矮败基因源在选育小麦品种中的应用研究

刘愈之，丁志远，刘 众，赵少敏

（平凉市农业科学院作物所，甘肃平凉744000）

作物遗传育种研究的核心是种质资源创新和育种方法的改进[1]。近年来，普通小麦存在种质资源贫乏和育种手段落后的问题，选育品种的难度愈来越大，可用于种质材料不能满足当前育种工作需要。矮败小麦是中国农科院刘秉华研究员创制的特有遗传资源，为改良小麦品种选育提供了新的创新途径[2]。

平凉市农科院从1995年引入矮败小麦以来，经过多年的利用研究，创新一批种质资源，形成一套适合平凉地区行之有效地轮回选择技术体系，创建了高产、优质、早熟、抗旱等4个矮败小麦轮回选择群体[3]。

1 主要研究内容、技术路线和选择方法

1.1 基础材料的征集、鉴定、创新和利用研究

广泛征集国内外各类小麦种质资源，设立不同生态类型小麦种质资源观察圃，对其目标性状进行鉴定，建立种质资源库，以确定其利用价值。从中国农科院引进“矮败”等显性雄性核不育材料进行本土化改良，利用其改良的“矮败”显性核不育材料，继续定向转育核不育中心亲本，拓宽基因资源库。将转育成的骨干冬小麦显性核不育材料，逐步通过各种育种途径应用小麦品种改良。

1.2 矮败小麦轮回选择群体的构建

1.2.1 轮回选择群体的组配 以创新种质为目标的轮回选择所用的亲本资源较多，在选配亲本时就必须考虑主攻目标和形状互补原则，包括配合力的高低，产量及其农艺性状、抗病、生态适应性，主要目标形状的基因组成和遗传比例，在此基础上选定好亲本类型、数量和搭配比例。根据实际亲本类型应在当地具有综合性状好，广适性品种为骨干基础亲本与小麦近缘种属杂交，近缘属种蕴藏着丰富的高产、抗病抗逆和优质基因。

1.2.2 矮败小麦创新种质轮回选择群体的构建 要根据群体改良的中长期目标选择亲本，首先对引进的矮败小麦进行本土化转育改良，以适应陇东寒、旱生态条件，具体方法选用陇东地区大面积种植的符合高产育种目标作为骨干轮回亲本，对其进行核不育基因回交转育，根据不同生态区域条件选择15～20个不同品种（系）与矮败不育株杂交，回交一次，使轮回父本遗传组成占到75%的比例，并对矮败株上收获的回交的种子按一定比例混合成轮回选择的基础群体。

1.3 主要技术路线

课题组采用了多材料、多途径、多方法联合攻关，主要应用矮败小麦的转育技术，同时结合常规育种方法。采用的主要技术路线如图1所示。

图1 利用矮败小麦建立高效育种技术体系

1.4 新杂交种子获得及后代选择方法

矮败小麦的问世解决了这一技术难题，更新育种观念，并提出无限杂交这个概念。矮败小麦是一个理想的核不育材料，无限杂交法可以看作是品种改良的流水线，为小麦育种提供了一个有价值的遗传改良工具。它集显性矮秆标记基因（R ht10）和显性雄性核不育基因（M s2）紧密链接，具有雄性败育彻底，异交结实率高，降秆作用强，易识别的特点。也为各类型基因的聚合提供了材料上的极大方便，减少选择的工作量，提高选择效率。

根据不同的育种条件和创新目标，以矮败小麦为亲本供体，选用国内外引进的适宜本地区种植的具有目标优良性状和自选的高代品系作为轮回亲本，F1分离出一半矮秆不育株和一半非矮秆可育株。矮秆不育株再选择品种授粉，利用矮败不育株可省略去雄工作，且遗传基础丰富，通过杂交、回交、聚合等方式累加优良性状，结合常规育种方法选育新品种[4]。

以矮败不育株为母本，可育的为父本进行杂交，再混合成轮回选择的原始群体。经过若干次的互交、选择，群体中优良基因出现的频率大大提高，从而使群体得到改良，选择优良可育株，按常规育种方法选育成优良可育株，也可根据育种指标的要求作为新种质，继续进行轮回选择。所以，轮回选择是进行品种改良的长远之策。

