丁曉義，辛慶國，李林志，殷 巖，嚴(yán)美玲，趙 倩，孫曉輝，姜鴻明

（山東省煙臺市農(nóng)業(yè)科學(xué)研究院，山東煙臺265500）

0 引言

中國水資源總量為281 萬億m3，人均占有量不足世界人均的1/4，水資源供需緊張的矛盾已經(jīng)嚴(yán)重制約著中國國民經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展[1-2]。作為用水大戶的農(nóng)業(yè)面臨嚴(yán)重水危機(jī)，且受旱面積呈逐年擴(kuò)大態(tài)勢，因干旱缺水導(dǎo)致糧食減產(chǎn)700億～800億kg以上[3-5]。小麥?zhǔn)侵袊饕Z食作物之一，常年種植面積在2400 萬hm2左右，其中旱地小麥占全國小麥總面積的30%以上[6-11]。山東省旱地小麥面積在86.7 萬hm2左右，約占全省小麥面積的24%。山東省旱地麥田平均單產(chǎn)約5070 kg/hm2左右，水澆麥田約6510 g/hm2左右，旱地小麥單產(chǎn)與水澆地相差約1500 kg/hm2，歸其原因是干旱少雨，而生產(chǎn)上又缺乏干旱年份能穩(wěn)產(chǎn)，豐水年份又高產(chǎn)的雨養(yǎng)小麥新品種。長期以來，干旱缺水造成單產(chǎn)低而不穩(wěn)，嚴(yán)重限制了小麥總產(chǎn)的提高，已成為影響山東省小麥高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)和可持續(xù)發(fā)展的主要制約因素。目前山東省旱地栽培的品種大多為高稈耐旱品種，這些品種抗旱性好，但豐產(chǎn)性差，不抗倒伏。將抗旱性與高產(chǎn)性結(jié)合、節(jié)水性與豐產(chǎn)性結(jié)合，培育水旱兼用雨養(yǎng)小麥新品種，提高小麥自身的水分利用效率和耐旱性，進(jìn)而達(dá)到節(jié)水、豐產(chǎn)、增效的目的，是緩解乃至解決干旱缺水的主要途徑。推廣水旱兼用雨養(yǎng)小麥新品種，進(jìn)一步提高小麥增產(chǎn)潛力對全省乃至全國糧食生產(chǎn)都有重要意義[12-15]。

針對山東省旱地麥區(qū)的生態(tài)特點，以解決高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、抗逆、節(jié)水、高效的問題為目標(biāo)，通過水旱一體種植、平行優(yōu)勢選擇、抗逆生態(tài)選擇、水旱聯(lián)合鑒定的系統(tǒng)方法[16-22]，成功選育出了既在水地表現(xiàn)豐產(chǎn)，又在旱地表現(xiàn)抗旱的水旱兼用多抗高產(chǎn)小麥新品種‘煙農(nóng)173’。

1 材料與方法

1.1 材料

‘煙農(nóng)173’的母本是‘濟(jì)麥22’?！疂?jì)麥22’是山東省農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物研究所育成的超高產(chǎn)、多抗、優(yōu)質(zhì)中筋小麥新品種，是黃淮北片冬麥區(qū)主推品種，累計推廣面積666.67 萬hm2以上，是中國第一大小麥品種。該品種具有三大突出特點：一是產(chǎn)量高；二是抗性強(qiáng)，抗白粉病、條銹病，抗倒伏，抗寒，節(jié)水，耐熱；三是適應(yīng)性廣黃淮和北方冬麥區(qū)大面積推廣種植。

