利用外源优质基因选育多抗冬小麦品种的研究

刘 众，刘卓娜

（1.平凉市农业科学院，甘肃平凉744000；2.甘肃亚盛实业（集团）股份有限公司平凉农业分公司，甘肃泾川744300）

粮食是国家特殊的战略性物资，是国家安全、社会稳定和国民经济发展的基础[1]。小麦是我国重要的商品粮和贮备品种，对保障国家粮食安全、解决民生和社会稳定起着极为重要的作用。小麦是重要的粮食作物，全球约40%的人以其为主食，其种植面积、产量、贸易量在世界谷物常年产销中均占有较大比重。

近年来，国内外小麦育种工作都处于艰难爬坡阶段，其根本原因在于种质资源贫乏和育种手段落后。因此，品种综合性状水平的提高有待于育种方法的革新，提高小麦产量一直是小麦育种者的首要目标，综合农艺性状对产量具有重要影响[2]。小麦种属外源基因导入普通小麦将会拓宽育种基因库，增强多抗能力，提高产量潜力，优化品质，增强抗性。总之，随着市场经济发展，小麦未来育种方向是提高水肥利用率来增加单产保总产，走资源节约、生态保护和可持续发展的路子，努力选育抗逆能力强，肥水利用率高，“少投资、多产出、环境友好”的高产良种，使有限的资源生产出尽可能多的小麦，从而达到粮食增产、农民增收、保护生态之目的[3]。

陇东地区属泾河上游冬小麦区，在全国小麦区划中属“北部晚熟冬麦区边缘地带”，是甘肃的重要商品粮基地，也是北方居民食用最广的细粮作物[4]。长期以来，干旱、寒冷、土壤瘠薄、条锈病重发等不利因素严重阻碍当地小麦的高产稳产。为了加速旱地小麦科技创新工作，西北农林科技大学建立平凉旱地小麦示范园，旨在开展旱地小麦育种多点试验和示范工作。2017 年西北农林科技大学农学院和平凉市农业科学院联合共建了西北农林科技大学旱地小麦科技创新园，2019 年成立以康振生院士为首的平凉旱作农业院士专家工作站。在此基础上，育种课题组根据甘肃陇东地区的生态条件、气候状况及小麦产业化发展的需求，试验示范了西北农林科技大学农学院和中国农业科学院作物研究所合作选育的旱地小麦新品种普冰322，取得圆满成功，实现了抗旱高产育种与水肥高效利用有效结合、突破优质、多抗于一体的育种策略技术路线，由传统育种向优质多抗型转变[5]。

目前，普冰322 在甘肃陇东旱塬区采用“院校+基地+农户”育、繁、推一体化经营模式，受到来自全国和陕甘两省小麦育种专家的充分肯定，使西北农林科技大学又一科研成果在陇原大地开花结果，解决了甘肃省小麦品种长期以来高秆、易倒伏的难题。普冰322 集秆矮、穗大粒多、多种抗性于一体，已成为冬小麦推广的主栽品种之一，为甘肃小麦产业化持续稳定增产、农业增效、农民增收提供了品种技术支撑。

1 利用外源基因选育品种的技术思路

1.1 选育背景及育种目标

甘肃陇东麦区地形、地貌复杂，常年干旱、寒冷、土壤瘠薄、条锈病频发。干旱多灾，气候类型复杂，品种多乱杂现象严重，长期以来导致冬小麦产量低而不稳，为确保粮食安全和满足人们对品质的需求，选育和推广优质、多抗、节水小麦品种，是稳定持续发展小麦产业化进程的现实需要。因此，决定了对小麦品种的严格要求和小麦育种的复杂性和难度，按照国家小麦生产持续发展、市场需求、建设小康社会不仅要吃饱还要吃好的要求，以“高产、优质、高效、生态、安全”为育种目标，育种课题组制定了“三抗一丰一优”和“多点异地联合鉴定筛选”的技术路线，开展了利用外源优质多抗基因导入普通小麦选育研究工作[6]。