2 主要育种研究成果

平凉市农科院利用矮败基因源选育冬小麦育种研究工作开展以来，征集并创制了一批具有一定利用价值的种质资源材料，建立了小麦种质资源数据库；通过多年对矮败小麦进行本土化改良，转育出了一批适宜陇东寒、旱生态型的冬小麦显性核不育材料，拓宽了冬小麦品种抗病基因资源库；利用矮败小麦现已在“陇麦”系列小麦育种中建立了一套小麦种质创新轮回选择体系，并构建了陇东地区优质、高产、早熟、抗病4个矮败小麦轮回选择基础群体；建立了简便有效多聚合杂交育种技术体系。

2.1 小麦种质资源的征集、鉴定、筛选利用及资源库的创建

育种资源创新和利用是小麦育种取得突破性进展的基础。种质资源的征集、创新、挖掘、遗传模型及配合力测定、特异种质利用等研究，一直是平凉市农业科学院小麦育种研究的重点工作，总结出矮败基因源转育与常规育种技术结合的综合高效育种技术体系。

课题实施期间，不断地从各小麦育种单位征集到新种质资源352份，极大地丰富了小麦遗传的多样性。3年来共征集种植原始亲本材料1 161个（次），配制662个各类杂交组合，评选出544个优异组合，占82.2%。在平凉旱塬区和川水地建立了不同生态类型亲本材料鉴定圃，便于适应性观察和异地鉴定。测定了抗冻抗旱、抗逆性、抗病性、芒色、壳色、粒型、落粒性等多个农艺性状，测定数据输入计算机建立《冬小麦种质资源数据库》，创建了陇东小麦种质资源数据库计算机管理系统，为亲本选配提供了科学依据，提高了种质资源的利用效率，为小麦育种提供了更多方便。一是抗病种质材料筛选。2013年平凉市农业科学院作物所对引进的108份小麦材料进行叶锈病的抗病性观察，发现叶锈病免疫品种6个，分别为小偃693、小偃784、F126、中209-210、N9116M、藏冬6号，高抗品种13个，中抗品种22个，三者合计占观察材料的38%；普遍率≤50%的材料共计41份，占观察材料的38%；严重度≤50%的材料共计80份，占观察材料的74.1%；今后要利用抗叶锈病好的材料开展小麦抗叶锈病育种工作。初步筛选出的抗病材料有B P M14、D9050-6-1-1、天水244822、中梁X9616、H149、周优102等22份材料[5]。二是抗寒抗旱性材料筛选。筛选出84份寒旱生态型种质资源材料，如平凉40号、平凉41号、陇麦123、陇麦977、陇鉴127、99③-9、铜麦3号等。三是综合性状优良的资源材料。综合性状优良的种质资源是育种的基础，更是选配杂交亲本的关键所在。共选择出80份综合性状优良的种质资源材料，其植株高度在60～90 cm，抽穗期在5月上旬，穗粒数在35粒以上的有60份材料，占80份材料的75%。千粒重均在40 g以上，最大的为50 g。兰天10号、晋麦47、99③-9、贵农21、超级906和89R B（63）等。经多年观察试验研究，西农928、普冰9946、普冰151、长武134、平凉43号、长34-3、长航1号、西平1号、中麦175、平凉44、陇育4号、陇麦123、陇麦082等材料综合性状优良，用作轮回亲本尤为理想。四是特异种质资源材料的征集和筛选。在课题实施过程中，已征集、鉴定和筛选出簇毛麦后代等55份野生远缘物种及特异种质材料，为进一步利用矮败基因源转育小偃麦、小冰麦、小黑麦育种奠定了坚实的基础。

2.2 利用矮败基因源创建陇东冬小麦改良群体

20世纪90年代，矮败小麦的育成解决了资源贫乏和育种方法的问题，平凉市农业科学院利用矮败基因源组建轮回选择群体，为开展冬小麦新品种选育工作开辟了广阔的前景。

2.3 利用矮败不育株创建陇东寒、旱生态型的冬小麦基础群体

矮败不育株是组建轮回选择群体的基础，将直接影响下一代轮回选择群体的出现。在组建的群体中，对杂交穗也采用单穗单行种植，根据同一杂交穗后代矮秆不育株与非矮秆可育株遗传基础大致相似的理论依据，在选择不育穗时重点考虑可育株表现优良，进行人工控制杂交授粉。为缩短育种进程，可将轮回选择与常规育种方法相结合。利用此方法经过多代互交和选择才能达到有利基因的累加，以优良不育株为母本，以优良可育株为父本进行控制授粉，回交1～2次，对其杂种的可育株进行选择。利用优良可育株与另一优良可育株进行人工去雄授粉，按常育种方法鉴定株系，可望获得预期效果。