‘煙農(nóng)173’的父本是‘煙2415’?！疅?415’是煙臺市農(nóng)業(yè)科學(xué)研究院于1996年以自創(chuàng)親本‘煙849’為母本，本單位選育的‘魯麥21號’為父本雜交選育而成的高產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)、廣適性小麥新品種。其中‘魯麥21 號’小麥品種具有極強(qiáng)的抗旱能力，經(jīng)國家半干旱農(nóng)業(yè)工程技術(shù)研究中心鑒定：抗旱系數(shù)為1.07，并稱該品種是高產(chǎn)、抗旱品種類型?！旣?1 號’至今作為山東省旱地試驗的對照品種已20余年，并在1997年、2008年非灌溉條件下分別創(chuàng)造了10404.6 kg/hm2、10555.05 kg/hm2的高產(chǎn)紀(jì)錄，是中國抗旱高產(chǎn)品種選育的重大突破。

1.2 方法

該品種采用水旱一體種植、平行優(yōu)勢選擇、抗逆生態(tài)選擇、水旱聯(lián)合鑒定的方法系統(tǒng)選育而成的。水旱一體種植，是指從雜交種開始將每一個世代種子一分為二種植在水、旱兩圃，根據(jù)兩圃綜合表現(xiàn)，選擇既在水地表現(xiàn)豐產(chǎn)，又在旱地表現(xiàn)抗旱、抗逆、產(chǎn)量較高、穗層整齊、穗大粒多、抗病性好的材料。具體到雜交材料后代的選擇上采用平行優(yōu)勢選擇與抗逆生態(tài)選擇，即在當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)條件下，水旱兩圃內(nèi)分別以當(dāng)?shù)厮睾秃档赝茝V品種為對照，在水地選擇抗寒性、抗病性、豐產(chǎn)性最佳的材料；在旱地選擇抗寒性、抗旱性、抗干熱風(fēng)性、后期葉片功能期長、熟相、子粒飽滿度好的材料。將高代中選的株系在水、旱兩個生態(tài)條件進(jìn)行多環(huán)境多點聯(lián)合鑒定試驗，對其產(chǎn)量性狀進(jìn)行全面正確評價，評選出抗旱性與豐產(chǎn)性結(jié)合好的品系。其選育過程及多環(huán)境多點鑒定試驗見表1。

2 結(jié)果與分析

2.1 生物學(xué)特性

半冬性，幼苗半直立。株型半緊湊，葉色淺綠，葉片上沖，抗寒、抗旱，熟相好。長芒、白殼、白粒，籽粒飽滿度中等、硬質(zhì)。兩年區(qū)域試驗結(jié)果平均：生育期246天，與對照‘濟(jì)麥22’相當(dāng)；株高82.7 cm，最大分蘗1545.0 萬/hm2，有 效 穗 658.5 萬/hm2，分 蘗 成 穗 率42.6%；穗型紡錘，穗粒數(shù)37.5 粒，千粒重40.6 g，容重815.3 g/L?！疅熮r(nóng)173’顯著特點是抽穗期較對照‘濟(jì)麥22’提前4～6 天，熟相好、熟期正常偏早，葉功能期長，灌漿期長，具有抗旱、抗倒春寒、抗干熱風(fēng)的生物學(xué)特性[23-26]。

2.2 產(chǎn)量表現(xiàn)

2.2.1 山東省高肥組試驗 表2 為‘煙農(nóng)173’在山東省高肥組區(qū)域試驗中的產(chǎn)量表現(xiàn)。2012—2013 年度12點匯總，11 點增產(chǎn)，增產(chǎn)點率91.67%，產(chǎn)量幅度為7855.1～9610.1 kg/hm2，平均產(chǎn)量 8733.3 kg/hm2，比對照‘濟(jì)麥22’增產(chǎn)5.98%，增產(chǎn)差異極顯著，居13 個參試品種的首位。2013—2014年度14點匯總，13點增產(chǎn)，增產(chǎn)點率92.86%，產(chǎn)量幅度為8100.0～10637.6 kg/hm2，平均產(chǎn)量9231.0 kg/hm2，比對照‘濟(jì)麥22’增產(chǎn)6.35%，增產(chǎn)差異極顯著，居12個參試品種的第2位。兩年區(qū)試平均產(chǎn)量8982.2 kg/hm2，比對照‘濟(jì)麥22’增產(chǎn)6.17%，達(dá)極顯著水平。

