探讨‖小麦高产育种的创新方向及技术路径

      一、当前生态、生产条件的变化与问题

      1.因气候变化灾害频发

      据中国气象研究院相关数据显示，最近100年全球平均地表温度上升了0.74℃左右，同期我国平均地表气温上升了1.1℃，高于全球平均水平。近十年来，受暖冬影响，冬小麦几乎没有休眠期，导致冬前旺长，抗冻能力大大降低；而另一方面冬春季冷热变化频繁，倒春寒时有发生，对小麦生产造成严重威胁。近年来，冻害已成为限制小麦产量的重要因素。

      2.降雨量偏少，旱情逐年加重

      旱情发生频率及程度逐年增加：2008年、2011年全国小麦最大受旱面积分别高达1.6亿亩、1.16亿亩，造成小麦产量大幅度减产；2017年冬旱和2018年春旱叠加，造成黄淮麦区小麦产量减产3成左右。

      3.病虫害加重,南病北移

      小麦的病害种类很多，其中三种锈病、白粉病、纹枯病和赤霉病对小麦造成的危害最为严重。2012年赤霉病大发生后，每年均不同程度的发生，已成为黄淮麦区的主要病害。根茎部病害：纹枯病、茎基腐病、根腐病每年均大面积不同程度发生。地下害虫（蝼蛄、金针虫、蛴螬）、红蜘蛛、蚜虫、吸浆虫等发生也普遍加重。

      4.后期高温热害

      小麦灌浆后期，温度较高，风力较大的情况下容易形成干热风影响，后期降雨，容易导致小麦高温烂根逼熟，千粒重下降较大。

      5.秸秆还田，整地与播种质量差

      近年来，黄淮麦区的播种方式大多采用玉米秸秆还田＋旋耕＋机条播的整地播种方法。农户分散种植的经营模式还占主导地位，户均规模小，土地不平整，施肥不均匀。存在旋耕播种、播种期偏早、秸秆打不碎、埋不深压不实、耕不深靶不实、播量不准、下种不匀、缺苗断垄、吊根悬空、透风失墒等这些问题造成整地与播种质量较差。

      二、育种主攻方向的转变

      1.育种理念的转变

      改革开放以来，我国粮食的单产和总产实现快速增长是通过大量的投入肥、水、农药来实现的。由于长期无节制的投入，已出现了严重的生态环境污染和资源条件脆弱等问题，严重影响到可持续发展及子孙后代的生存生活质量。这也是改革开放四十年付出的沉重代价，也是今后我国经济发展的致命短板。

      要想改变目前现状，必须转变发展理念。小麦育种的发展理念应转变为：在保证生态环境友好、资源高效节约、产品健康安全的前提下进行科技创新。

      2.育种目标的调整

      我国小麦育种目标一直在进行调整。20世纪60年代，以抗病育种为主。20世纪80年代，以高产育种为主。20世纪90年代，在强调高产的同时，增强了优质、抗逆等方面的目标。进入21世纪，小麦育种目标调整为高产、优质、高效、多抗、节本、安全。

      2.1 产量潜力持续遗传改良

      国家提出“谷物基本自给，口粮绝对安全”粮食安全战略，确定了小麦单产的提高是小麦育种追求的永恒目标。由于我国的粮食生产长期依赖化肥、农药的大量投入，目前一旦减少投入势必会引起大幅度、大面积减产，如何协调好稳固粮食产量与逐步实施“一控二减”是今后小麦高产创新的难点和重点。

      2.2 水高效: 利用尽量少的水分生产更多的生物产量和经济产量，包括两方面的内容：一是抗旱，二是节水。

      抗旱：在土壤水分严重亏缺，导致干旱的情况下，能够较好地完成正常生长发育，且能形成较高的经济产量。抗旱性状是在水分亏缺的情况下，小麦(作物)充分利用有限水分的能力。

      节水：是指单位水分能生长出更多的生物量，或在水分满足的条件下，生产相同的生物量消耗尽量少的水分。

      2.3 肥高效:单位肥料生产更多干物质，且收获指数高。要求品种在瘠薄田能增产，高水肥能高产。特别是在目前的水土环境条件下，减施肥料仍能保持在一个理想的产量的水平上。

      2.4 抗病虫性状

      我国黄淮海麦区，小麦生育期间病虫害多发、叠发，特别是2010年以后，赤霉病、纹枯病和茎基腐病等“白穗”现象发生越来越普遍和严重，全株性的黄花叶病和黄矮病也逐步扩展。

