航天诱变与加代技术相结合选育小麦新品种阜航麦1号

2023-05-30张桂芳冯家春杨永华夏云祥柳申飞葛勇康苗苗

安徽农学通报 2023年6期

关键词：小麦

张桂芳冯家春杨永华夏云祥柳申飞葛勇康苗苗

摘要为了创制小麦新品种和探讨新的育种技术，阜阳市农业科学院采用航天诱变与小麦加代技术相结合的方法选育小麦新品种。2013年对阜麦8号干种子进行航天辐射，回地面后利用阜阳、海南、西宁三地两代小麦育种加代技术，按系谱法选育出矮秆、大穗、高产、抗逆、早熟的小麦品种阜航麦1号。该品种于2020年12月通过安徽省农作物品种审定委员会审定。阜航麦1号的成功育成，表明航天诱变与小麦加代技术和常规育种方法相结合是一个加快育种进度和培育小麦新品种的有效途径。

关键词小麦；阜航麦1号；航天诱变；加代技术

中图分类号 S512.1 文献标识码 A

文章编号 1007-7731（2023）06-0035-04

航天育种又称空间诱变育种，是诱变技术中的一种，是指利用航天器将农作物种子带到太空，利用太空特殊环境的诱变作用，如宇宙射线、微重力、高真空等综合作用，诱导种子产生变异，并从突变群体中选择有利变异，稳定后加以应用的作物育种方法。

1 研究背景

自1987年以来，我国利用返回式卫星和神舟飞船先后十多次搭载上千种植物种子上天[1]，已有多种太空作物新品种在生产中得到推广应用。大量研究表明，诱变育种能创造传统杂交育种无法短期得到的新的优良品种或特异优良种质材料，已成为小麦新品种培育和种质资源创制的重要手段[2]。例如：王广金等[3]以返回式卫星搭载龙94-4083的风干种子，从第6代（SP6）中选育出了新品系龙辐02-0958。该品系高产、优质、抗病性强，其主要农艺性状比亲本有不同程度的改善，较对照品种增产显著，较原亲本增产6.4%。龙辐02-0958面粉的沉降值、面团的最大抗延阻力和拉伸面积在品质性状上分别较原亲本增加5.4 mL、175 E.U和34 cm2，达到优质强筋麦标准，同时品种抗病性也有所提高。雷振生等[4]以航天诱变育种方法选育出太空6号，该品种在河南省区域试验中连续2年比对照品种平均增产3.66％，河南省生产试验10点中8点增产；籽粒粗蛋白质含量14.81％，湿面筋含量34.2％，稳定时间1.8 min，面粉白，较受面粉企业欢迎。张凤云等[5]以亲本940004为母本，航天突变系SP121为父本杂交，历经10年时间选育出大穗大粒、高抗倒伏的品种鲁原301。该品种的产量较对照增产效果达显著差异水平，2007年通过山东省农作物品种审定委员会审定。慕芳等[6]以优质面包小麦品种陕优225为母本，与长武131进行杂交，连续4年选系后，2006年第4代的选系搭载航天飞机太空誘变处理，再连续选择鉴定4年，育出旱地小麦长航一号，2014年通过陕西省作物品种审定委员会审定。李新华等[7-8]以航天突变系优选材料9940168为母本，以高产优质面条小麦济麦19为父本进行杂交，经系谱法选育出高产稳产、广适型小麦新品种鲁原502，2011年通过国家农作物品种审定委员会审定，2012年通过山东省审定，2015年通过安徽省审定。鲁原502自推广应用以来，连续多年被列为农业部和省级主导品种。张世成等[9]通过对SP3代14个系的调查表明，株高、粒重、主穗小花数、叶长、叶宽、单株穗数和单株重均达显著水平，但是各系内有关性状的变异系数与对照相近，通过选择育成2个品质优于对照的品系。李慧敏等[10]以邯6172诱变SP2代群体中筛选出6株矮秆突变株，对各SP3株系的株高进行测量得出，SP3中矮秆突变性状表达充分，6株突变株系的株高在51.25～61.54 cm，较原亲本降低5.43～15.72 cm，降低幅度为8.11％～23.47％，矮秆突变系与原亲本的株高均达极显著水平。在以改良株高为目标的后代选育中，对SP3代进行田间性状的观察、测量、记载，依据变异群体性状表现情况，采取以株系为单位混合收获，也可按单株进行收获。李慧敏等[11]研究显示，株高与株穗数均是独立遗传，可以对株高、株穗数同时进行改良。株穗数变异是双向的，达极显著水平。变异株穗数显著高于对照的占观察群体的16.67％，变异系株穗数≤对照的占33.33%；SP3株穗数稳定株系为16.67％，其余的继续分离。根据田间观察SP3代变异群体性状表现情况，收获时以株系为单位混收或单株收获。吉克呷呷等[12]在航天诱变小麦后代材料选育中，根据株型、株高、生育期、穗部、籽粒等选留77个穗系，再继续选育，5年后筛选出矮秆突变体19h-64，该品系春性中早熟，全生育期174 d，植株较矮，长方穗，穗长10.4 cm，穗粒数61粒，角质，千粒重60.4 g。张福彦等[13]介绍了近年来航天诱变对小麦重要农艺性状的影响以及航天诱变遗传机制的研究工作，探讨了航天诱变研究中存在问题及今后研究方向、应用前景，为航天育种提供理论参考。

