一種快速高效低成本的小麥育種方法與流程

2023-04-29 19:34:36

本發明涉及一種小麥育種方法，特別涉及一種快速高效低成本的小麥育種方法，屬於農業領域。

背景技術：

小麥是三大穀物之一，是世界上總產量位居第二糧食作物。小麥是中國最重要的口糧之一，小麥生產對我國糧食安全十分重要，產業發展直接關係到國家糧食安全和社會穩定。小麥的單產量和總產量不斷增加，品種改良是最主要的科技因素。通過小麥育種創新，培育和生產更多高產、穩產、優質的小麥品種對國家糧食安全和改善民生具有重要意義。然而在20世紀的前20年,轉基因技術在小麥品種的選育和商業化利用上還僅僅處於起步階段。即使是轉基因作物中起步早、成效最大的玉米、大豆等糧食作物,主要輸入特性也僅限於農藥效率改進型的(包括除草劑耐性的ht和抗蟲性的bt基因)技術進步,對作物產量的影響主要體現在減少蟲害和雜草影響損失,對提高產量的作用有限。如美國農業部資料,美國全國的玉米平均單產2004—2008年比1991—1995年提高了28%,只有3%～4%歸功於轉基因bt特性,而24%～25%仍歸功於傳統育種。

小麥育種目前仍以傳統育種為主，傳統育種存在以下缺點：1、育種周期長。一個品種的育成到推廣，從組配雜交，到以後每年種植後代進行選擇，少則七八年，多則十幾年。2、工作量大。傳統育種，需要配製大量組合進行雜交，進行大群體的雜交，雜交後代需要種植足夠數量的株行或株系，進行比較篩選。而且育種的周期長，每個階段的工作量都比較大。3、投入巨大。雜交授粉目前以人工為主，費時費力，雜交後代需要田間或溫室種植，需要大量的土地、農業設施。4、育種成功率低。育成一個品種往往需要配置大量的組合，年復一年的進行選擇，大群體大面積種植雜交後代，但成功選育到可以推廣應用的品種極少。

技術實現要素：

傳統育種是目前小麥育種中最有成效的育種方法，但是存在著周期長、工作量大、投入大、成功率低等缺點，為了克服現有傳統育種技術的缺點，提高育種效率，降低投入成本，本發明提供了一種快速高效低成本的小麥育種方法。

本發明的目的是縮短育種周期，減少育種投入的人力、物力、財力，提高育種效率。

本發明的技術方案如下：

本發明提供一種快速高效低成本的小麥育種方法，包括以下步驟：

（1）優選親本，選擇性狀優良的中心親本3~5個，其它親本8~12個；所述中心親本選自(a)區試中表現突出的新品系，或（b）自己育成的具有優異性狀的中間材料，（c）剛審定的優良新品種；

（2）精配組合，組配雜交組合30~60個；

（3）f1代根據田間性狀或室內考種結果選擇優良組合；

（4）f2代每個組合種植群體200~600株；精細整地、播種、田間管理、田間觀察、室內考種；播種方式分為點播和條播兩種播種方式，條播測產，篩選重點組合，點播田間選擇優良單株或單穗；優良組合的f2代保留多種不同類型的單株；

（5）f3代種植，測產，選擇單穗；

（6）f4代種植，進行初級品比試驗篩選優良品系，選擇單穗；

（7）優良品系f5代參加省級和/或全國區域試驗。

優選的，步驟（1）中所述(a)區試中表現突出的新品系包括：984121、954（5）-4、sn5843、山農2149或良星619；

步驟（1）中所述（b）自己育成的具有優異性狀的中間材料包括自育的中間材料6125；

步驟（1）中所述（c）剛審定的優良新品種包括國審品種矮抗58。

步驟（1）中所述性狀優良的中心親本來自各類區試中表現突出的參試品系、品種或育種圃中的中高代材料，早選新的優良親本，早組配組合。

優選的，步驟（2）中所述組配雜交組合採用單交或三交的雜交方式。

優選的，步驟（2）中所述組配雜交組合採用正反交進行雜交。

優選的，步驟（3）中f1測產，評選組合。

優選的，步驟（4）中f2代精細田間觀察包括（a）觀察和標記抗凍性好的單株，和/或（b）觀察和標記抗病性好的單株，（c）觀察和標記早熟的單株，（d）改進米尺測量單株，改進的米尺比正常米尺縮短10釐米。

優選的，步驟（4）中選擇不同類型的5~20個單株。

優選的，所述f2~f5在水旱兩地同時和/或交替培育選擇、鑑定。

優選的，所述f2~f5在兩個以上地區進行培育選擇、鑑定。

本發明的有益效果是：1、縮短了育種周期。按照本發明提供的方法，邊測產邊選穗穩定性狀，在f5代就可以參加省級區域試驗，比常規方法早3-4年。2、低投入，低成本。常規方法目前動輒採用數百個親本，配置數百個甚至上千個雜交組合，本方法每年使用中心親本3~5個，其它親本10個左右，組配雜交組合30~60個，大大降低了育種投入。採用傳統的系譜法育種，其f2代每個組合的種植群體2000~6000株。本方法f2代每個組合種植群體200~600株，相差10倍左右。後代群體種植小，也節省了育種成本。3、效率高，育成品種的成功率大大提高，自2005年開始作雜交，採用此法進行小麥育種，現已育成了7個小麥新品種和10多個正在參試的小麥新品系。

