小麦育种与栽培若干问题的思考

1小麦育种与栽培若干问题的思考程顺和江苏里下河地区农科所国家小麦改良中心扬州分中心农业部长江中下游麦类生物学与遗传育种重点实验室2012-11-82提要一、育种目标二、超高产育种三、创造变异四、选择变异3

育种与栽培是采用不同途径去实现共同目标的两个学科。什么是育种？是用遗传改良方法，使食品、用品、能源等生物制品的生产更高产、高效、优质的科学技术（这与栽培科学的目标相同，途径不同）；是按人类需要不断创造变异、选择变异的过程。4

1，育种目标的依据：是经济社会发展的需要。经济安全决定于粮食、能源和金融安全。“农业是人类社会赖以生存发展的基础产业，粮食安全与能源安全、金融安全并称为当今世界三大经济安全。”

——国家副主席习近平在中美农业高层研讨会上的致辞

“谁控制了粮食，谁就控制了所有的人民；谁控制了石油，谁就控制了所有的国家；谁控制了货币，谁就控制了整个世界。”

——美国前国务卿基辛格的名言小麦是世界口粮消费量、贸易量、单产增速最大的作物。一、育种目标：来源：韩一军，2012.035

当前要根据经济转型需要提高产品技术含量和附加值，满足粮食、饲料、工业原料需求，达到高产、节本、优质和环保的目标。

根据中国国情，土地和水资源短缺，人口多，经济高速发展，西方发达国家企图制定国际条约利用土地、水、矿产、能源、粮食等国际资源（当前还利用国际矛盾和军事威胁）来遏制中国崛起，所以我们在粮食生产上要持续增加单产，降低生产成本。62，小麦育种目标：高产（穗、粒、重、倒）穗多（分蘖早、多，无效蘖消亡快）和结实性好，灌浆快，粒重高株型紧凑，叶片举（或下挂）、短、窄、厚、深茎秆质量（弹韧性、硬度）好根系强大（初生根深、次生根多、后期不衰，甚至新生根多）高效（低成本）抗赤霉、纹枯、锈、全蚀、孢囊线虫；抗耐旱、涝、冻、热等光、温钝感，生育进程强度大水、肥、光、温高效优质（面条、馒头、饼干、面包、健康功能）73，未来中国和全球粮食总产增加途径只能靠提高单产

根据FAO-OECD预测，由于需求不断增加，粮食仍将处于紧平衡状态。未来全球粮食种植面积将基本稳定，单产提高将成为主要增产手段。预计到2020年世界谷物供需缺口约为300万吨。长期看，由于生物质能源快速发展、金砖五国消费平稳增长以及发展中国家食物结构升级，全球粮食需求将持续增加，世界粮食价格将持续处于高位。（来源：韩一军）由于我国耕地、水、环境等资源的制约，今后粮食总产增加更只能依靠提高单产、降低成本。

8二、超高产育种

1，低产变中产、中产变高产、高产更高产是一个动态过程，下面将讨论“高产更高产”的问题。

建国初期小麦平均亩产仅54公斤，最高产量典型估算值亩产为134.6公斤，低于目前低产水平；2011年平均亩产已达325公斤，最高产量亩产为789.9公斤（2009年山东滕州）。因此必须在更高的水平上实行平衡增产，通过农田水利、土壤改良、科学施肥等措施实现中低产田改造，良种良法等措施提高粮食综合生产能力。92，产量形成的生物学基础（与育种、栽培）光合特性生物量产量经济系数×=净同化率光照时间光合面积基本苗株型温度、CO2、、水、肥生态区内地面辐射冠层内部光强密度光强不早衰××株型生物量决定于育种与栽培的共同作用，育种的重点应该是株型。株型改进能带动产量提升，据报道:株型的改良可以使合理叶面积指数、净同化率、光合势、产量都得到明显提高。平展型紧凑型合理叶面积指数3.0~4.05.5~6.0高产栽培最大叶面积指数3.5~4.05.0~7.0净同化率

