航天誘變與加代技術(shù)相結(jié)合選育小麥新品種阜航麥1號(hào)

張桂芳 馮家春 楊永華 夏云祥 柳申飛 葛勇 康苗苗

摘要 為了創(chuàng)制小麥新品種和探討新的育種技術(shù)，阜陽(yáng)市農(nóng)業(yè)科學(xué)院采用航天誘變與小麥加代技術(shù)相結(jié)合的方法選育小麥新品種。2013年對(duì)阜麥8號(hào)干種子進(jìn)行航天輻射，回地面后利用阜陽(yáng)、海南、西寧三地兩代小麥育種加代技術(shù)，按系譜法選育出矮稈、大穗、高產(chǎn)、抗逆、早熟的小麥品種阜航麥1號(hào)。該品種于2020年12月通過安徽省農(nóng)作物品種審定委員會(huì)審定。阜航麥1號(hào)的成功育成，表明航天誘變與小麥加代技術(shù)和常規(guī)育種方法相結(jié)合是一個(gè)加快育種進(jìn)度和培育小麥新品種的有效途徑。

關(guān)鍵詞 小麥；阜航麥1號(hào)；航天誘變；加代技術(shù)

中圖分類號(hào) S512.1? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A

文章編號(hào) 1007-7731（2023）06-0035-04

航天育種又稱空間誘變育種，是誘變技術(shù)中的一種，是指利用航天器將農(nóng)作物種子帶到太空，利用太空特殊環(huán)境的誘變作用，如宇宙射線、微重力、高真空等綜合作用，誘導(dǎo)種子產(chǎn)生變異，并從突變?nèi)后w中選擇有利變異，穩(wěn)定后加以應(yīng)用的作物育種方法。

