多抗广适选择混合小麦育种方法及鉴定技术探讨

段国辉，杨洪强，温红霞，张少澜，顾晶晶，吕维娜，李 影，高海涛

（洛阳农林科学院，河南 洛阳 471022）

19 世纪20 年代，我国小麦育种开始从国外引进种质，征集资源，开启了我国近代小麦育种。随着资源丰富，杂交育种迅速开展，同时结合混合法、系谱法、衍生系统法等选育方法进行后代处理，小麦新品种层出不穷，我国小麦新品种经历了多次更新换代［1］。但随着小麦产量的逐步提高，小麦育种逐渐进入瓶颈期，怎样利用有限的资源，在一定的育种规模下，保证选育质量，提高育种效率是当下小麦育种面临的主要问题之一。河南省位于亚热带与温带的气候过渡带，小麦生长对气候变化敏感［2］，限于河南省小麦生长发育的“两长一短”（灌浆时间短）的气候特点，全省各地地域性、季节性降水不均，且近几年的倒春寒、锈病、赤霉病时有发生［3］。因此，根据河南省小麦生长期的气候、环境等特点，结合生产上管理逐渐粗放、灌溉次数减少、打药次数减少等状况，如何提高选育品种的抗寒性（主要是倒春寒）和抗病性（主要是锈病、白粉病、纹枯病和赤霉病），成为黄淮地区广适性新品种选育亟待解决的问题［4］。

1 传统育种方法优缺点分析

20 世纪90 年代我国小麦杂交组合成功率仅为1%［1］。为了提高育种质量和效率，对杂交组合数量和后代处理方式主要有系谱法和混合选择法。小麦杂交后代经过充分的基因分离，用系谱法，可从中把符合育种目标的基因组合筛选出来，但前提是必须有足够大群体，后代保留尽可能多的基因变异。陈晓杰等［5］研究认为，可以在杂交早代结合辐射诱变育种提高育种组合的变异率，进而创造出更多目标分离类型以供单株选择。有学者认为应多做组合，对小群体采用混合选择法，依据遗产学和统计学原理，在组合亲本遗传背景相差不大时，适当增加选择压力（固定选株数目），大群体和小群体在选择效果上差别不大。同时，品种间杂交分离要比品种杂交后代系统内分离丰富，因此主张用品种间杂交分离多样性代替品种杂交后代分离，以期多出现有利变异，提高选择效果。金善宝［1］则指出，小麦杂交后代没有群体保障，优良基因变异分离不出来，选择也就无从谈起。

传统的混合选择法工作要点是在小麦自花授粉的杂种分离世代，按组合混合种植，只淘汰劣株，不加选择，直到杂种后代纯合百分率达到80%以上时（F4代）才开始选择单株（选择符合育种目标的单株，即选择具有能够较好结合双亲父母本优点的单株，比如成穗多，穗部结实性好，籽粒饱满度好，千粒质量高，抗病性好，抗寒性好等特性，聚合双亲优点越多越好，继承双亲缺点越少越好），下一代即成为稳定系统（株系），然后选拔优良株系进行产量试验。该方法的优点是最大可能地保留了组合的变异和基因，保证了选育出优良株系的概率，同时育种规模得到有效控制，较好减轻了工作量。不足之处是只在F4代选株，前期没有进行有效选择，优良株系不能被及时发现。

传统的系谱法的工作要点则是在小麦杂种经历了分离最明显的F2代后，开始进株系选择，直至到F5—F6代品系稳定。该方法的主要特点是目的性强，株系的不同分离均被有效保留，优良基因不流失。不足之处就是工作量大，育种效率偏低。

2 多抗广适选择混合小麦育种方法流程及特点

为解决上述问题，本研究提供一种多抗广适选择混合小麦育种方法。该方法在杂种F2和F3代选种时，按育种目标精选单株，有效混合后种植下一代，充分发挥混合选择法和系谱法的优势，弥补二者的不足，以少量株系鉴定和大范围选择混合为基础，更好地保留优良基因，个别优异单株提前提升株系，防止优异分离个体丢失，提高育种效率，缩短育种年限。主要操作步骤如下。

（1）亲本选配：选择目标性状互补、遗传远源的小麦父本和小麦母本［6］；

（2）杂种F1代：杂种F1代不做单株选择，淘汰个别生理性早衰组合，其余只按杂种优势分级、脱粒、播种；

（3）杂种F2—F3代：在杂种F2代和杂种F3代进行选株，中选单株收获，考种后每株取单穗，脱粒后按组合混合，适期早播；

（4）杂种F4、F5及以上世代：在杂种F4代进行选株，中选单株收获，考种后按单株脱粒，适期早播种植株行，进行株系鉴定；若株系集成较多目标性状且单株间性状表现较一致，收获提升小区鉴定并保留3~5 个单株保纯，获取稳定世代；若株系仍有性状分离，则对株系选株，下年度继续种植株行，直至获得稳定世代；

