关于北方地区小麦高产育种若干问题的分析

于燕波 于 妮 戴婧豪

（1.威海市农业综合执法支队，山东 威海 264200；2.威海市农业农村事务服务中心，山东 威海 264200）

小麦是最重要的粮食作物之一，提升小麦产量对人类发展意义重大，对提升我国粮食总量有着决定性的作用。不过小麦产量很容易受到种植环境与气候变化的影响，尽管我国地域辽阔，但逐渐减少的耕地面积和众多人口之间的矛盾给粮食产量与安全保障带来了很大的威胁，加之物价连连上涨，进一步提高了小麦生产成本，极不稳定的小麦生产总量促使小麦高产育种加快研究速度，探索高产育种的方法，最大化将小麦潜在的产量遗传特性挖掘出来，强化小麦对暴雪、干旱、寒冷等气候环境的抵抗力。

1.我国小麦品质现状及存在问题

1.1 我国小麦品种现状

与国外代表性品种相比，我国小麦品种在营养品质类指标上较为一致，比如赖氨酸和蛋白质含量的百分比相差均在3%以内。相关研究表明，相比美国品种，我国小麦面粉蛋白质平均含量（12.8%）是略高于美国品种（11.8%）；小麦硬度总体平均值28.86s 几乎持平于国外品种，不过另一方面有关于食品加工品质面筋强度的Zeleny 指标沉降位平均值只有24.45ml，这就远落后于国外品种了。当前我国小麦最为缺乏的就是两类优质品种，一是蛋白质与面筋含量低、面筋强度弱，可通过磨制得到筋粉，最终用于优质饼干制作的小麦；二是高蛋白含量，面筋质量好且强度大，可通过磨制得到强筋粉，最终用于优质面条和面包制作的小麦。

1.2 北方小麦品种现状

大部分北方地区土层深厚、光照充足、气候冷凉干燥且昼夜温差较大，是适合小麦生长的环境。不过由于近年来在小麦新品引进和选育环节中一味追求高产，品质性状被忽视后就导致小麦整体品质受到了影响。一直以来，北方地区小麦不管是在蛋白质含量还是在面筋含量方面，其平均值都高于全国小麦品种，不过在面筋和蛋白质质量上还是存在优化空间。具体来说，很多品种面团形成时间短且稳定性不高，公差指数高、延伸度一般、抗延伸阻力小等，具体应用上还会时不时出现面包、馒头体积小和醒面时间短的问题。

总而言之，我国北方地区小麦品种在育种和栽培方面均有待创新与改良。

2.小麦的高产育种途径分析

2.1 优化小麦产量结构因素

关于小麦高产的研究，讨论最为频繁的就是产量三因素关系，即可穗数、穗形和穗粒数。大部分研究认为对产量贡献最大的是单位面积穗数，因此提出了利用分蘖成穗率的提升来挖掘小麦高产潜力。多数育种专家都选择了增加穗粒重和稳定穗数的方法。据研究小麦高产品种形状变化流程的研究分析可知，对提升小麦产量贡献最大的是穗粒数和千粒重。近些年，北方小麦关于大穗品种培育成果的出现，让越来越多的专家开始期待大穗品种的增产潜力，期待在逐渐扩大的库容量下实现高产目标。相关研究与实践证明，能获得高产的三种小麦类型是大穗、多穗型和中间型，其中大穗型有潍麦8 号、鲁麦22 号和泰安9818；多穗型有莱州137、烟农15 和济麦21；中间型有秦山3和鲁麦7 号等。上述所有品种均经过了高产攻关试验，最终实打验收实现的产量均在650 kg/666.7m2以上。这些研究结果直接说明了小麦产量三因素之间确实是具有互补协调作用的，实现高产目标的关键在于优化产量结构，选育成功的关键在于保证性状间的协调。当下主要面临的问题是如若以产量性状为主进行选择，就会出现负相关效应，无法兼顾。所以进一步研究三因素优化协调标准能为田间选择提供更加科学、明确的数量指标。

