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小麦育种工作交流

各位老师、同行好!我是“一麦众承”第20小组“麦上希望”的李豪圣,按照组长曹新有老师的安排,代表小组值日。我们小组还有陈建省老师、马玲玲老师、胡海燕老师、杨秦栋老师、李红彬老师、李前荣老师、朱昌涛老师、夏中华老师、陈亮老师和李青峰老师、杨永乐老师。非常感谢“一麦众承”平台,为小麦育种人提供了学习和交流的机会,通过平台学习了很多,受益匪浅,也借助机会感谢各位老师、同行、朋友,长期以来对我们团队以及我个人的支持和帮助。

山东省农科院作物所小麦遗传育种团队现在职23人,培育的小麦品种包括高产广适、优质强筋、抗旱节水和特色营养等4大类型,其中,高产广适品种有:济麦19、济麦21、济麦22,济麦23,济麦38,济麦55,优质强筋品种有:济南17、济麦20、济麦229、济麦44、济麦106、济麦0435、济麦5022,抗旱节水品种有:济麦262、济麦60、济麦52,特色营养品种有:济紫麦1号、济紫麦2号、济蓝麦1号、济麦8040、济糯116,共计21个。现把团队代表性品种简要介绍,供大家参考。

一、团队代表品种介绍

1.以微量沉降值为关键指标的优质面包小麦育种方法,育成优质面包小麦济南17

选用农艺性状较好的优质亲本和品质较好的农艺亲本杂交,培育品质和产量超亲的亲本选配模式,提高杂种后代优质与高产兼备个体的频率;创新采用真空干燥法提高微量沉降值测定的精确性,解决了早代个体品质鉴定技术难题,制定出面包小麦品质鉴定程序和选择标准,实现了育种全过程的品质和产量同步选择。挖掘出优质亲本临汾5064,与农艺亲本鲁麦13杂交,育成优质高产面包小麦济南17,1999年山东省审定,成为我国第一个年种植面积过千万亩的优质面包品种,改变了我国优质面包小麦依赖进口的历史。累计推广6247万亩,2003年获国家科技进步二等奖。

     图1 优质面包小麦的品质鉴定程序和选拔标准


2. 确立优质面条小麦选育的4项关键指标,育成优质高产面条小麦济麦19

采用TOM法替代感官鉴定法,评价中国小麦面条品质,评价效率成倍提高;研究确立了选育优质面条品种的4项关键指标(峰值粘度≥2900cP,面粉白度≥75%,沉降值≥40ml,软化度≤75 B.U.),制定了优质面条小麦育种的品质鉴定程序和选择标准,育成优质面条小麦品种济麦19,面条评分达93.5(国家行业精制级标准85分),2000年创650.4 kg/亩优质小麦全国高产纪录,先后通过山东和国家审定,2001~2005连续5年为山东省推广面积最大的品种。累计推广6304万亩,2005年获国家科技进步二等奖。

     图2 优质面条小麦的育种鉴定程序和选择标准


3. 采用微量沉降值和面粉膨胀体积两类指标同步改良面筋强度和淀粉特性,育成面包面条兼用型小麦济麦20

创制的种质鲁884187面包、面条品质兼优,进而研究蛋白质和淀粉特性与面包面条品质的关系,明确了面筋强度是影响面包和面条品质的共同指标,淀粉特性对面条品质有重要作用而对面包品质影响较小,面包面条兼用型育种在理论上可行。采用微量沉降值和面粉膨胀体积指标同步鉴定面筋强度和淀粉特性,研制了兼用型杂种后代选育技术,育成面包面条兼用型小麦济麦20,面包评分92~96分(与美国面包小麦DNS相当),面条评分89~96分,成为唯一连续6年(2005~2010)被农业部鉴评为强筋小麦品种。该品种先后通过国家及鲁、豫、皖、津审(认)定。累计推广7922万亩,2009年获国家科技进步二等奖。

图3 优质面包、面条兼用型小麦的育种鉴定程序和选择标准


4. 集成阶梯杂交、全生育期和多生态选择等关键技术,建立小麦高产广适育种技术体系,育成高产广适小麦品种济麦22

以阶梯杂交聚合优异性状、抗性和产量同步提高的亲本定向改良为基础,采取扩源增库、均衡提高产量因素的策略进行全生育期选择,即前期重生长稳健,中期重繁茂性与株型,后期重穗育性、茎秆质量、光合器官功能选择;采用穿梭育种、水旱轮选、异地鉴定等多生态选择技术提高广适性;建立了小麦超高产广适育种技术体系,育成了济麦22。先后通过国家和鲁、豫、皖、苏、津5省(市)审/认定,2009年农业部组织实打789.9 kg/亩,创一年两熟制冬小麦高产纪。已有10年为我国第一大小麦品种,也是我国近30年来年种植面积最大的先品种。累计推广3.32亿亩,2012年获国家科技进步二等奖。

                图4 全生育期选择方法


5. 建立了以“目标明确、背景清晰、优优组合”的育种思路和“劣汰选优”的选择方法为核心的量质协同提高的优质强筋小麦新品种培育体系,育成了突破性绿色强筋广适小麦新品种济麦44

