小孢子盐胁迫筛选培养选育的大麦新品系特性研究

宗营杰,王亦菲*,余飞宇,许建华,张述伟,杜志钊,黄赛华,刘成洪**

(1 上海市农业科学院生物技术研究所,上海市农业遗传育种重点实验室,上海 201106；2光明种业有限公司,上海 202171；3 上海市农业科技服务中心,上海 200335)

大麦是世界上最古老的作物之一[1],也是酿造啤酒的主要原料[2]。我国2017年的啤酒产量为440.15 亿L,而同年我国进口啤酒大麦886.4 万t,比上年增长了77.1%[3]。作为世界第一的啤酒生产大国和消费大国,我国优质啤酒大麦原料市场需求巨大,因此选育优质的啤酒大麦新品种(系)是我国大麦育种工作中的重要任务。而耐盐性强、品质优的啤麦新品种(系),可充分利用沿海地区盐分较高的土地资源,不仅能改良沿海滩涂的生态,还能增加现有耕地面积,这对上海、江苏等沿海发达地区具有重要的战略意义[4]。

小孢子具有单倍体单细胞的特点,培养大麦F1小孢子可以获得兼有双亲优良性状的加倍单倍体再生植株,通过培养诱变处理的种子来源的植株小孢子还可以快速获得纯合突变体[5]。在大麦小孢子培养过程中施加盐胁迫,可以把耐盐性细胞保留下来,从而获得耐盐性较好且纯合稳定的DH 株系,最后得到定向改良的大麦新品系[6]。本研究对前期通过耐盐性定向改良获得的3 份大麦新品系相关特性进行研究,包括苗期耐盐性、盐渍大田成熟期农艺性状以及制啤品质,以期获得耐盐性好、制啤品质优的大麦新品系。

1 材料与方法

1.1 试验材料

以3 份DH 大麦新品系(A7-20、K1 和K09-4)为试验对象,其中A7-20 为上海地区主栽大麦品种‘花30’[7]干种子经钴60 辐照(剂量为500 Gy)后,通过当代植株小孢子盐胁迫筛选培养技术选育而成；K1 来自上海地区主栽大麦品种‘花11’[8]和‘盐麦3 号’杂交后代,通过F1小孢子盐胁迫筛选培养后选育而成；K09-4 来自上海地区主栽大麦品种‘花22’[9]和‘苏啤3 号’杂交后代,F1经过小孢子盐胁迫筛选培养后选育而成。亲本‘盐麦3 号’和‘苏啤3 号’由江苏沿海地区农业科学研究所陈和研究员提供。

1.2 试验方法

1.2.1 大麦新品系的苗期耐盐性鉴定

于2018年9月至10月在上海市农业科学院生物技术所人工气候室采用营养液水培法进行苗期耐盐性鉴定。采用黄奕辰等[10]的方法,待幼苗长到一叶一心时进行盐胁迫,每天增加NaCl 浓度60 mmol∕L(添加固体NaCl 溶解并搅拌均匀),连续加6 d 至NaCl 终浓度为360 mmol∕L,对照组不做处理,每组每个大麦品种∕系6 株苗,28 d 后取地上部,105 ℃杀青1 h,80 ℃烘干至恒重,称干重,然后随机把每种处理每个品种∕系两两混合,称重并测Na+、K+含量,重复3 次。

1.2.2 大麦地上部Na+、K+含量测定

大麦水培苗期地上部的Na+、K+含量委托南京卡文思检测技术有限公司参照GB 5009.268—2016 标准进行检测。

1.2.3 大麦新品系的大田耐盐性鉴定

耐盐新品系的鉴定于上海市崇明区跃进农场进行,总面积7.2 hm2,地块平均盐含量0.36%,采取条播方式,行距22.5 cm,基本苗225 万株∕hm2。基肥施用量尿素150 kg∕hm2、复合肥450 kg∕hm2,追施分蘖肥尿素112.5 kg∕hm2,拔节肥尿素112.5 kg∕hm2。整个生育期进行1 次药剂除草,喷施5% 爱秀1 200 mL∕hm2和5.8%麦喜225 g∕hm2。

1.2.4 大麦新品系的制啤品质检测

委托中国食品发酵工业研究院有限公司酿酒技术中心进行大麦新品系制啤品质检测,检测依据为GB∕T7416—2008、QB1686—2008。

2 结果与分析

2.1 大麦新品系苗期地上部干重

从表1 可以看出,在360 mmol∕L 盐胁迫营养液培养28 d 后,胁迫组的地上部干重与对照组相比明显下降,表明NaCl 处理对植株生长产生了明显的抑制作用；从相对值来看,A7-20 高于亲本‘花30’,K1 高于父本‘盐麦3 号’,与母本‘花11’无显著差异,K09-4 比亲本‘花22’低,但显著高于另一个亲本‘苏啤3号’。

表1 供试大麦材料的地上部干重Table 1 Dry weight of barley aboveground

2.2 大麦新品系苗期地上部Na +∕K +比值

从表2 可以看出,对照组Na+∕K+比值较低,不同品种∕系间差异不明显。而盐胁迫组Na+∕K+比值相对较高,且不同品种(系)间相差较大。Na+∕K+比值越小,耐盐性越强,由此推断A7-20 耐盐性相对较好。

表2 供试大麦材料的地上部Na +∕K +比值Table 2 Aboveground Na+∕K+ratio of tested barley materials

2.3 大麦新品系产量

大田鉴定试验以本地主栽大麦品种‘花30’为对照。从表3 可以看出,A7-20 有效穗数最高,平均产量高于对照品种；K1 的3 个产量构成指标均高于对照；K09-4 千粒重比对照品种低,但有效穗数和每穗粒数高于对照品种,平均产量高于其他品种(系)。

表3 供试大麦产量及构成因素Table 3 Yield and its components of barley materials

2.4 大麦新品系的制啤品质

从表4 可以看出,K1、K09-4 和A7-20 制啤品质均达到国家优级标准,说明这3 份大麦新品系其制啤品质较好。

表4 供试品种(系)制啤品质Table 4 The quality analysis of varieties(lines) for brewing beer

3 讨论与结论

利用诱变和杂交育种技术结合小孢子培养和盐胁迫筛选,可以快速获得耐盐性强的纯合后代,选育出兼顾耐盐优质的大麦新品系,以形成一整套定向改良的大麦育种技术体系。从苗期耐盐性分析看,A7-20 耐盐性明显高于其亲本,说明诱变产生的基因突变可使其耐盐性提高,利用小孢子盐胁迫筛选可把这种突变快速固定,技术优势明显；K1 耐盐性高于双亲,说明存在超亲优势；K09-4 耐盐性位于双亲之间,这对于性状综合改良具有重要意义。大田耐盐性鉴定表明,新选育的3 份大麦新品系在盐渍地块的丰产性要优于本地主栽大麦品种‘花30’,说明小孢子盐胁迫筛选效果较好。另外,从产量构成性状看,有效穗数对盐渍土壤上大麦产量的影响比千粒重大。

综上,利用诱变或者杂交等常规手段结合小孢子培养阶段加入盐胁迫筛选,可以快速选育兼顾耐盐优质的大麦新品系,表明基于小孢子盐胁迫筛选定向改良这一套完整技术是可行的,这也为其他目标性状的定向改良提供了参考。