2 选育目标

根据黄淮南片麦区和安徽省气候生态特点，结合当前小麦遗传育种现状，阜阳市农业科学院小麦研发中心以选育半冬性、高产稳产、优质的小麦新品种为育种目标，将航天诱变与小麦加代技术相结合，经多年选育出矮秆、大穗、高产、抗病、早熟的小麦新品种阜航麦1号。

3 选育方法及经过

2013年6月11日，阜阳市农业科学院小麦研发中心将精选后的阜麦8号干小麦种子100 g，搭载神舟十号飞船进行航天诱变处理。阜麦8号是2011年阜阳市农业科学院通过安徽省审定的小麦新品种，审定编号为皖麦2011008。太空环境条件下，种子持续接受宇宙空间中各种射线的强烈辐射，在微重力和高真空环境中产生各种基因变异，经过15 d的太空之旅返回地面。

返回的种子于10月中旬在阜阳市农业科学院试验田稀植点播，次年1月初，带有分蘖的麦苗被带到海南三亚冬繁，自交繁育，不予选择。收获后3月中旬在青海西宁春繁，利用成功的三地两代小麦加代技术，缩短育种年限，从第2代开始选择优良变异单株，然后将选出的单株种成株行，继续自交繁育，生长期间做好观察记载工作，在后代株系中幼苗习性、色泽、小穗数等均有明显变化。如此繁育3、4代，经单株鉴定选择、株系鉴定、多点品比试验，最后选出遗传性状稳定的优良突变系，2016年参加阜阳市农业科学院小麦多点品比试验，综合性状表现突出，被确定出圃。与阜麦8号相比，该品系表现为株高降低，穗数略低，穗粒数多达60～70 粒，单穗重高，叶部从阜麦8号株型的半披散、叶片平展得光不好，转成为株型半紧凑、叶片斜上举、采光较好。全生育期缩短，品质更优、特别是新品系面团稳定时间变长，为5.3/6.0 min（阜麦8号面团稳定时间为3.7/3.6 min。从田间表现看，籽粒饱满时产量最高。

4 参加试验情况

4.1 品比试验情况

该品系出圃后参加2015—2016年阜阳市农业科学院小麦多点品比试验，平均单产7 573.5 kg/hm?，比对照皖麦52增产5.63％，增产显著，并命名为阜航麦1号。2016—2017年参加安徽省品比试验，平均单产9 022.5 kg/hm?，比对照济麦22增产5.28％。因表现优良，升级参加安徽省区域试验。

4.2 区试情况和生试情况

4.2.1 产量表现。阜航麦1号于2017—2018年和2018—2019年参加安徽省区域试验，2019—2020年参加生产试验。试验产量结果表明（表1），阜航麦1号多年多点均表现增产显著，是一个高产稳产品种。