1.2 亲本来源及选育程序

作物育种的成效取决于材料是否恰当和方法是否正确，亲本材料是育种的物质基础，选配组合是育种成败的关键所在。中国农业科学院李立会研究员率先突破普通小麦与冰草远缘杂交的技术瓶颈，与西北农林科技大学张正茂研究员合作以日本小麦品种Fukuho 作母本，以抗寒、抗旱、兼抗多种病害、多分蘖的多年生冰草(Agropyron cristatum)作父本，进行远缘杂交，再用Fukuho 回交（Fukuho/冰草(Agropyron cristatum)//Fukuho）。根据旱作农业生产实际，结合西北生态区化，及时调整育种方向，认真研究试验方案，确定了抗逆、高产、广适相结合为突破口，在陕西永寿、乾县和澄城的多点抗旱鉴定以及甘肃平凉的抗寒、抗旱和抗病性鉴定等有利条件，由于远缘杂交后代疯狂分离，自1997 年起连续进行混合系谱选择，经多年异地多生态区交替鉴定，成功选育出适应性广的旱地小麦新品种普冰322，2015—2017 年参加甘肃省陇东片冬小麦区域试验，2017—2018 年度参加甘肃省陇东片生产试验，同期进行生产示范。2020 年1 月14 日经甘肃省第35 次农作物品种审定会议审定通过，审定编号20200016。

2 产量表现

2.1 品系鉴定试验

2013—2014 年在甘肃省泾川县平凉市农业科学院高平试验站参加旱地鉴定试验，平均折合产量5 044.5 kg/hm2，较对照品种陇育4 号增产30.5%，居15 个参试品种（系）的第二位。

2.2 品种比较试验

2014—2015 年在甘肃省泾川县平凉市农业科学院高平试验站参加旱地品比试验，平均折合产量4 327.5 kg/hm2，较对照品种中麦175 增产14%，居16 个参试品种（系）的第三位。

2.3 品种区域试验

2015—2016、2016—2017 年参加甘肃省冬小麦陇东片区域试验，平均产量分别为5 535.3 kg/hm2、3 468 kg/hm2，较对照品种陇育4 号分别增产5.6%、4.0%。综合2 年平均产量4 357.5kg/hm2，较对照陇育4 号增产5.2%。

2.4 生产试验

2017—2018 年参加甘肃省陇东片冬小麦生产试验，在庆城、西峰、镇原、宁县和盛、泾川高平、灵台6 个试点平均产量4 209 kg/hm2，较对照陇育4 号增产7.4%。截至2020 年在甘肃陇东不同生态区示范推广面积2 万hm2。

3 特征特性

3.1 植物学特性

普冰322 属冬性，幼苗半匍匐，中熟。旗叶卷曲，茎秆基部坚实，穗下节长，植株弹性好，抗倒伏。纺锤形穗，长芒白粒，穗大粒多、籽粒饱满、角质。株高80 cm，穗长7.6 cm；小穗数15.2 个；穗粒数38.0 个，结实性好；成穗数528 万穗/hm2；千粒重45.5 g；容重830 g/L，属大穗大粒型品种。生育期266 d，中晚熟。旗叶功能期长，分蘖力强，成穗率高，株型较紧凑，穗层整齐，穗粒数和千粒重较高，落黄正常，综合性状优良，优质稳产。

3.2 抗逆性

经陇东旱塬区多点多年抗寒、抗旱性测定，越冬率平均93.0%，抗冻性1～2 级，与陇育4 号对照品种相当。可在甘肃陇东旱塬区安全越冬。植株茎秆基部坚实，弹性好，根系发达，分蘖多，抗倒性能力强，穗下茎节细长，抗旱性级别1～2 级，在旱肥地、台地种植具有较强的抗旱节水性。

3.3 抗病性

普冰322 品种2017—2018 年连续2 年经甘肃省农科院植保所在甘谷试验站小种圃成株期分小种接种鉴定和兰州温室进行苗期混合菌接种鉴定，苗期对条锈病混合菌表现中感，成株期对条锈菌供试菌系条中34 号、中4-1、G22-14、G22 其他表现免疫；对条中32 号、条中33 号及混合菌表现中感。总体抗性表现中感，但病情指数低于25，黄矮病轻、白粉病中抗。

