组合；子二代由常规点播种植、单株选择，改为小区种植、群体选择，并在济南和桓台两地同步进行，根据小区群体综合性状表现，确定重点留选组合。

中高代定向选单株。子三代至子五代采用点播种植、单株选择。注重单穗小穗数和穗育性选择，通过增加小穗数、提高小花结实性，增加穗粒数；注重茎秆强度和基部节间长度选择，自子四代开始对选出单株的基部第二节间长度、壁厚、茎秆抗折力进行测定，选择抗倒伏能力优于亲本济麦19的单株；注重粒叶比和株型选择，选取下部叶片窄、上部叶片较短且挺举的材料，提高通透性和光能利用率。

稳定品系多生态区异地鉴定。优选的新品系在济南、桓台、菏泽进行多点多年的综合性状鉴定与评价，同时在北京和宿州进行冬季抗寒性、抗倒春寒和抗病性鉴定，筛选出适应性广、高产稳产的新品种/系。

品质优良 打造我国主推小麦品种

鲁原502通过国家和四省（自治区）审（认）定，实打产量突破800公斤/亩，年推广面积超1500万亩，为我国三大主推小麦品种之一。鲁原502具有产量潜力高、适应性广、抗倒伏能力强、水分利用效率高、品质优良等突出优点。在国家和山东省区试中产量均居第一位，分别较对照增产10.16%和4.99%；山东省高产创建实打验收最高单产达812.2公斤/亩。该品种自身调节能力强，适应区域广，在国家多年多点区试中增产点率100%，推广区域覆盖鲁、皖、冀、苏、晋、新疆等6个省（区）。群体结构合理，植株重心低、基部节间短且壁厚、茎秆抗折力高，抗倒伏能力强。在不同节水处理条件下，水分利用效率高，节水丰产性好。品质为优质中筋，馒头评分80.0分，面条评分82.0分。

产量潜力高。实打产量高达812.2公斤/亩。鲁原502在国家黄淮北片、山东省、安徽省、江苏省和新疆自治区参试中，均表现突出。在国家区试中较对照石4185增产10.16%，居第一位；在山东省区试中较对照济麦22增产4.99%，居第一位；在安徽省和新疆自治区生产试验中分别较对照增产15.90%和17.72%。在高产创建中，由山东省农业厅组织专家实打验收，2011年兖州点实打产量783.52公斤/亩、2014年桓台点812.2公斤/亩、2015年招远点768.18公斤/亩、2016年兖州点805.9公斤/亩，充分反映了鲁原502的高产潜力。

适应性广。国家和四省（区）审（认）定，6省（区）大面积推广。鲁原502自身调节能力强，适应区域广，先后通过国家和山东、安徽、江苏、新疆四省审（认）定，推广区域覆盖鲁、皖、冀、苏、晋、新疆等6个省份，满足了不同生态区对广适高产品种的需求。在国家区试中，鲁原502不同年份、不同试验点表现稳定，均能发挥出较高的产量水平，增产点率达100%。对山东、河北和山西三省两年度24点次参试品种产量结果分析表明，鲁原502适应度值最高，变异系数和离优度值均较低，说明鲁原502不仅产量高，而且广适性和产量稳定性均 较好。

茎秆强韧，抗倒伏能力强。对蜡熟期不同品种茎秆强度相关指标测定结果表明，鲁原502植株重心低、基部节间短、基部第二节间壁厚、茎秆抗折力高；茎秆基部第二节间的解剖结构显微观察发现，鲁原502茎秆横切面积较大，大维管束数目较多，机械组织较发达，厚壁细胞层数多且排列紧密，细胞壁木质化程度较高。2013年和2016年，山东省多个地市出现了大风和强降雨天气，鲁原502经受住了考验，与其它品种相比，展现出了更好的抗倒伏能力，得到了农技推广专家和种植农户的肯定。

节水性能好，水分利用效率高。10个小麦主推高产品种节水丰产性比较试验结果表明：鲁原502在0水、1水和2水处理下产量与水分利用效率均为第1位，水分利用效率分别为每公顷面积每毫米深度用水29.64千克、每公顷面积每毫米深度用水25.13千克和每公顷面积每毫米深度用水21.90千克；生理指标分析表明，鲁原502灌浆前期干物质增速快、中期峰值高、后期降速慢，穗粒数和千粒重波动小，能够在不同节水处理水平获得较高的产量。

品质优良，适合制作馒头和面条。国家区试品质分析，鲁原502容重784克/升，蛋白质含量（干基）13.08%，湿面筋29.0%，沉淀指数27.8毫克，吸水率61.3%，稳定时间4.6分钟，为优质中筋。经农业部谷物及制品质量监督检验测试中心（哈尔滨）测试，馒头评分80.0分，面条评分82.0分。

李新华（前排）在麦田中介绍鲁原502

创新推广 优化高产高效栽培技术体系

项目团队研究制定了鲁原502高产高效栽培技术规程，探索构建了“科研单位+种业联盟+农技推广单位+农业种植合作社”的推广模式，优化集成了“稳群体、增穗重、减氮肥、适节水”的鲁原502高产高效栽培技术体系，并开发了肥水决策系统等软件。通过建立七省市种业销售联盟、农业信息化综合服务平台和农业种植合作社试验示范基地，形成新型高效推广模式，加速了品种推广应用。

根据鲁原502品种特征特性，在不同地区开展播期播量、耕作种植方式和水肥利用等试验，明确了鲁原502的适宜播期播量、耕作种植方式和水肥管理关键技术，在此基础上优化集成了“稳群体、增穗重、减氮肥、适节水”的高产高效栽培技术体系，并开发了鲁原502肥水决策系统等软件，为鲁原502的大面积推广应用提供了坚实的技术支撑。

依托山东鲁研农业良种有限公司牵头国内120余家种子企业，建立了七省市种业销售联盟；依托各级农技推广单位和山东省农村农业信息化综合服务平台，通过12396热线、品种现场观摩会和技术培训等形式，推广品种与配套技术；同时充分发挥种植专业合作社的示范带动作用，在106个县市区的173家合作社开展大面积的良种良法配套技术展示，辐射带动周边农户。通过以上工作，构建了“科研单位+种业联盟+农技推广单位+农业种植合作社”的推广模式，加速了品种推广应用。

鲁原502自推广应用以来，连续多年被列为农业农村部和省级主导品种，年种植面积逐年增长，年推广面积超1500万亩，成为我国三大主推小麦品种之一。现已累计推广7700.5万亩，增收粮食38.91亿公斤，新增经济效益91.83亿元。近三年累计推广5132.5万亩，新增经济效益61.21亿元。获得植物新品种权1项，品种审定证书5项，软件著作权4项，出版专著1部，发表学术论文37篇。本成果获得了2018年度山东省科技进步奖一等奖。