g/m2·d5.537.79光合势(m2·d)/hm2250万350万经济系数0.4~0.450.5~0.55人工改变株型对产量的影响紧凑型改为平展型后产量下降平展型型改为紧凑型后产量提高玉米株型改进的效应11例：玉米株株型现在株型以前株型12水稻理想株株型：以前株型现有株型理想株型13黄淮麦区小小麦以前株型现在株型14长江下游小小麦15长江上游小小麦163，超高产育育种的思路路在本生态区区条件下，，用现有品品种创超高高产典型（（例1），研究动动态群体的的产量结构构，拟定较较大面积超超高产群体体模型（穗、粒、重重、叶、茎茎、根）和理想株株型。17说明：淮南南麦区现有有品种650-700公斤产量，，穗数39-41万，穗粒数数42-44粒，粒重40克左右。2011年江苏淮南南麦区部分分高产典型型（江苏大大中农场））品种面积（亩）亩穗数(万)×每穗粒数×千粒重(克)实际亩产（Kg/亩）扬辐麦4号3.3341×42.5×40697扬麦163.1238.98×43.5×40672扬麦133.2739.67×42.1×39.8647.8例118（1）超高产品品种模型分分析：1、亩穗数40-41万以上。提高高分蘖力、、成穗率（（叶挺、株株紧）以提提高净同化化率、叶面面积和穗容容量；2、每穗粒数数42-44粒以上。增加加穗基部和和顶部结实实性、小穗穗数、穗长长；3、千粒重41克以上。熟相相好、灌浆浆快，强度度大、不早早衰(高温逼熟)；4、抗倒：株株高降低些些；茎秆厚厚、韧性强强，提高对对根、茎病病害的抗性性；5、提高对病病、虫、冻冻、渍、热热的抗耐性性。分析现有品品种高产典典型；研究究实现超高高产目标的的动态群体体中的理想想株型、产产量结构，，及其对病病、虫、逆逆的抗耐性性。淮南较大面积常常年获得650-700公斤/亩的超高产产量，可以以设想模型型：产量因因素平衡增增大。19宁0569两年在区试试中产量结结构如下：：说明：宁0569在区试中的的亩穗数(33.1万)，与36万指标相比比需再提高高一些。每每穗粒数(43.2粒)已接近实际际指标—44粒，但千粒粒重相差甚甚远(44g-36.3g=7.7g)。（2）从大面积积或多年多多点试验中中物色接近近超高产基基因型（如如宁0569）作为改良良的基础。。20按超高产模模型改造宁宁0569等品种的依依据：1)、现有品种种在高产栽栽培条件下下高产典型型的产量因因素(穗、粒、重重、叶、茎茎、株型)研究及其升升华，如对对例1三块田的分分析后拟定定的上述模模型。2)、现有种质质材料在穗穗、粒、重重、高、叶叶、茎、根根、熟期、、光温特性性、抗病抗抗逆等方面面已接近理理想指标的的育种成果果，这是育育种的物质质基础，如如：宁0569、济麦22、北欧品种种穗多穗大大秆韧种质质、实秆麦麦等种质。。3)、育种家的的经验和理理论基础，，如：滚动动回交可以以有效将目目的基因导导入丰产背背景，从而而获综合性性状好又各各具育种家家需要性状状的中间材材料和品种种。211)、选用千粒粒重高、综综合性状丰丰产性好的的供体亲本回交，但其其结果可能能穗数、粒粒数会下降降；2)、选用叶举举株紧、穗穗数粒数较较多综合性性状好的供体亲本回交，但其其结果随着着收获指数数的升高，，倒伏风险险增加；3)、选用基茎茎韧壁厚、、矮秆综合合性状好的的供体亲本回交，但可可能产生根根倒的问题题，如宁麦麦9号系统矮秆秆、根倒；；4)、选用根系系强大(同时可能抗抗旱、抗冻冻、丰产)综合性状好好的供体亲本回交，但根根倒原因至至今不明。。