本發明提供的小麥育種方法的技術要點可概括為四個字：即「精（優）、小、多、早」，或稱四字育種法。

一是精（優）：是指優選親本、精配組合。

優選親本：是指所選親本少而精、優中選優，性狀過得硬且配合力好。

該方法每年選作中心親本的數量為3~5個，非中心親本可稍多，一般10個左右。選作中心親本的材料通常有三類：一是區試中表現突出的新品系；二是自己育成的具有某些優異性狀的中間材料；三是剛審定的某些優良新品種。例如山農28號品種的母本為984121（濟麥22的原編號），該品種用作親本時為山東省小麥高肥區試參試品系，其豐產性和抗病性等都表現非常突出。父本6125為自育的優異中間材料，其早熟性、落黃性等均表現非常好。通過對上述父母本的仔細觀察、深入研究後才挑選出來作為親本的。山農32號等品種的親本選配也是如此。

現以2005年開始雜交組配組合算起，12年來育成的7個小麥新品種（山農27號、28號、31號、32號和齊民6號、7號、8號）所用的親本(不分父母本)為例簡析如下：

（1）7個品種的親本之一，均為區試中表現突出的5個新品系。

5個新品系分別是：984121（濟麥22原代號）、954（5）-4（青麥1號原代號）、sn5843（山農22原代號）、山農2149（山農17原代號）、良星619（良星77原代號）。上述5個親本後來均通過省審或國審。

（2）4個品種的親本之一，均來自1個自育的中間材料。

山農27號、28號、31號和32號的親本之一，均為自育的中間材料6125。

（3）1個品種的親本之一為國審品種。

齊民7號的親本之一為國審品種矮抗58。

通過以上的實例說明，一要儘早發現並啟用優異的新品系作親本；二要自創優異的種質資源材料，也就是說要利用自己創製的優異的種質材料做親本；三是省審、國審小麥新品種等材料也是一種重要的親本資源。

精配組合：精配組合是指在優選親本的基礎上，針對中心親本的性狀特點及需要改造的性狀，篩選出另一合適的親本，並依照雜交組配的基本原則，特別是性狀互補的原則進行雜交組配組合。所謂精配的含義是說組配的組合不宜多，關鍵是親本選配是否恰當，如果親本選得好、組合組配恰當就有可能育成品種，如果親本選擇和組合配置不合理、不恰當，即使在雜種後代中精心選擇多年也不可能育成品種，所以親本選配是能否育成品種的非常關鍵的環節。這種精心設計、精準組配的方法，與國內外目前採用的人海戰術法，即動用數百個親本，配置數百個甚至上千個雜交組合的做法有很大的不同。本方法每年使用中心親本3~5個，其它親本10個左右，組配雜交組合30~60個。

關於雜交方式，如果雙親的優缺點互補、且滿足總體育種目標的要求，一般多採用單交方式。本人主持育成的10多個小麥新品種和正在參試的新品系幾乎都是採用此種雜交方式。當然，如果雙親的優缺點互補性未能滿足總體育種目標的要求，也可以用三交等方式。

對於某些特別優異的親本，正反交組合都做有時會有不同的收穫。例如山農28號是濟麥22/6125，為正交組合，而山農27號則是6125/濟麥22，為反交組合，前者是高肥水品種，後者是旱地品種。

精配組合是建立在對親本精心觀察、深入研究後採用的方法，如果對親本的了解不深、熟悉程度不夠，這樣組配的組合有可能存在某些缺陷，因此還要對雜種f1代進行仔細觀察、鑑定，以便將少數不符合育種目標要求的組合淘汰掉，精選出優良組合。或者對該類組合加以改造。

精配組合的數量雖少，但重點更加突出，有利於研究人員集中精力在少數組合上進行深入觀察研究，才可能做到「精雕細琢」，更容易出成果。

本要點的核心，一是優選出好的親本加以利用。二是配置恰當的組合，也就是說配置容易出材料、出品種的組合。三是組配的組合數量要少而精，而不是多而雜。此法有別於傳統的多選親本、多做組合廣種薄收的做法。相比之下，此法屬於精耕細作、精準育種的方法。