4.2.2 品质特征。农业农村部谷物品质监督检验测试中心（北京）对阜航麦1号进行品质检测，经品质分析，该品种属于中筋小麦（见表2）。

4.2.3 特征特性和抗性表现。阜航麦1号属半冬性早熟小麦品种[14]，苗期长势较壮，叶色深绿，分蘖力中等，成穗率高。株型半紧凑，茎秆蜡粉较重，穗层整齐，落黄及熟相好。长方穗，长芒，白壳，白粒，半角质，饱满度好。2017—2018年和2018—2019年2年抗性鉴定结果为中感/中感赤霉病、中抗/抗白粉病、中感/感纹枯病。由于该品系具有半冬性早熟特性，适宜在10月中下旬播种。生产中注意及时防治赤霉病等病害。当籽粒饱满度好时，品种产量更高，建议增施2次叶面肥，以达到增产增收目的。

4.3 审定情况

阜航麦1号于2020年通过安徽省农作物品种审定委员会审定，审定编号：皖审麦20210019。该品种适宜在淮河以北地区及沿淮半冬性麦区推广种植。2021年秋种中首次推广种植，推广种植面积超过0.67 hm2[15]。当前，阜航麦1号正在进行多地多点示范种植和新品种繁殖推广和经销。

5 小结与讨论

种子是农业的“芯片”，培育高产优质的小麦新品种是我们的目标。阜航麦1号的育成，得益于2种育种技术的应用，一个是航天诱变技术，另一个是三地两代小麦育种加代技术。

5.1 利用航天诱变技术选育阜航麦1号，是提高育种效率和质量的关键

小麦以常规育种为主，航天育种是诱变育种的方法之一，使作物染色体产生缺失、重复、易位、倒置等基因突变，该变异是基于作物自身基因的变异，加速了生物界几百、上千年才会产生的自然变异，并且不存在生物安全性问题。航天育种与传统育种相比，具有空间诱变材料变异率高、育种周期短的优势，可在相对较短的时间内创制出优良的种质资源。其变异率较普通诱变育种高出3～4倍，育种周期较杂交育种缩短约1倍，是培育新品种的一种新途径。阜阳市农业科学院自育品种阜麦8号干种子经由神舟十号飞船搭载送入太空，经过15 d的太空诱变，返回地面后经2013—2016年度3个生长季节的人工选择、多点鉴定及三地两代（阜阳、三亚、西宁）加代繁殖，于2016年成功出圃，参试名为阜航麦1号。

5.2 三地两代小麦育种加代技术研究

小麦加代技术对低代材料的快速繁殖代数、缩短育种年限起到了重要作用，加速了本地区小麦育种进程。蔡东明[16]对我国冬小麦加代模式进行了总结，唐映军等[17]对昆明、威宁小麦夏繁效果的比较研究同样验证了加代技术的可行性。经过几年的实践和改进，小麦的加代技术已十分成熟。阜麦8号从出舱后送回阜阳市农业科学院，于当地小麦播种季节，在小麦试验田内按单粒点播种植，并培育壮苗→三亚冬繁→西宁春繁，进行三地两代加代种植。2011年10月播种，利用阜阳地区11—12月份低温条件，顺利通过小麦春化阶段，当有3～5个分蘖时带到三亚繁殖，2012年1月17日起苗移栽到海南省三亚市南繁基地师部农场进行冬繁[18]，自然生长，3月10日收获。脱粒后前往青海省西宁市平安县于3月20日播种，利用当地3—4月份地面低温条件通过小麦春化阶段同时充分利用当地5—8月份的光热资源，保证在8月下旬成熟收获。

6 参考文献

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[5] 张凤云，李新华，张锋，等.利用航天育种技术选育高产小麦品种鲁原301[J].山东农业科学，2009（7）：109-110.

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[10] 李慧敏，赵明辉，赵凤梧.小麦航天诱变矮秆突变系SP3代株高性状观察与分析[J].河北农业科学，2010，14（4）：64-65，69.

[11] 李慧敏，赵明辉，赵凤梧，等.小麦航天诱变矮秆突变系SP3株穗数性状观察及分析[J].种子，2010，29（5）：8-11.