（5）对稳定世代进行产量鉴定：采用异地多点鉴定方法进行产量试验，选育出高产稳产且具有多种抗逆性的小麦品种。

该方法在育种程序上的关键技术如下。

（1）在杂种F2—F3代，个别优异单株提升到株系鉴定试验，提升单株量不超过组合中选单株量的10%，避免过多增加株系鉴定工作量。

（2）在杂种F2、F3和F4代适期早播（一般比正常播种提早7~10 d），以提高中选株系的抗寒性。

（3）在不同世代选择单株时以不同标准控制株高，其中，杂种F2、F3和F4代的选株控制株高为65~75 cm，株系鉴定时的株高为70~80 cm，产量鉴定时的株高为75~85 cm。

该方法在选种鉴定上的关键技术如下。

（1）抗寒性鉴定：在杂种F2、F3和F4代适期早播（一般比正常播种提早7~10 d），同时在冬季和春季两次剔除不抗寒株系，以提高中选株系的抗寒性。研究表明，早播会加重小麦纹枯病的发生，因此，早代早播也可以有效剔除感纹枯病品系［7］。

（2）抗病性鉴定：在F2—F5世代种植病害诱发植株，同时改“点播、穴播”为“条播”，增加诱发行繁茂度，加重诱发行发病程度；改以往“单一接种条锈病或叶锈病”为“接种条锈和叶锈混合菌群”，以提高选育品种的广谱抗病性。同时结合现代分子标记辅助育种技术，通过分子标记抗病基因，准确筛选鉴定出优异抗病植株群体［8-9］。

（3）抗倒性鉴定：对F5及以后世代实行不同密度和肥水管理，同时严格控制株高，以筛选鉴定抗倒品种。一般株系种植密度控制在150 万株/hm2的基本苗，进入产量试验，按区域试验270 万~300 万株/hm2的基本苗进行种植。对最终形成的苗头品系，也可按胡卫国等［10］提出的通过植株各节间性状测定来鉴定品系抗倒伏能力的方法来筛选抗倒品种。

（4）适应性鉴定：在品系产量鉴定世代采用异地多点鉴定，一般会选择肥力条件不同、生态气候不同的试验点进行试验，以选择出具有广泛适应性的品种。

该育种方法在品种选育上的优势在于：占地较少，工作量较少。重点观察特别优异组合，提高单株选种量，加大筛选力度，可有效缩短育种年限，提高育种效率。与传统混合选择法相比，在F2和F3代进行选株后混合脱粒种植下一代，选种目的性更强，混合群体中更容易出现符合目标性状的单株，提高育种效率；与传统系谱法相比，进行的选择混合较好地保留了优良基因，减少株系鉴定工作量，在有效保留组合基因变异的同时，能更多地得到稳定品系，提高育种效率。

3 多抗广适选择混合小麦育种方法种植面积模拟与实例

表1显示的是该育种方法育种规模的模拟计算。选择亲本F0，杂交获取F1，杂交F1收获50 株，1 株收获200 粒种子，可收获10 000 粒种子（即为杂种F2代）。F2种植20 cm 株距，用种4 000 粒，占地66.67 m2；收获选株100 株，考种后取单穗脱粒混合，种植F3，确保10 000 粒，同时提升个别特优单株，种植F3成株行；F3同F2种植，占地66.67 m2，收获100~150 株，取单穗混合种植F4，确保10 000 粒，这个过程依然可以提升单株进行株系鉴定；F4同上种植，收获100~300 株，单株考种后保留30~120 株提升下年度株系鉴定（F5代，基本稳定）。以此方法，种植10 个组合，杂交F1单行或三行种植，1.5 m 行长，占地面积最多9 m2；F2—F4一个世代占地666.67 m2，早代（F1—F4）总占地面积约2 000 m2；到F5代可得到稳定株系4 000~5 500 个，合计按常年小麦杂交系统选育中选率1%计算，每年组合可得到40~55 个稳定品系，加上前期提升株系获得的稳定品系，每年组合一般最终获得稳定品系50~65个，用时5~7 a。

表1 小麦育种各世代株系中选及种植面积统计

由表2 可知，2009 年做杂交组合100 个，保留组合共7 个，组合中选率7.0%，同一般育种组合中选率1%相比有极大提高；2009 年组合株系鉴定中，株系鉴定212 个，其中通过混合选择得到株系189 个，自F3提升株系23 个，占总株系的10.8%。稳定品系中，品系共30 个，来自混合选择的27 个，来自F3提升的3个，占鉴定品系的10%。经统计，2005—2009 年，洛阳市农林科学院小麦所共做杂交组合750 个，每年平均150 个。目前已参加各级试验品系12 个，已审定新品种5 个，5 年平均组合中选率为4.72%，选育成功率为6.7‰，较传统的1‰成功率有极大提高。

多抗广适选择混合育种方法是依据杂交组配原则，借鉴墨西哥小麦玉米改良中心CIMMYT 的选择混合法［11］，在现有育种基础上结合实践提出的。所谓多抗广适，是高产、多抗、广适育种，是以高产为基础，以抗逆、抗病为保障，以广适为推力，以光、水、肥高效利用为提升，培育高产稳产、抗病抗逆等主要性状完善的小麦新品种，同时又具备资源高效、适应新时期生态发展需求特点，能够大面积推广。当然，随着科技的进一步发展，小麦常规育种逐步结合分子标记辅助抗病基因鉴定、优质亚基鉴定、高产基因鉴定，同时搭载小麦单倍体加代育种技术，必将使小麦育种技术进一步完善，效率进一步提升。