中国农科院作科所张勇研究员：分子标记辅助助力小麦品质育种

      以下文章来源于一麦众承 ，作者张勇

 

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      一、育种目标是重点

 

      自2000年和本院棉花研究所合作，面向黄淮麦区进行育种工作以来，考虑到本课题在小麦品质研究和应用方面已有一定的基础，于是将优质定为主要目标，在配制组合时，优先考虑品质改良情况。原则是期望将优质与高产紧密结合，这里大概可分为3个阶段：

 

      （1）从合作开始到2008年左右。最初品质育种只简单考虑高分子量麦谷蛋白亚基（HMW-GS）的互补和利用情况，以面筋强度改良为主要方向，配制的目标组合大多为优质/高产类型，通过将当时的优质品种与高产品种（系）杂交，再用高产品种作为轮回亲本进行回交，从而把优良的HMW-GS导入到高产品种中，期望快速将优质与高产相结合，选育面团稳定时间与当时的优质品种相当、而产量与当时的高产品种相当的品系；选用的优质强筋品种主要包括PH82-2、陕优225、豫麦34、藁城8901、济麦20、师栾02-1等，高产抗病品种包括周麦16、内乡188、矮抗58等；这一阶段存在的一个重大问题是育种材料储备不足，“巧妇难为无米之炊”，于是在育种之初，就开始着手创制优质亲本材料，尤其是利用国外的优质材料，如美国的Jagger、Karl和澳大利亚的Sunstate等，这一时期选配的杂交组合豫麦49/Sunstate，后来育成了中麦255（于2007年出圃，代号07CA255，最初田间表现不整齐，产量一般，但优质强筋，综合抗病性较好，于是作为优质亲本加以利用；后经不断系选，同时得益于国家相关政策的调整，于2021年作为优质中强筋品种通过河南省审定）。

 

      （2）在配制大量的组合后，在研究基础上，逐渐认识到1BL/1RS易位系对加工品质的严重负向影响，并发现1BL/1RS的后代材料绝大多数面团粘性较大，加工品质较差，于是在进行以优质为主要目标的材料选配时，不再选用含有1BL/1RS易位系的高产品种作为亲本材料，有兴趣的老师可以参阅一下我们发表在作物学报（2012，38：1743−1751；2015，41：1648(1656）的文章，创制的组合包括PH82-2-2/内向188、师栾02-1/周麦16等；这一阶段大约持续了10年时间，后期配置的组合包括师栾02-1/济麦22（后来将这一组合的高代材料交给本团队在河北高邑的同志，育成了优质强筋品种中麦29，于2018年通过河北省审定）和07CA255/济麦22（之后选育成了优质强筋高产品种中麦578，于2020和2021年分别通过黄淮南片和黄淮北片国家审定，2022年3月通过新疆初审）。

 

      （3）近期在研究的基础上，我们逐步认识到，延展性是决定优质品种加工品质的一个非常重要的因素，我们以下表1所列数据来进行说明。在面团筋力达到一定程度后，延展性对面包成品加工品质的优劣起决定作用。因此，针对这一情况，在了解当前品种延展性的基础上，再针对优质强筋品种的面包品质进行改良，组配杂交组合，应该更有效果。

 

      表1 中国优质面包麦与澳洲小麦面包品质比较

 

 

 

      二、育种技术为手段

 

      这里重点提一下分子育种。个人认为，育种的突破在于种质资源的创新和有效利用，如李晴琪老师的矮孟牛和郑天存老师的周8425B，对于黄淮麦区的小麦育种工作的进展均发挥了重要作用，其实，这也给分子育种提供了基础，指引了方向。有目的的育种表象为种质的创新和利用，实际则为优异基因的有效利用，很明确的实例可见品质（包括高低分子量亚基、PPO活性、黄色素含量、穗发芽等）、抗病性（条叶锈、白粉、赤霉病等）及绿色革命相关株高矮秆基因等方面的文章，在此不再详述。分子育种为加快常规育种进程提供了手段和可能性，所以，对于育种亲本的把握，特别是基因水平的认识，应该是下一步的发展方向。当然，这里还需要考虑基因与环境互作的问题，但主体应该是先了解主效基因的作用。了解亲本，尤其是主效基因的作用，才能预期杂交组合的表现，给有目的的品种培育提供可能，而不至于太盲目。这可能也是泰安、徐州、淮安和周口等市农业科学院、江苏里下河地区农科所等一些单位前期育种工作较为突出的原因之一；其实，在选择的过程中，上述单位已经通过表型、有意识的对其中的一些基因加以选择，大家可以参阅骨干亲本遗传解析等方面的文章。借助分子育种技术，育种的进程应该会更加高效和合理。