2016年在马莲试验站以矮败小麦为母本，与自育的平凉43号、陇麦123等陇麦系列和引进的V9643、西农323、远丰175、长武134、V98448、科农199、中麦175、普冰151、劲松1号、西农3249、M T9820C、农大3432、普冰9946为父本共配置组合30个，田间收获23份。2014年配置63份，同时利用上述材料与F1回交转育组建高产、优质、早熟、抗旱节水陇东生态型矮败小麦轮回群体。2015年继续选择遗传背景不同的矮败不育株与当地生产中丰产、优质、抗病性强、成熟早的主栽品种配置杂交组合24个，对2014年杂交的63份F1继续回交转育，为下年扩大组建轮选的基础群体奠定坚实地基础。2015年高平旱地选出矮败不育群体10个，选择优良不育株配置杂交组合24个下年进行定向回交，对选育出的111个优良可育单株进入选种圃下年按系谱法选择。建立了高产、优质、早熟、节水抗旱4个矮败轮回选择群体（表1、表2）。

表1 2017年马莲试验站矮败植株考种表

表2 2017年马莲试验站回交一代矮败材料收获表

2.4 开展多途径冬小麦杂交育种，选育出一大批育种中间材料

平凉市农业科学院从中国农科院作物所引进“矮败”小麦后，根据当地的育种目标采用复合杂交、多亲本轮回选择等途径，对特异种质资源进行组配，采用矮败基因源（M S2—R ht10）连续定向回交转育，创出一批具有高产潜力的优质多抗的中间材料，即核心种质，为育种工作提供宝贵资源，提高了转育的准确率，拓宽了小麦育种利用范围，为冬小麦杂交育种和轮回选择改良群体提供基础材料。

在矮败基因源转育的过程中，采取边定向回交转育边稳定利用，从杂种和衍生后代中选择符合育种目标的可育株，进入选种圃。在转育过程中从各个株杂交组合，始终保持着1 000多份遗传基础丰富、类型多样含矮败基因源的冬小麦杂种后代，在水旱2个生态区大群体选育。通过不同的育种途径和方法筛选出30个的高代品系参加各类产量试验（表3）。

表3 各年配制的杂交组合及后代材料选择情况 单位：份

2.5 显性核不育冬小麦利用研究与染色体工程技术相结合

世代分离出的可育株中选育出优良的可育单株161个，使不育基因的转育和可育单株的选择密切结合起来，每年配置200多个各类杂交组合，60个不育

在染色体工程技术与显性核不育冬小麦利用研究相结合上，不断地将轮选群体中和转育后代入选的优良可育株，进入常规选种圃。通过与T al不育基因广泛杂交重组，获得T al//〔（7AN×多年生1号）／7AN〕F1、M s·Y90444//〔（7D N／P37）//7D N〕F5和T al//／〔（缺048／中5）//4D N〕F5等一批优异组合，选择出86WB E（05）等一批抗病性强、抗冻耐旱、早熟优质、农艺性状优良的可育株系（新品系）[6]。

平凉市农业科学院利用矮败基因源选育的平凉42号作为中心亲本继续与远5987-88、（9944×临汾138）、临汾145、B9405、中969、V98448（簇毛麦）、冀丰8901、陇麦908、T W06、临旱51329杂交改良培育综合性状优良新品系。同时，利用轮选材料T al庆丰1号×长6154、、轮选987做父本与99S X－1、长武134杂交、回交、定向培育含有矮败基因源的中间材料。把染色体工程技术和常规育种与显性核不育冬小麦结合起来，将会缩短育种进程，提高育种效能，推动小麦育种持续稳定发展。

3 取得了明显的社会效益和经济效益

课题实施期间，在马莲、高平试验站组建水旱2大轮综群体10个亚组群，建成了旱塬冬小麦原良种繁育基地；建立“三圃田”1.2 hm2，原原种扩繁3.33 hm2，原种扩繁田21.3 hm2，一级良种生产示范1 333.5 hm2。

总之，利用矮败基因源创新种质资源和改良新品种是一项“多、快、好、省”育种新技术，要转变育种思路，拓宽研究领域，建议有关部门今后应把轮回选择育种技术与常规育种方法结合起来，推动甘肃小麦育种可持续发展，对稳定解决甘肃省粮食安全提供技术支撑。