      多年来各育种单位,在组合的组配上，多利用已审定的大面积推广的品种进行改良，遗传基础狭窄，近缘、近亲、同亲品种多，缺乏对抗病性状的长期的、系统的遗传改良。缺乏抗病基因型，一旦大面积发生病害，将会对生产造成较大影响。

      抗病虫品种的选育问题，既是品种本身的遗传改良问题，目标是保障产量性状的发挥，还是一个生态问题，通过提高抗病虫的能力，减少农药的用量，不仅降低生产成本投入，还可以减轻污染，改善生态环境。

      2.5 对逆境的抗耐性：冻害、倒伏、干热风。

      冻害：包括冬季冻害和春季倒春寒冻害。目前大面积种植的小麦主导品种冬季冻害问题不大，近几年春季冻害时有发生。由于春季冻害（特别是晚春冻害，4月中下旬的低温）不是品种抗寒性的问题，主要是天气突然大幅降温造成的，还没有很好的解决办法。

      倒伏：倒伏原因一是品种本身的抗倒性，二是群体的大小，三是后期降水和风力大小。

      逆境问题主要是气候条件造成的，通过遗传改良，选育抗逆性状突出的优良品种，通过栽培调控，完全可以减轻逆境对小麦生产造成的损失。

      三、高产育种的创新方向及技术路径

      1.小麦高产理想类型的设想

      株高：适度矮秆，70-75cm；

      株型：适度紧凑、交叉有序、错落有致、相互不遮光、不郁蔽 ；

      叶相：叶片小、挺、厚、叶色深绿；

      根：根系的空间分布要广，根系后期的活力要强；

      生长发育规律：各时期生长发育要协调、互补；

      源、流、库要运转顺畅：根系对养分的吸收、转运与贮存；光合物质的形成、转运与贮存，都要顺畅无阻，形成粒多、粒重。

      产量结构类型：近年来，多地小麦高产攻关亩产已超过900公斤，随着育种水平、生产条件及栽培水平的提高，突破1000公斤/亩大关只是时间问题。这样对小麦的产量结构提出了新的要求，总体上应是亩穗数、穗粒数、千粒重均要协调提高。目前生产上小麦品种分为大穗、中穗、多穗三种类型，其化分是人为的，也是动态的，没有严格的划分界限和标准。我认为三种类型的小麦品种均有亩产1000公斤的产量潜力。

      综合黄淮科研、生产、气象条件，设想了三种亩产1000公斤的产量结构（不需85折的前提下）：

      按照这种设想，亩穗数比较容易实现，重点应是在保证亩穗数的前提下，增加穗粒数、提高千粒重。

      2. 高产育种四大创新问题

      2.1 壮大根系：增强根系活力和吸收能力

      多年来由于地下部看不见，育种家们只注重地上部的研究和性状选择，地下部的研究多以栽培专家为主，导致小麦育种不能把地上、地下作为一个有机整体来看待。小麦根系活力的大小对小麦的抗寒性、抗旱性非常重要，前期根系发育良好，根系活力强，可抵御冬季寒冷；后期根系活力强，对抵御干热风的危害很关键。

      今后肥水高效利用问题的研究，必须对根系进行全面系统的研究，根系问题归根到底是水肥的吸收问题。

      2.2 提高经济系数

      要提高小麦经济产量，就要从提高生物产量和经济系数两个方面考虑，而更重要的是采取措施提高经济系数。一般小麦的经济系数在0.3~0.45,高产田多在0.4~0.45。目前肥水条件好的高产麦田多用矮秆品种，并且采用适当的肥水措施控制株高，尤其是控制基部节间的伸长，拔节后肥水促进，创建矮秆大穗的群体，从而提高经济系数，增加产量。

      2.3 进一步挖掘穗叶光合优势，培育高光效品种

      叶光合：小麦叶片颜色深的品种，光合饱和点比较高；小麦叶片比较厚的品种，光补偿点比较低。如果小麦叶片颜色又深、叶片又厚，则既耐强光又耐弱光，光合效率非常高，产量自然比较高。

      穗光合：穗光合对籽粒产量的贡献率在34.2～62.2%；穗光合具有空间优势，有利于截获光和CO2；离库比较近，有利于营养运输；具有明显的生理优势：穗绿色组织具有较高的潜在光合效率，而且穗光合代谢类似于C4途径或属于C3～C4中间型，籽粒呼吸释放大量CO2能直接被穗光合再固定，穗光合的产物基本上全留在穗内，不会产生光合产物浪费，有利于产量的提高。