2.2 对小麦株型结构进行改良

单位面积上的穗数会随着产量的提升而逐渐增多，随之变化的还有通风与光照水平有所下降，当基部叶片光照无法得到保证时，就会因为湿度太高而滋生病害，这对产量的提升形成了大大的限制作用。基于对这种情况的考虑，一种有效的思路就是选择理想株型，在提升单位面积穗容量基础上处理小麦田间光照与通风问题，这里的理想株型需要具备的特征是，个体之间竞争小、叶片少儿直立、茎秆矮且强壮。目前国内对小麦株型的选择倾向于叶片上冲、穗大、相对紧凑的类型。小麦株型的几大主要性状包括穗数、穗重、茎态、叶态、株高和冠层分布等，有关研究提出茎态以扩张型为最佳；叶片形态以上部上冲、中下部下披为最佳；大部分育种者的选择都是上部叶上冲这类材料。近几年还有人针对穗叶进行了一系列比较研究，提出了小麦产量的提升最好是建立在偏大的穗叶基础上，以及良好株型对产量贡献优势的体现只有在产量大于6.5 t/ha 时能有所体现。另外，关于理想株型的研究至今也未取得显著、明确的成果。虽然株型结构并不是直接影响产量结果的因素，但现有的育种实践中小麦株型结构已出现了些许变化，开始慢慢靠近理想株型。

2.3 致力于提升小麦经济产量

对于经济产量的有效提升，如果是在生物产量一定的前提下，可通过适量增加干物质向籽粒的方式来实现。在过去几十年小麦经济产量逐步提升的过程中，始终没有表现出明显的生物总产量上升，这说明小面产量的提升在很大程度上取决于经济系数的提升，因此小麦高产育种的有效途径之一就是条经济系数。推动小麦产量提升的有效育种手段从最开始的“绿色革命”以来，就倾向于矮秆育种，具体来说就是通过降低株高来提升经济系数实现产量目标。相关研究结果表明了小麦的经济系数是存在提高潜力的，最高甚至可以达到0.6，现阶段品种的经济系数范围则为0.4 ～0.5，矮秆育种策略有效地提升了小麦的耐肥性和抗倒性，不过始终没有相应的提高生物产量，这对小麦产量的提升还是造成了一定限制。以往使用的矮秆选育法是提高小麦经济系数最为简单的方法，不过目前有诸多限制存在于矮秆性状选择上，育种家需要开发新的选择性状来实现小麦经济产量提升。

2.4 提高小麦自身光合作用强度

从根本上实现高产的有效途径就是提高小麦光合强度，做到一定量的碳水化合物积累。相关研究表明，现代品种的叶片导度与光合峰值较以往均有所增加，但生物产量却停滞不变动。原始小麦，比如一粒小麦和两粒小麦的光合强度均优于普通小麦，但相比产量却并未凸显优势，这表明了对小麦光合潜力的挖掘并不到位。研究表明，现代众多小麦品种的光合强度呈现差异性，后代分离呈正态度分布，叶绿体含量的差异意味着小麦品种的不同。关于光合强度作用的研究，由于其本身的复杂性，所以其与产量关系的研究存在很大的不明确和不稳定因素，因此当前关于小麦品种光合强度的改良研究进展不大，现有的研究大多聚焦在理论层面和不完整的指标分析上，比如与光合作用有关的叶片颜色、叶绿体含量、叶片厚度、每个阶段光合速率、光的补偿点以及光的饱和点等；此外还有一些侧面影响的外层指标，比如光谱反射、冠层温度等。就目前仅有的小麦光合生理研成果中，对育种有指导意义的就是气孔导度和产量属于正相关、现代品种光饱和点有所提升、后期光合效率有一定产量补偿效应；穗的光合特点与C4 植物一致。

2.5 调整小麦的发育进程

合理延长后期叶片功能期，一并优化灌浆效率也是一个有效提高小麦经济产量的途径。小麦籽粒产量的主要来源就是上部叶片的光合积累量，积累于前期的光合产物大多都将被生长需求所吸收，当中必然会有一些无效生长，所以通过减少无效生长消耗来实现经济产量的增加也不失为一种可行的方法。小麦生长发育阶段主要分为三期，即前期、中期和后期，是三个时期的作物生长状态均可概括为快速和缓慢两种，这就一共构成了小苗不同的6 种生长发育模式。有研究认为，适应北方地区的理想小麦高产品种，其三个生长时期应该是前期快、中期慢和后期快，这样是最大程度控制小麦前期生长中出现无效消耗的方法，避免不必要的养分消耗，从而强化穗分化强度，增加穗粒数量。不同类型的品种有不同的发育特点:大穗品种后期快中期慢，多穗品种前期积累快后期积累慢。随着小麦产量的提高，生长发育特点必将成为小麦高产育种必须选择的特征。