2014—2015 年度山東省高肥組生產(chǎn)試驗（表3），13 點匯總，12 點增產(chǎn)，增產(chǎn)點次率92.31%，平均產(chǎn)量8719.6 kg/hm2，比對照‘濟(jì)麥22’增產(chǎn)4.70%。

2.2.2 黃淮北片新品種示范試驗 2015—2016 年度國家小麥產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系黃淮北片小麥新品種示范試驗，共15個示范點，展示18個品種，每個品種0.03～0.04 hm2，產(chǎn)量結(jié)果見表4。

通過15 個地點、18 個品種的產(chǎn)量結(jié)果統(tǒng)計，總平均產(chǎn)量為 8196.0 kg/hm2，其中‘邯 11-5276’、‘石 10-4393’、‘煙農(nóng)173’、‘中麥4072’、‘濟(jì)麥23’、‘臨091’、‘堯麥16’、‘衡S29’等8 個品種的平均產(chǎn)量超總平均產(chǎn)量，增產(chǎn)幅度1.8%～5.0%。產(chǎn)量超總平均產(chǎn)量3.0%以上的品種分別是‘邯11-5276’、‘石10-4393’、‘煙農(nóng)173’、‘中麥4072’、‘濟(jì)麥23’。

2.2.3 旱地鑒定試驗 2014—2015 年山東省小麥產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系旱地小麥新品系多點鑒定試驗。參試品系20 份，對照‘魯麥21’。分別在臨沂、聊城、青島、淄博等4個試點進(jìn)行旱地多點鑒定，產(chǎn)量結(jié)果見表5。綜合平均后，‘煙農(nóng)173’、‘125592’較對照‘魯麥21’分別增產(chǎn)2.51%、0.81%，2 個品系具有較好的耐旱性、適應(yīng)性和穩(wěn)定性。

2.3 抗性表現(xiàn)

2.3.1 抗逆性‘煙農(nóng)173’于2011—2016年度先后參加了山東省高肥組試驗、山東省小麥技術(shù)體系旱地鑒定試驗、國家小麥產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系黃淮北片新品種示范試驗，歷時5年經(jīng)歷了寒害、干旱、倒春寒、干熱風(fēng)等單因素或多因素疊加的自然災(zāi)害的影響，均表現(xiàn)出了抗好的抗逆性。抗寒性，各年份試驗記載莖穗均100%越冬，葉片凍害程度均為2 或2+，特別是2014 年冬季山東省極低溫度達(dá)到零下14℃，導(dǎo)致了部分小麥品種發(fā)生凍害而大面積減產(chǎn)，‘煙農(nóng)173’無影響，說明抗寒性強(qiáng)。倒春寒，試驗先后經(jīng)歷2013 年、2015 年兩次較嚴(yán)重的倒春寒危害，‘煙農(nóng)173’均表現(xiàn)穗部完整，結(jié)實性好，說明‘煙農(nóng)173’具有較強(qiáng)的抗性。如2013 年3 月中旬氣溫連續(xù)多日在20℃以上，4 月份上旬受冷空氣影響，出現(xiàn)大范圍降溫，8 日最低氣溫低于0℃，有霜凍，導(dǎo)致多數(shù)小麥品種小穗受凍，結(jié)實性差而不育，‘煙農(nóng)173’穗部性狀完整，沒有出現(xiàn)頂部及低部小穗不育，表明抗倒春寒能力強(qiáng)。旱災(zāi)，試驗期間共經(jīng)歷了2012 年、2014 年、2015 年、2016 年的春季干旱，‘煙農(nóng)173’均表現(xiàn)出了較強(qiáng)的抗旱能力。干熱風(fēng)危害，2014年冬季低溫冰害、春季干旱后，2014年5月下旬山東省又發(fā)生了嚴(yán)重干熱風(fēng)危害，‘煙農(nóng)173’生育后期活株帶綠成熟，表現(xiàn)出較強(qiáng)的抗干熱風(fēng)能力。