上述诸性状状可以分项项同时进行行，并行综综合(即“分项深入、、综合提高高”)，最后可能能育成淮南南麦区的超超高产类型型。（3）设想遗遗传改良步步骤：22三、创造变变异育种就是创创造变异、、选择变异异。变异包括可遗传变异异和不可遗遗传变异。只有遗传传物质改变变造成的变变异才是可可以遗传的的。可遗传的变变异包括基因突变、、基因重组组和染色体体变异。23基因是遗传传物质的最最小功能单单位,是DNA分子链中具具有特定遗遗传功能的的一段核苷苷酸序列。。基因内部部结构发生生改变称为为基因突变变。基因突变是是新基因产产生的途径径，生物变变异的根本本来源，为为生物进化化提供原材材料，是动动植物品种种遗传改良良的基础。。基因突变在在生物界中中是普遍存存在、随机机发生、方方向不定的的。适应环环境的随机机变异被留留下来，就就是生物进进化，即先先有各种变变异后有环环境选择。。但是随着分分子生物学学的发展人人类可以逐逐渐做到使基因内部部结构按人人类需要发发生改变，这是生物物遗传改良良的质变（（下例）。。24钱永健在1995年完成的单单点突变（（Ser替代65The）。这个突突变显著提提高了GFP的光谱性质质，荧光强强度和光稳稳定性也大大大增强。。而Leu替代64Phe点突变则改改善了GFP在37℃的折叠能力力和水溶性性，产生了了增强35倍的GFP，也就是我我们常见的的EGFP。其他的突变变还包括颜颜色突变（（如图），，现在有蓝蓝色荧光蛋蛋白（EBFP,EBFP2,Azurite,mKalama1）、青色荧荧光蛋白（（ECFP,Cerulean,CyPet）和黄色荧荧光蛋白（（YFP,Citrine,Venus,Ypet）。蓝色荧荧光蛋白除除mKalama1外，都包含含Y66H替换。青色色荧光蛋白白则主要包包含Y66W替换。YFP衍生物是由由T203Y突变实现的的。事先怎么知知道该点突突变会改变变光强和光光谱？25产生新染色色体组合的的过程为基因重组。包括染色体内重重组和染色色体间重组组。非同源染染色体间的的自由组合合导致染色色体间重组组，同源染染色体间片片断交换是是染色体内内重组。基因重组是是进行有性性生殖生物物变异的主主要来源，，对生物进进化具有重重要意义。。26基因突变是是染色体的的某一个位位点上基因因的改变这这种改变在在光学显微微镜下是看看不见的。。而染色体变异异是可以用显显微镜直接接观察到的的比较明显显的染色体体变化，如如染色体结结构的改变变、染色体体数目的增增减等。染色体发生生的结构变变异主要有缺失失、重复、、倒位、易易位。染色体数目目的变异有两类：一一类是个别别染色体增增减（单体体，三体）），另一类类是染色体体组的成倍倍增减（单单倍体，多多倍体）。。27选育小麦新新品种的主主要途径：：品种间杂杂交育种属属于基因重重组的利用用，回交和基因因工程属于于定向基因因重组。基因工程又称DNA重组技术，，是以分子子遗传学为为理论基础础，以分子子生物学和和微生物学学的现代方方法为手段段，将不同同来源的基基因按预先先设计的蓝蓝图，在体体外构建杂杂种DNA分子，然后后导入活细细胞，定向改变生生物原有的的遗传特性性、获得新新种质、培培育新产品品。28根据育种需需要，不断断创造综合合性状好又又各具特点点的中间材材料作亲本本，提高育育种材料基基因库总体体水平，是是搞好育种的的重要环节节。方法有二二：1，育种过程程中抓住机机遇定向选选择。2，把目的性性状向综合合性状好的的背景转育育的滚动回回交。如：如扬麦麦系谱图29扬麦系列早早期品种系系谱图30品名组合审定时间用作亲本产量比CK±%株高