3.4 品质

经2015 年原农业部谷物品质监督检验测试中心检测，普冰322 容重830 g/L，硬度指数64，降落数值386 s，粗蛋白质（干基）13.86%，湿面筋（14%湿基）31.3%，吸水量（14%湿基）60.4 ml/100 g，形成时间2.8 min，稳定时间2.7 min，拉伸面积59 cm2，延伸性220 mm，最大拉伸阻力196 EU。

4 栽培技术要点

普冰322 最大特点就是大穗大粒，茎秆坚硬，机械性能好，根系发达，抗倒性好，在陇东川水台地和旱肥地、山塬旱地全地膜覆盖以及陕西长武、乾县等类似地区种植都具有良好的适应性，水旱兼用，省肥、省水、省药，适合简约化栽培。

4.1 精细整地，施足基肥，足墒下种，确保苗全苗壮

任何一个优良品种都有其自身的发育特点和对环境的要求。小麦良种只有在与生育特点相适应的栽培技术的配合下，才能充分发挥其潜力。在前茬作物收获后应及时深耕灭茬，雨后耙耱，精细整地。可根据土壤肥力基础和肥力质量确定施肥量，一般要求施农家肥7.5 万kg/hm2、尿素225～300 kg/hm2、磷酸二铵225～300kg/hm2，旱肥地采用“三肥垫底一炮轰”和平衡施肥技术。地膜种植注意防治地下害虫和杂草，用50%辛硫磷加水10 倍，喷拌细沙土750 kg撒施；用50%乙草胺乳油100 g 兑水50 kg 全地面喷施后及时覆膜。

4.2 适期精量播种，良种良法配套

高产是综合因素的体现，品种、栽培、植保等相关学科要高度集成，特别是高产田要重视与生产环节密切配合。陇东旱塬区9 月下旬播种为宜，播量187～225 kg/hm2，旱肥地最好采用垄沟宽幅镇压抗旱播种技术。

4.3 镇压保墒

春季小麦返青期要根据土壤墒情及时镇压保墒，人工中耕锄草，谨防农药防治，以防小麦幼穗分化畸形。

4.4 田间管理

中后期加强田间管理，该品种比较省肥省水，春季追肥不宜过多，防止贪青晚熟，同时采取“一喷三防，护叶养根，防虫治病，促控结合”措施。

4.5 收获

及时机械收获，防止霉变或穗发芽。

5 适宜种植区域

适宜在甘肃陇东地区旱地以及类似生态区陕西省渭北旱原中西部种植。

6 讨论

开发利用小麦种属外源基因，将多年生冰草优质基因、抗病基因导入普通小麦，进行资源创新，可以丰富小麦育种资源，拓宽种质基因库，将广适性、极强的抗旱性、抗寒性通过杂交、回交，基因定位，同时结合染色体工程育种技术和常规育种方法，按照育种程序有目标地进行品种选育，解决旱地小麦产量低而不稳、优质不高产的矛盾以及产业发展中存在的重大关键技术和管理问题[7]。

普冰322 是通过院校协作选育旱地小麦新品种，按照育种目标构建合理的株型结构，在选育过程中坚持5 个过渡，高秆向矮秆过渡；小穗小粒向大穗大粒过渡；多分蘖向中等分蘖过渡；中晚熟向中早熟过渡；单抗向多抗性过渡。在育种方法上实现3 个转变，品种间杂交向种属间远缘杂交转变；杂交材料向创新材料转变，同时重视资源的研究与创新；食用品种向优质加工型品种转变。

旱地小麦长期产量低而不稳，严重影响小麦产量，水资源短缺、生态类型特殊是制约甘肃陇东旱塬区小麦生产发展的瓶颈，利用小麦种属外源基因资源，运用生态学和遗传学的原理，利用水旱协调混合选择法，异地水旱多生态适应性鉴定，丰富小麦遗传基础，解决抗旱性与丰产性难以结合的矛盾[8]。