表2 ‘煙農(nóng)173’在山東省區(qū)試中的產(chǎn)量表現(xiàn) kg/hm2

表3 ‘煙農(nóng)173’在山東省生產(chǎn)試驗中的產(chǎn)量表現(xiàn) kg/hm2

2.3.2 抗病性 2015 年經(jīng)中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院植物保護(hù)研究所接種抗病鑒定：‘煙農(nóng)173’高抗葉銹病，中抗紋枯病，中感條銹病和白粉病，高感赤霉病。

2.3.3 抗旱性 2017—2018年度，小麥產(chǎn)業(yè)體系專家青島農(nóng)業(yè)大學(xué)穆平教授對包括‘煙農(nóng)173’在內(nèi)的26 份材料進(jìn)行了抗旱性鑒定。鑒定采用隸屬函數(shù)法，即以脅迫處理后的株高、根長、鮮重、干重、SOD 活性和MDA 含量為依據(jù)，用求隸屬函數(shù)值法獲得各項指標(biāo)平均值并排序，平均值越大說明抗旱能力越強(qiáng)。根據(jù)隸屬函數(shù)平均值的大小分為四級：Ⅰ級，X≥0.7，高度抗旱；Ⅱ級，0.5≤X＜0.7，中度抗旱；Ⅲ級，0.4≤X＜0.5，抗旱；Ⅳ級，0＜X＜0.4，輕微抗旱。結(jié)果表明：對照‘魯麥21’的函數(shù)平均值為0.60，抗旱能力為Ⅱ級；‘煙農(nóng)173’的函數(shù)平均值為0.73，抗旱能力為Ⅰ級，抗旱能力強(qiáng)。

3 討論與結(jié)論

3.1 選育目標(biāo)要明確

在中國新農(nóng)業(yè)科技革命發(fā)展任務(wù)不斷改變的情況

下，作物育種目標(biāo)必須展現(xiàn)出一定的靈活性與先進(jìn)性[27]。育種家必須根據(jù)當(dāng)?shù)厣a(chǎn)實際需求、種植制度等因素制定育種目標(biāo)，使育成品種易被市場接受，便于轉(zhuǎn)化應(yīng)用，形成現(xiàn)實生產(chǎn)力。在當(dāng)前的小麥生產(chǎn)條件下，水資源不足不可避免，農(nóng)民投入空間有限，大肥大水品種已不對路，沒有市場。所以選育品種要改變增產(chǎn)方式，走資源節(jié)約，環(huán)境友好與可持續(xù)發(fā)展的路子，選育既高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)又抗旱節(jié)水的高效廣適性品種。這與國家確立農(nóng)作物育種“高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、高效、生態(tài)、安全”的總方針相一致。通過培育高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)、多抗廣適性小麥新品種，大幅度提高小麥單產(chǎn)，增強(qiáng)抵抗自然災(zāi)害的風(fēng)險，已成為解決小麥安全問題的最根本有效途徑，也是當(dāng)前和今后一段時間小麥育種工作的核心任務(wù)。