2.6 充分发挥小麦杂种优势

实现小麦高产育种的一个有效途径就是发挥杂种优势。此前已有大量关于小麦杂种优势利用的研究，比如光温敏新型不育系、T/V/K 型等质核互作型雄性不育、化学杀雄杂交种等。杂种优势的发挥与利用实践中还并未成为一个主要的小麦高产育种途径，具体原因有三：其一是杂种不具备显著的超标优势；其二是制种效率不高、流程复杂且有很高的成本要求；其三是无法绝对保证制种纯度。其中最为主要的问题就是不具备显著的超标优势。通常情况下，新品种的出现和对照种相比都会高出5%～10%的产量，但关于小麦F1 杂交种实践结果的增产幅度即使在这一范围内，也难以体现竞争优势。小麦杂种优势的开发前景还是非常可观的。

3.节水高产小麦育种效率提升的方式及环境选取

3.1 做好水旱鉴定选择与异地多点准备

针对适宜北方地区种植的节水高产小麦育种，一方面要对缺水干旱的生长环境具有适应力，另一方面还要具备良好的增产潜力，进而更好地满足育种要求。那么在具体育种环节中，除了在当地开展选育工作之外，还要关注对品种种植范围的有效拓展，以实现全面种植为目的打开更为广阔的范围，可以是山地、平原，也可以是丘陵等地形，值得注意的一点就是保证种植环节的环境条件有干旱和缺水这两点，全面展开异地纯系与混系的筛选与鉴定工作，同时系统性的给予最终结果客观合理的评价，尤其是要总结不同地点中都表现出优良节水高产特性的品种，重点关注这些品种的种植量，并对其进行深入的筛选提纯，致力于提升繁殖育种速度，创造良好的节水高产育种条件。

3.2 早代稀播种的同时及早测产

在具体的小麦育种流程中，要严格根据大田种植要求合理调整育种密度，尝试以稀播的方式进行小麦种植田间管理，尽可能保证每一株麦株都拥有优良的生长环境，让植株性状得以更好地表现，同时还能在一定程度上还原模拟出大田种植的情景，以便从科学客观的角度去评价多个品种的优劣程度。在选育方式上围绕选穗展开，根据育种方向和目标进行麦穗选择，高度关注麦穗的各种性状，确保其具有双亲性状特点，在评价体系中纳入高产、优质、节水、抗旱。测产工作最好在小麦结穗后尽快完成，全面地从群体中筛选可进入下一步研究环节的基因，选定重点研究麦穗后开展提纯育种相关工作。

3.3 留心观察各世代籽粒性状

籽粒性状的表现能在很大程度上展现小麦育种方面的研究成果，通过观察籽粒形状就能直观地了解到小麦品种的产量与经济价值，所以在日常研究工作中有必要从籽粒质量入手，通过分析粒色、粒质、粒大小以及饱和度等，去整体性的评价和判断育种效果，越重的资历就代表着越强的丰产能力，籽粒饱满度也在一定程度上标志着抗耐性水平，越高的饱满度就代表着越强的稳定性。因此在育种实践环节中，要留心观察各世代籽粒性状，深度分析和判断籽粒多方面性状与均匀性，小麦品种本身籽粒性状的好坏将在很大程度上影响着后期商业经济价值和种植潜力。

3.4 全面分析和评价节水高产效果

不同自然环境条件下的小麦所表现的节水抗旱特征是有一定差异的，尤其是在特殊的自然灾害环境下，差异表现是最为明显的，所以有必要系统性的分析、观察和评价小麦育种后的表现，一方面要关注条件一致情况下，多品种小麦的节水高产性质，另一方面也要关注有年份差异和自然环境差异的小麦品种生长表现，如此便能综合性的分析得出最具可靠性和稳定性的育种品种。节水高产小麦品种的分析不单单是只评价高产与节水这两个指标，还要涉及抗病性、耐寒性、抗倒伏等性状，全面客观的对育种品种进行最终评定，筛选出最为优质的小麦品种，实现经济化推广种植的目标。

4.结语

总而言之，高产育种一直以来就是北方小麦种植的重点研究内容，就当前阶段的育种工作来说，在抗病虫害、耐寒性、耐旱性等方面还并未取得显著的实质性成效，当下的研究重点依然是小麦产量提升的策略。高产育种具体来说就是在当下生产条件下，合理选育出具有高产量潜力的优质品种，选育环节的产量构成目标主要是穗大、穗粒数量多和穗匀，关键选育前提就是对多变的自然环境有着超强的适应性，以及应用大面积栽培条件，同时具有抗病、抗寒、抗旱的能力，选育出灌浆速度快、无早衰、熟期生长正常的优良品种，开始大面积生产推广，实现我国北方高产小麦品种培养目标。