 

      三、世代选择用技术

 

      这里，以本团队中麦1062的品种选育过程为例，解释一下分子技术在世代选择中的实际应用情况和效果。在北部冬麦区，我们选取高产稳产抗倒、多穗落黄好、中抗白粉病的广适性主栽品种轮选987为骨干亲本，与矮杆、早熟、籽粒大且均匀的优质强筋面包品种豫麦34杂交后回交2次，目的是改造轮选987晚熟、品质差、籽粒大小不匀、商品性差的缺点。在进行2次回交时，每株做2个杂交穗，单穗收获，每穗随机取3-5个籽粒，混合提取DNA，进行高分子量麦谷蛋白亚基7+8、5+10等标记选择，将中选单穗种子点播，系谱法选择至F4，获得熟期比轮选987早2d、矮秆、穗多且大、综合抗病性和落黄好的株系3个；其中1个经揉混仪测定，为中强筋类型，并于F5经揉混仪分析加以确认。采用上述方法育成的中麦1062于2016年通过国家审定。与轮选987相比，中麦1062熟期早2d，籽粒外观和加工品质显著改良，稳定时间8.3分钟，延伸性136mm，最大抗延阻力422E.U.，基本达到了当初设计的育种目标。需要注意，对于品质育种来说，从F3开始，就可以按株系进行分类，中选单株留足种子备播后，同一株系的单株剩余种子可以混在一起进行和面仪参数等品质性状分析，以有效进行面筋强度选择和表型验证工作。

 

      四、高代成品鉴定是关键

 

      个人认为，当前我国的品质测试还存在着一些不足，年度间和环境间测试结果差异较大。我们的做法是，对于中选的优质目标品系在高世代出圃时，从多点鉴定试验的种子中至少选取3个代表性试点，每个试点回收2公斤籽粒，在采用降落数值仪分析确认籽粒没有发芽的情况下，再进行包括面筋强度、延展性、淀粉品质、颜色及面包、面条等成品品质性状在内的全面品质评价，重点推荐在多个环境条件下均达到优质强筋标准的材料，以确保品种审定后的品质表现；这里需要强调一点，成品品质的测试至关重要，有些品系虽然能稳定达到强筋标准，但成品品质一般，如果产量等农艺性状不突出，也会直接淘汰。

 

      需要说明的是，强筋不等于优质面包，弱筋不等于优质饼干或糕点。当前国家和省级品种审定时多采用混合样进行品质分析，测试时比较看重粉质仪参数等指标，而对终产品品质重视程度不够，希望大家注意；且国内的样品进行品质分析时，优质对照品种的利用程度不够，而国际上发达国家的通常做法是进行多点测试，同时参照多个优质对照的品质指标来对育成的品种（品系）进行分类，这一做法值得借鉴。

 

      需要注意，种植户关心的是最终效益如何，考虑到我国人口众多，产量一直是最重要的育种目标。当前，气候变化加剧，条锈、叶锈和白粉等病害生理小种发生变化，部分主栽品种抗病性逐渐丧失，小麦-玉米轮作及秸秆还田引起赤霉、茎基腐等重大病害频发和重发面积逐步扩大。因此，多环境鉴定特别是准确的表型鉴定至关重要，在国内多个育种单位的帮助下，我们每年在河南安阳、温县、许昌、周口、驻马店和陕西咸阳、安徽阜南和宿州、江苏淮安、山东济南、河北高邑、山西临汾、新疆泽普等地安排多点产量比较试验和抗病抗逆性鉴定，这大大促进了我们对材料的了解程度。个人认为，这可能也是近年来我们的育种工作取得较好进展的原因之一。就分子育种而言，由于产量、水肥利用效率、抗寒抗旱抗热等性状表型鉴定复杂且工作量巨大，短期内发掘效应较大、育种家可用的基因并开发其功能标记的难度相当大，高产高效广适抗逆小麦新品种的培育仍需主要依靠常规育种技术。

 

      来源：一麦众承