(cm)

穗粒数熟期（与扬158比）赤霉病白粉病扬麦10(Pm4a)扬1582×[(Y.C×扬麦5号）×85-854]1998√1.819842相仿中抗高抗扬麦11(Pm4a)扬1583×[(Y.C×扬麦5号）×85-854]2001

√6.899542早2-3天中抗高抗扬麦12(Pm2)扬1583×[(TP114×扬麦5号）×85-854]2001

1.989342相仿中抗抗扬麦18(Pm21)宁94/3/扬麦1586//88-128/南农P0452008

√3.478546相仿中抗高抗扬麦19(Pma)扬麦9号6/4/扬1583/3/（Y.C/扬麦5号）//85-8542009

2.507638早2天中抗高抗扬糯麦1号(Wx)扬麦15号//扬92/Cainuo2010审定

√5.008343相仿中感-中抗中抗扬麦21（06G138）Pm红卷芒红卷芒/宁9号62011审定

√8.578841偏迟中感高抗滚动回交定定向重组育育成品种31四、选择变变异育种家永远远不可能、、也没必要要对自己育育种田的几几百、几千千万个单株株逐株编号号标记选择择，因此用用好自然选选择和人工工选择是基基础，但分分子标记选选择的辅助助作用在解解决一些瓶瓶颈问题上上将越来越越重要。321，自然选择择采用同一地地点创造不不同生态环环境和不同同生态区多多点鉴定相相结合可提提高适应性性育种效率率。（1）分期播种种（品比，，鉴定圃，，株行），，不同肥、、瘠、基本本苗、水、、旱处理，，可以使同同一基因型型在同一地地点、同一一生产季节节受到不同同（光、温温、水、病病、逆）的的环境考验验，提高鉴鉴定筛选效效率。分期播种耐湿筛选33（2）在产比、、分离集团团、株行甚甚至单株阶阶段应用不不同生态区区多点鉴定定的方法是是广适丰产产育种的重重要方法，，可以“空空间争时间间”，减少少对经验的的过多依赖赖。扬麦158是突出的实实例：在长长江中下游游（）个点的多点点试验中，，63%试点产量第第一，25%试点产量第第二，平均均比扬麦5号增产15.8%342，人工选择择（1）表型选择择以表型选择择为主，我我们提出以以后期看熟熟相为主的的“三看””方法——“前期看长相相，后期看看熟相，考考种看籽粒粒”的表型型选择方法法。（2）遗传标记记选择：包包括形态学学标记、细细胞学标记记、生物化化学标记、、免疫学标标记和分子子标记。（3）基因和基因因型选择在回交中进进行前景、、背景选择择。353，综合性状状协调是品品种（系））鉴定抉择择时的基本本观点，是是确定和实实施育种目目标在品种种选育中的的体现对同一育种种群体，观观点不同的的育种家可可以育出不不同的品种种,甚至成败两两种结果36第一：鉴定抉择时时要求产量量、熟期、、抗性、品品质等多数数性状能好好些,对于病、虫虫、逆灾害害，只要大大灾之年不不大减产,生产上就能能接受,某方面具突突出优点更更好,但不允许存存在限制因因子。例:扬麦5号,综合性状优优秀，1982年参加区试试时,评委说“没特点,要否参试？？”1983、1984年两年省区区试,产量第四位位,增产11.87%,1985年没给审定定,1986年才审定。。面上推广广后，农民民认为该品品种易种好好管,产量高,熟相好,种植面积很很快扩大到到两千多万万亩。综合性状协协调观点有有三：37第二:在没限制因因子的前提提下,各性状间可可以以优补补差超高产品种种熟期允许许适当迟些些,优质品种其其增产幅度度可适当放放宽些。例如:现在国审品品种规定增增产3%以上,但若优质或或某些抗病病抗逆表现现突出的品品种（系））,与对照平产产即可。38第三:综合性状协协调是相对对于一定的的时间(时期),空间(生态区)、种植制度度和社会经经济发展状状态的例2:1980年代初,苏南乡镇企企业高速发发展,劳力紧缺,水稻简化栽