创立了“固优源、后提升”的优质种质材料创制体系,围绕改良美国优质品种,创制了优质亲本材料884187和954072;建立了以“目标明确、背景清晰、优优组合”的育种思路和“劣汰选优”的选择方法为核心的量质协同提高的优质强筋小麦新品种培育体系,自主育成了突破性绿色强筋广适小麦新品种济麦44;先后通过国家黄淮北片、南片、山东省和安徽省审定,山西省和河北省引种备案,转让金额刷新了我国小麦品种转让的最高纪录。2022年,在山东滕州和招远实打亩产分别达801.72公斤和808.6公斤。累计推广面积1456万亩。入选山东省农业科学院“十三五”百项农业科技成果和科技部国家重点研发计划重大科技成果。

 图5 “抓住抗冻抗倒主要矛盾、平衡其他次要矛盾、劣汰选优”的选择方法

二、个人育种体会和做法


我本人于2001年作物栽培学与耕作学专业(水稻)毕业后跟随赵振东院士和刘建军老师从事小麦育种工作。刚开始,由于小麦植株都没有见过,经常惘然望着麦田,不知道如何下手。经21年的磨砺,逐渐对小麦育种有了自己的理解和思考,现将本人的一点体会和做法与大家共同讨论,敬请各位老师批评指正。

1.筛选创制“优异种质/亲本”

筛选创制“优异种质/亲本”是实现育种目标的基础。程顺和院士指出,“核心种质”关系育种群体遗传多样性的来源,不仅蕴含大量遗传多样性,而且具有众多有益超亲变异潜能。赵振东院士指出,重视“中间亲本”的创造,才能培育出更多更好的优良品种。上个世纪80年代以来,本团队以筛选出的临汾5064和鲁麦13为“骨干亲本”,先后育成济南17和济麦19(图6);以筛选出的Lancota为核心优质源,创制出884187、954072等“优异种质”,进而育成济麦20、济麦229、济麦44、济麦5022等优质强筋品种(图6);以筛选出的鲁麦14为“骨干亲本”,创制出935024和935106,进而育成济麦22(图7)。筛选创制适宜“优异种质/亲本”,可提高创建理想基因型群体的频率,更容易选育目标品种。

                  图6 优质强筋品种系谱

                       图7 济麦22系谱

2.杂交组合配制

选配适宜组合是实现育种目标的关键。过去,我们团队选用农艺性状较好的优质亲本和品质较好的农艺亲本配制杂交组合,培育优质高产品种获得了成功。近年来,随着我国社会经济的发展和农业供给侧结构性改革的深入,对优质专用的要求越来越高。因此,我个人配制杂交组合,基本都以“优优组合”的思路进行。双亲材料,除了考虑遗传背景、产量、品质、抗病抗逆性、互补性外,比较注重株型,多穗材料倾向于紧凑型的,大穗材料倾向于略松散型的。亲本之一,最好有当地大面积推广应用的品种或衍生材料。我个人每年配制组合在60-80个,一般在抽穗期至成熟期完成翌年80%的组合,之后不断进行“修饰”、 “完善”。

3. 后代选择

精准鉴定是实现育种目标的保障。育种工作最大的难点在于让成千上万的个体在同一基准线上进行评比。实践过程中,往往播期的早晚、播种的深浅、种植的密疏、水肥的多少等影响个体的表现,经常出现“差之毫厘、谬以千里”的现象。因此,我个人比较注重多生态鉴定选拔。F1代,种植在济南基地,每个组合种60粒左右,重点观察繁茂性、株型和籽粒,大约淘汰1/5。F2代,以小区条播方式为主,选择3-5个重点组合同时进行点播,分别在济南和济阳或陵城基地种植;条播密度与大田生产相同,点播每个组合种1500粒左右;济阳或陵城种植的只观察、测产,不选拔;一般组合以选单穗为主,重点组合选单穗和选单株相结合进行。F3-F5代,分单穗(株)点播,根据田间表现选单穗或单株。F5代,对表现优异的穗(株)行进行统产,进入下一年的小区鉴定试验;对于优质组合,进行理化特性全面检测、评价。F6代之后,分别在济南、济阳、陵城、章丘等地以及旱地进行多生态鉴定,根据综合表现,选送各级试验。

近年来,分子标记辅助选择、温室加代、南北加代、花药培养等技术的应用,显著提高了育种效率。以济麦22为背景,标记跟踪Dx5亚基,育成了中强筋小麦品种济麦23,实现产量和品质的双提高;利用南北加代技术,育成的济麦6093、济麦5489等新品系也进入国家小麦良种攻关大区试验。

作者简介:李豪圣,吉林省东丰县人,研究员,小麦遗传育种团队负责人。长期从事小麦遗传育种研究,先后承担国家重点研发计划、山东省重大科技创新工程等30余项。作为主要完成人育成济麦22、济麦44、济麦229等小麦品种21个;先后获国家科技进步二等奖2项,山东省科技进步一等奖2项,在《作物学报》、《山东农业科学》等期刊发表相关研究论文30余篇,主编或参编学术专著2部。

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