表4 黃淮北片18個示范品種最高、最低產(chǎn)量及出現(xiàn)試點與平均產(chǎn)量 kg/hm2

表5 旱地參試品系不同試點產(chǎn)量匯總表 kg/hm2

3.2 親本選配是關(guān)鍵

根據(jù)育種目標(biāo)，進(jìn)行親本選配，其關(guān)鍵是要組配出符合育種目標(biāo)需求的基因新組合，盡量減少不良的非目標(biāo)性狀導(dǎo)入?！疅熮r(nóng)173’在親本選配中遵循了3個原則：（1）親本中要有一個本地區(qū)大面積推廣的品種。從理論上講，科技的進(jìn)步總是在繼承中創(chuàng)新發(fā)展的，沒有繼承就沒有發(fā)展，小麥育種也不例外。從實踐上講，能夠成為大面積推廣的主栽品種，一般是綜合性狀好，適應(yīng)性廣，效益好，得到農(nóng)民認(rèn)可的，這是新育成品種高產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)、適應(yīng)性廣的基礎(chǔ)。‘煙農(nóng)173’的母本為‘濟(jì)麥22’，是目前大面積推廣的主導(dǎo)品種，連續(xù)6 年為黃淮北片第一大品種。（2）雙親本盡量選用產(chǎn)量高，優(yōu)點多，缺點少，且優(yōu)缺點能互補(bǔ)的品種作親本，既“強(qiáng)強(qiáng)”聯(lián)合（著名小麥育種家莊巧生院士）?！疅熮r(nóng)173’雙親都具有高產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)的特點，在抗倒性和肥水利用效率方面又具有很好的互補(bǔ)性?！疂?jì)麥22’具有高產(chǎn)，穩(wěn)產(chǎn)，抗倒等多個優(yōu)良性狀，其缺點是肥水敏感度高，在高肥水地塊產(chǎn)量高且穩(wěn)產(chǎn)，在中低肥水產(chǎn)量低且不穩(wěn)定；‘煙2415’同樣具有高產(chǎn)，穩(wěn)產(chǎn)，抗病等多個優(yōu)良性狀，因其含有‘魯麥21 號’的血緣故具有較好的抗旱能力和較高的肥水利用效率，其缺點是株高偏高，熟期較晚。（3）品種與品種單交選育。這與林作揖等關(guān)于“選育品種主要用單交方式”的結(jié)論相一致。通過審定或在生產(chǎn)上應(yīng)用的品種往往具有高產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)、適應(yīng)性廣等特性，遺傳基因優(yōu)良穩(wěn)定。單交選育過程中目標(biāo)性狀不易丟失，可避免三交或多復(fù)交過程中因遺傳基礎(chǔ)過于豐富，而造成目標(biāo)性狀的遺失或因某一不良性狀的導(dǎo)入使品種存在致命缺陷。

‘煙農(nóng)173’雙親的組配，賦予了該組合具有超強(qiáng)優(yōu)勢的理論基礎(chǔ)，通過雜交聚合了雙親的優(yōu)良基因，遺傳基礎(chǔ)豐富，使高產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)、抗病、抗旱、抗寒、抗干熱風(fēng)等優(yōu)良基因在較高層次上得到重組，使‘煙農(nóng)173’具有了更多的優(yōu)良性狀，從而提高了新品種的豐產(chǎn)性和多抗性。

3.3 選育方法是保證

選好親本組合，為品種的育成提供了最大的遺傳可能性的前提下，在后代的培育中將目標(biāo)性狀從大量的后代群體中選擇出來，是育種成功的保證。在小麥新品種選育的過程中，基因型與環(huán)境互作的結(jié)果使性狀指標(biāo)表現(xiàn)各異，創(chuàng)造有利的生態(tài)環(huán)境和栽培條件使目標(biāo)性狀在一定的環(huán)境壓力下得到充分發(fā)揮，選擇就顯得較為容易了。小麥抗旱性和豐產(chǎn)性受多基因控制，二者往往不能同時表達(dá)，筆者在培育新品種時使用了水旱一體種植、平行交替選拔、水旱平行鑒定的方法為抗旱豐產(chǎn)型基因創(chuàng)造了充分表達(dá)的有利環(huán)境和條件，使其抗旱節(jié)水、豐產(chǎn)性能夠充分表現(xiàn)。實現(xiàn)了抗旱、節(jié)水、豐產(chǎn)目標(biāo)的定向培育，提高了育種選擇效率。