1 研究背景

自1987年以來，我國(guó)利用返回式衛(wèi)星和神舟飛船先后十多次搭載上千種植物種子上天[1]，已有多種太空作物新品種在生產(chǎn)中得到推廣應(yīng)用。大量研究表明，誘變育種能創(chuàng)造傳統(tǒng)雜交育種無(wú)法短期得到的新的優(yōu)良品種或特異優(yōu)良種質(zhì)材料，已成為小麥新品種培育和種質(zhì)資源創(chuàng)制的重要手段[2]。例如：王廣金等[3]以返回式衛(wèi)星搭載龍94-4083的風(fēng)干種子，從第6代（SP6）中選育出了新品系龍輻02-0958。該品系高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、抗病性強(qiáng)，其主要農(nóng)藝性狀比親本有不同程度的改善，較對(duì)照品種增產(chǎn)顯著，較原親本增產(chǎn)6.4%。龍輻02-0958面粉的沉降值、面團(tuán)的最大抗延阻力和拉伸面積在品質(zhì)性狀上分別較原親本增加5.4 mL、175 E.U和34 cm2，達(dá)到優(yōu)質(zhì)強(qiáng)筋麥標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)品種抗病性也有所提高。雷振生等[4]以航天誘變育種方法選育出太空6號(hào)，該品種在河南省區(qū)域試驗(yàn)中連續(xù)2年比對(duì)照品種平均增產(chǎn)3.66％，河南省生產(chǎn)試驗(yàn)10點(diǎn)中8點(diǎn)增產(chǎn)；籽粒粗蛋白質(zhì)含量14.81％，濕面筋含量34.2％，穩(wěn)定時(shí)間1.8 min，面粉白，較受面粉企業(yè)歡迎。張鳳云等[5]以親本940004為母本，航天突變系SP121為父本雜交，歷經(jīng)10年時(shí)間選育出大穗大粒、高抗倒伏的品種魯原301。該品種的產(chǎn)量較對(duì)照增產(chǎn)效果達(dá)顯著差異水平，2007年通過山東省農(nóng)作物品種審定委員會(huì)審定。慕芳等[6]以優(yōu)質(zhì)面包小麥品種陜優(yōu)225為母本，與長(zhǎng)武131進(jìn)行雜交，連續(xù)4年選系后，2006年第4代的選系搭載航天飛機(jī)太空誘變處理，再連續(xù)選擇鑒定4年，育出旱地小麥長(zhǎng)航一號(hào)，2014年通過陜西省作物品種審定委員會(huì)審定。李新華等[7-8]以航天突變系優(yōu)選材料9940168為母本，以高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)面條小麥濟(jì)麥19為父本進(jìn)行雜交，經(jīng)系譜法選育出高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)、廣適型小麥新品種魯原502，2011年通過國(guó)家農(nóng)作物品種審定委員會(huì)審定，2012年通過山東省審定，2015年通過安徽省審定。魯原502自推廣應(yīng)用以來，連續(xù)多年被列為農(nóng)業(yè)部和省級(jí)主導(dǎo)品種。張世成等[9]通過對(duì)SP3代14個(gè)系的調(diào)查表明，株高、粒重、主穗小花數(shù)、葉長(zhǎng)、葉寬、單株穗數(shù)和單株重均達(dá)顯著水平，但是各系內(nèi)有關(guān)性狀的變異系數(shù)與對(duì)照相近，通過選擇育成2個(gè)品質(zhì)優(yōu)于對(duì)照的品系。李慧敏等[10]以邯6172誘變SP2代群體中篩選出6株矮稈突變株，對(duì)各SP3株系的株高進(jìn)行測(cè)量得出，SP3中矮稈突變性狀表達(dá)充分，6株突變株系的株高在51.25～61.54 cm，較原親本降低5.43～15.72 cm，降低幅度為8.11％～23.47％，矮稈突變系與原親本的株高均達(dá)極顯著水平。在以改良株高為目標(biāo)的后代選育中，對(duì)SP3代進(jìn)行田間性狀的觀察、測(cè)量、記載，依據(jù)變異群體性狀表現(xiàn)情況，采取以株系為單位混合收獲，也可按單株進(jìn)行收獲。李慧敏等[11]研究顯示，株高與株穗數(shù)均是獨(dú)立遺傳，可以對(duì)株高、株穗數(shù)同時(shí)進(jìn)行改良。株穗數(shù)變異是雙向的，達(dá)極顯著水平。變異株穗數(shù)顯著高于對(duì)照的占觀察群體的16.67％，變異系株穗數(shù)≤對(duì)照的占33.33%；SP3株穗數(shù)穩(wěn)定株系為16.67％，其余的繼續(xù)分離。根據(jù)田間觀察SP3代變異群體性狀表現(xiàn)情況，收獲時(shí)以株系為單位混收或單株收獲。吉克呷呷等[12]在航天誘變小麥后代材料選育中，根據(jù)株型、株高、生育期、穗部、籽粒等選留77個(gè)穗系，再繼續(xù)選育，5年后篩選出矮稈突變體19h-64，該品系春性中早熟，全生育期174 d，植株較矮，長(zhǎng)方穗，穗長(zhǎng)10.4 cm，穗粒數(shù)61粒，角質(zhì)，千粒重60.4 g。張福彥等[13]介紹了近年來航天誘變對(duì)小麥重要農(nóng)藝性狀的影響以及航天誘變遺傳機(jī)制的研究工作，探討了航天誘變研究中存在問題及今后研究方向、應(yīng)用前景，為航天育種提供理論參考。

2 選育目標(biāo)

根據(jù)黃淮南片麥區(qū)和安徽省氣候生態(tài)特點(diǎn)，結(jié)合當(dāng)前小麥遺傳育種現(xiàn)狀，阜陽(yáng)市農(nóng)業(yè)科學(xué)院小麥研發(fā)中心以選育半冬性、高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)的小麥新品種為育種目標(biāo)，將航天誘變與小麥加代技術(shù)相結(jié)合，經(jīng)多年選育出矮稈、大穗、高產(chǎn)、抗病、早熟的小麥新品種阜航麥1號(hào)。

3 選育方法及經(jīng)過

2013年6月11日，阜陽(yáng)市農(nóng)業(yè)科學(xué)院小麥研發(fā)中心將精選后的阜麥8號(hào)干小麥種子100 g，搭載神舟十號(hào)飛船進(jìn)行航天誘變處理。阜麥8號(hào)是2011年阜陽(yáng)市農(nóng)業(yè)科學(xué)院通過安徽省審定的小麥新品種，審定編號(hào)為皖麥2011008。太空環(huán)境條件下，種子持續(xù)接受宇宙空間中各種射線的強(qiáng)烈輻射，在微重力和高真空環(huán)境中產(chǎn)生各種基因變異，經(jīng)過15 d的太空之旅返回地面。