      2.4 逐步实现优质与超高产的结合

      优质与超高产相结合：基于我国国情，产量在任何时候都是第一位的，品质会随着政策、市场的变化而随时调整。

      优质的类型与规模应适应国情：应以做优质馒头、面条的中强筋为主，强筋小麦应以二级强筋为主，适度或逐步发展一级强筋、特级强筋小麦。

      优质与优良农艺性状相结合：具有较强的抗灾特别是新型灾害（倒春寒、干旱、纹枯病、赤霉病、全蚀病等）的能力，需适应简化栽培的需求。

      3.各生长发育阶段的选择重点

      选择是小麦育种的最关键一环，是发现变异，选择优良变异的决定性环节。集中体现了育种家的眼力、智慧、综合评判能力，决定育种目标是否实现，也决定一个育种家的成功与失败。选择应遵循的基本原则是：

      紧扣育种目标，明确性状改良的方向和选择重点。统筹全生育期各阶段的性状表现，掌握整体协调，分段考量，综合评判的原则。致命性状一票否决，关键性状必须过硬，一般性状适度放宽（以优补缺）。

      3.1 各生长发育阶段的选择重点—前期

      前期：决定亩穗数的关键时期

      选择目标：根系强大，地上部生长发育稳健

      重要指标：繁茂性，分蘖质量和数量的统筹选择

      前期选择重点：

      根系：初生根要求较多，下扎快，重长度，一般3-5条；

      地上部选择：力求冬前大蘖多，生长健壮的类型，且蘖的同步发育要好，春季分蘖的能力不宜太强。分蘖特性选择的重点应放在冬前。冬前群体一般在80万左右即可，注重数量和质量的统一；

      生长习性：半直立品种；

      抗寒性：田间冬季冻害分级调查，一般不超过3级；

      该时期是培育、决定亩穗数的关键时期，由于成穗蘖还不明朗，不是选择亩穗数的关键时期，只能选择大蘖、壮蘖为穗数奠定基础。

      3.2 各生长发育阶段的选择重点—中期

      中期：决定穗粒数的关键时期 。

      选择目标：协调好秆（茎）、叶、穗的发育，构建理想株型，优化产量结构。

      重要指标：株型、冠层结构的合理性。

      中期选择重点：

      两极分化要快：成穗蘖茎叶快速生长，无效蘖迅速消退死亡，减轻养分消耗，麦脚利落，优化根蘖部生长环境。

      足够的成穗茎数，出叶要快，发展要迅速。

      冠层结构：

      群体变化动态：90万蘖→50万穗/亩。

      株高：70～75厘米。

      株型：适度紧凑，不能过紧，收张有度，交叉有序。

      叶相叶姿：叶片要挺、厚、旗叶要短小，叶夹角以既能够充分截获光能，又相互不遮光，不郁蔽为标准。

      穗层：要厚而不齐。一般要分三层穗，上、中、下错落感有致，下层穗不能太小，结实性要好。

      该时期是选择株型、叶相、冠层结构合理性的唯一时期，也是选择亩穗数的关键时期。

      3.3 各生长发育阶段的选择重点—后期

      后期：决定粒重的关键时期 ；

      选择目标：光合面积大，光合强度大，粒重高；

      重要指标：落黄性。

      后期选择重点：

      进一步选择穗数。既要通过水平单位面积的穗数，又要通过垂直的穗层厚度来综合评判亩穗数的多少。

      穗粒数选择的决定时期。通过穗型、穗长、小穗数、小穗结实数、穗基部顶部的结实性来选择穗粒数高低。不仅注重中上部大穗的选择，还应重视中下部小穗结实性的选择。

      抗性选择的关键时期。抗病性、抗倒性、耐热性选择的关键时期，直接决定产量的高低，必须按指标要求进行选择。

      落黄性选择。落黄性反映了小麦生长后期根、茎、叶，源、流、库的协调程度，是小麦生长发育是否正常的外在表现。品种落黄好，则根系好，叶片功能好、抗旱耐热性好，抗病性好，籽粒饱满度好。

      光合面积减降速度慢，以增加绿叶面积持续期，叶片的自然衰老是正常的，叶片的颜色由绿→淡绿→黄绿→黄→干枯。短时间内非正常的失绿是早衰的典型表现。在后期倒2叶、旗叶的表现和选择至关重要。

      收获前一周左右时间是小麦变数最大的时期，是全程评价一个品种优劣的关键时期，做到每天观察，每天发现新变化，是选择发现新品种不可缺少的一步。

      来源：一麦众承   王福俊