返回的種子于10月中旬在阜陽(yáng)市農(nóng)業(yè)科學(xué)院試驗(yàn)田稀植點(diǎn)播，次年1月初，帶有分蘗的麥苗被帶到海南三亞冬繁，自交繁育，不予選擇。收獲后3月中旬在青海西寧春繁，利用成功的三地兩代小麥加代技術(shù)，縮短育種年限，從第2代開始選擇優(yōu)良變異單株，然后將選出的單株種成株行，繼續(xù)自交繁育，生長(zhǎng)期間做好觀察記載工作，在后代株系中幼苗習(xí)性、色澤、小穗數(shù)等均有明顯變化。如此繁育3、4代，經(jīng)單株鑒定選擇、株系鑒定、多點(diǎn)品比試驗(yàn)，最后選出遺傳性狀穩(wěn)定的優(yōu)良突變系，2016年參加阜陽(yáng)市農(nóng)業(yè)科學(xué)院小麥多點(diǎn)品比試驗(yàn)，綜合性狀表現(xiàn)突出，被確定出圃。與阜麥8號(hào)相比，該品系表現(xiàn)為株高降低，穗數(shù)略低，穗粒數(shù)多達(dá)60～70 粒，單穗重高，葉部從阜麥8號(hào)株型的半披散、葉片平展得光不好，轉(zhuǎn)成為株型半緊湊、葉片斜上舉、采光較好。全生育期縮短，品質(zhì)更優(yōu)、特別是新品系面團(tuán)穩(wěn)定時(shí)間變長(zhǎng)，為5.3/6.0 min（阜麥8號(hào)面團(tuán)穩(wěn)定時(shí)間為3.7/3.6 min。從田間表現(xiàn)看，籽粒飽滿時(shí)產(chǎn)量最高。

4 參加試驗(yàn)情況

4.1 品比試驗(yàn)情況

該品系出圃后參加2015—2016年阜陽(yáng)市農(nóng)業(yè)科學(xué)院小麥多點(diǎn)品比試驗(yàn)，平均單產(chǎn)7 573.5 kg/hm?，比對(duì)照皖麥52增產(chǎn)5.63％，增產(chǎn)顯著，并命名為阜航麥1號(hào)。2016—2017年參加安徽省品比試驗(yàn)，平均單產(chǎn)9 022.5 kg/hm?，比對(duì)照濟(jì)麥22增產(chǎn)5.28％。因表現(xiàn)優(yōu)良，升級(jí)參加安徽省區(qū)域試驗(yàn)。

4.2 區(qū)試情況和生試情況

4.2.1 產(chǎn)量表現(xiàn)。阜航麥1號(hào)于2017—2018年和2018—2019年參加安徽省區(qū)域試驗(yàn)，2019—2020年參加生產(chǎn)試驗(yàn)。試驗(yàn)產(chǎn)量結(jié)果表明（表1），阜航麥1號(hào)多年多點(diǎn)均表現(xiàn)增產(chǎn)顯著，是一個(gè)高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)品種。

4.2.2 品質(zhì)特征。農(nóng)業(yè)農(nóng)村部谷物品質(zhì)監(jiān)督檢驗(yàn)測(cè)試中心（北京）對(duì)阜航麥1號(hào)進(jìn)行品質(zhì)檢測(cè)，經(jīng)品質(zhì)分析，該品種屬于中筋小麥（見表2）。

4.2.3 特征特性和抗性表現(xiàn)。阜航麥1號(hào)屬半冬性早熟小麥品種[14]，苗期長(zhǎng)勢(shì)較壯，葉色深綠，分蘗力中等，成穗率高。株型半緊湊，莖稈蠟粉較重，穗層整齊，落黃及熟相好。長(zhǎng)方穗，長(zhǎng)芒，白殼，白粒，半角質(zhì)，飽滿度好。2017—2018年和2018—2019年2年抗性鑒定結(jié)果為中感/中感赤霉病、中抗/抗白粉病、中感/感紋枯病。由于該品系具有半冬性早熟特性，適宜在10月中下旬播種。生產(chǎn)中注意及時(shí)防治赤霉病等病害。當(dāng)籽粒飽滿度好時(shí)，品種產(chǎn)量更高，建議增施2次葉面肥，以達(dá)到增產(chǎn)增收目的。

4.3 審定情況

阜航麥1號(hào)于2020年通過安徽省農(nóng)作物品種審定委員會(huì)審定，審定編號(hào)：皖審麥20210019。該品種適宜在淮河以北地區(qū)及沿淮半冬性麥區(qū)推廣種植。2021年秋種中首次推廣種植，推廣種植面積超過0.67 hm2[15]。當(dāng)前，阜航麥1號(hào)正在進(jìn)行多地多點(diǎn)示范種植和新品種繁殖推廣和經(jīng)銷。

5 小結(jié)與討論

種子是農(nóng)業(yè)的“芯片”，培育高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)的小麥新品種是我們的目標(biāo)。阜航麥1號(hào)的育成，得益于2種育種技術(shù)的應(yīng)用，一個(gè)是航天誘變技術(shù)，另一個(gè)是三地兩代小麥育種加代技術(shù)。

5.1 利用航天誘變技術(shù)選育阜航麥1號(hào)，是提高育種效率和質(zhì)量的關(guān)鍵

小麥以常規(guī)育種為主，航天育種是誘變育種的方法之一，使作物染色體產(chǎn)生缺失、重復(fù)、易位、倒置等基因突變，該變異是基于作物自身基因的變異，加速了生物界幾百、上千年才會(huì)產(chǎn)生的自然變異，并且不存在生物安全性問題。航天育種與傳統(tǒng)育種相比，具有空間誘變材料變異率高、育種周期短的優(yōu)勢(shì)，可在相對(duì)較短的時(shí)間內(nèi)創(chuàng)制出優(yōu)良的種質(zhì)資源。其變異率較普通誘變育種高出3～4倍，育種周期較雜交育種縮短約1倍，是培育新品種的一種新途徑。阜陽(yáng)市農(nóng)業(yè)科學(xué)院自育品種阜麥8號(hào)干種子經(jīng)由神舟十號(hào)飛船搭載送入太空，經(jīng)過15 d的太空誘變，返回地面后經(jīng)2013—2016年度3個(gè)生長(zhǎng)季節(jié)的人工選擇、多點(diǎn)鑒定及三地兩代（阜陽(yáng)、三亞、西寧）加代繁殖，于2016年成功出圃，參試名為阜航麥1號(hào)。

5.2 三地兩代小麥育種加代技術(shù)研究

小麥加代技術(shù)對(duì)低代材料的快速繁殖代數(shù)、縮短育種年限起到了重要作用，加速了本地區(qū)小麥育種進(jìn)程。蔡?hào)|明[16]對(duì)我國(guó)冬小麥加代模式進(jìn)行了總結(jié)，唐映軍等[17]對(duì)昆明、威寧小麥夏繁效果的比較研究同樣驗(yàn)證了加代技術(shù)的可行性。經(jīng)過幾年的實(shí)踐和改進(jìn)，小麥的加代技術(shù)已十分成熟。阜麥8號(hào)從出艙后送回阜陽(yáng)市農(nóng)業(yè)科學(xué)院，于當(dāng)?shù)匦←湶シN季節(jié)，在小麥試驗(yàn)田內(nèi)按單粒點(diǎn)播種植，并培育壯苗→三亞冬繁→西寧春繁，進(jìn)行三地兩代加代種植。2011年10月播種，利用阜陽(yáng)地區(qū)11—12月份低溫條件，順利通過小麥春化階段，當(dāng)有3～5個(gè)分蘗時(shí)帶到三亞繁殖，2012年1月17日起苗移栽到海南省三亞市南繁基地師部農(nóng)場(chǎng)進(jìn)行冬繁[18]，自然生長(zhǎng)，3月10日收獲。脫粒后前往青海省西寧市平安縣于3月20日播種，利用當(dāng)?shù)?—4月份地面低溫條件通過小麥春化階段同時(shí)充分利用當(dāng)?shù)?—8月份的光熱資源，保證在8月下旬成熟收獲。

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（責(zé)編：張宏民）

基金項(xiàng)目 安徽省財(cái)政廳“小麥航天育種”項(xiàng)目。

作者簡(jiǎn)介 張桂芳（1976—），女，安徽阜陽(yáng)人，高級(jí)農(nóng)藝師。研究方向：小麥栽培育種。