二是小:是指f2代的種植群體小，育種工作量小。

據蔡旭主編的《植物遺傳育種學》介紹，小粒禾穀類作物（小麥、水稻）採用傳統的系譜法育種，其f2代每個組合的種植群體2000~6000株。本方法f2代每個組合種植群體200~600株，相差10倍左右，為小群體育種法。該方法f2代的群體雖小，但整地、施肥、播種及管理等要求更嚴、更規範，對田間單株的觀察、記載和室內考種更細緻。譬如從f2代選抗凍性好的單株，除了通常要記載某一個組合的抗凍性外，此法還要對抗凍性好的單株（葉片未受凍害或極輕）單獨標記，如在抗凍性好的單株葉片上塗紅油漆或旁邊插木棍標記（在抗凍性表現最明顯的越冬至返青期前），收穫單株時旁邊有無木棍是一個非常重要的選擇標準，有木棍的表示抗凍性好；若選抗病好的單株，除了一般的抗病性記載外，對抗病性好的單株則要掛牌標記。同樣選早熟的單株也是掛牌標記的。又如矮杆單株的選擇，一般育種圃單株的株高要比大田種植的品種矮10釐米以上。譬如育成品種的株高為75釐米，則在f2代選種圃中選擇65釐米或以下的單株，因為在選種圃稀薄條件下植株會變得更矮，一旦進入大田種植後，株高會增加10釐米以上。為此我們用於測量株高的米尺也進行了改進，比正常米尺縮短10釐米，即10釐米處為0釐米，株高70釐米實際為60釐米。

由於f2代的種植群體小，所以全部育種工作量也變小了。

本要點是：與大群體育種法不同，此法屬小群體育種法，f2代種植群體小，但種植更規範、觀察記載更仔細，且工作量小。

三是多:是指f2代選留單株類型多，育成品種的類型豐富。

f2代是雜種分離最大、分離類型最多的世代，也是選擇優良單株最關鍵的世代。所以在f2代要多選類型，將不同類型的優異單株分門別類的保留下來，這樣就可能在同一個組合裡選出不同類型的優良品系，從而育成類型各異的新品種，以避免其他類型的優系淘汰掉。

譬如從6125/濟麥22的組合我們選擇長芒、多穗型、中高杆類型的單株，育成了旱肥地小麥品種山農27號。同時選擇頂芒、中大穗、中矮杆類型的單株，則育成了高肥水小麥品種山農31號。該組合f2代選留單株的類型較多，共計18個單株，育成了2個品種。對分離相對較小、類型較少的濟麥22/6125組合，f2代僅選留了6個單株，育成了山農28號一個品種。

本要點是：對分離大、類型多的組合，應多選不同類型的單株，不拘一格留優材。一般分離較大的f2代組合，每個組合選留15-20個單株，分離相對較小的組合選留10個單株左右。此法與典型的系譜法雜種二代每個組合選留數十個甚至幾百個單株相比，選株的數量並不多，但選留的類型多，育成不同類型品種的機率要大。

四是早:可歸納為四早。即早選配、早測產、早升級、早參試。

早選配即早選親本、早配組合，譬如在各類區試中發現表現突出的參試品系、品種或育種圃中的中高代材料，均可選作為親本，並儘早組配組合。如山農27號、28號、31號、32號、齊民6號、7號、8號及山農8355、14號、15號等10個品種，其父母本之一均是在省級區試中表現突出的新品系，或優良的品種等材料作親本的。

早測產即f2、f3代就開始測產。一般是將f2代重點組合的種子一分為二，一部分條播種植主要用於測產，一部分點播種植則用於選株。根據測產的結果對f2代組合進行綜合評價，評選出重點組合，然後就重點對待。對f3代株系的測產是決定該株系去留的重要依據，f3代株系產量與對照相比差異不顯著，通常就淘汰，繼續選擇的效果也不明顯，早淘汰可以減輕後期的工作量。有時對f1代的部分組合也進行測產，主要是評選組合。對f1、f2和f3代的組合或株系早測產，也是本方法的獨特之處。

早升級對表現特別優異的品系可越級提升，如f3代的株系可越級升入初級品比試驗圃；如山農28號品種，f3代收穫的種子就進入下年的品比試驗圃進行產量測評，雖然f3代的性狀還不穩定、不整齊，但是不同株系間的產量已能分出高低。在測產的同時，必須對當選株系進行選穗留種，繼續分離純化、繁殖種子。經過二年的品比試驗，在f5代就能比出產量高低，優系可升級到省級區域試驗。

早參試對表現特別優異的品系由於在f3、f4代就進行了品比試驗、產量測評，所以在f5就可申請參加省級試驗，即早參試。例如山農28號、齊民7號、8號等品種在f5就已申請參加省區域試驗。如果按照常規的做法至少要晚3~4年，而相同組合選育的品系在3~4年後才參加試驗，其競爭會更加激烈，甚至在參試中途就被淘汰。

此要點是：早選親本、早配組合、早測產、早升級、早參試，不僅能縮短育種進程，早出品種、快出品種，而且早測產就能早淘汰表現差的組合、株系和品系，早甩包袱減輕工作量，節省人力物力和科研資金的投入，一舉多得。

附：其他改進方法

1.改——改f2代不宜在異季（溫室）條件下加代的傳統做法；

2.改——改f2代單粒點播法為點播和條播同時種植的方法;

3.改——改選株為選穗，即從f3開始選穗直至育成新品系；

4.改——改在水地或旱地培育的選種方法為在水旱兩地同時或交替培育選擇、鑑定的方法；

5.改——改在一地培育鑑定為多地培育鑑定的方法。

採用此法進行小麥育種，自2005年開始做親本選擇和雜交，現已育成了7個小麥新品種和10多個正在參試的小麥新品系。

附圖說明

圖1是快速高效低成本小麥育種方法的流程圖。

具體實施方式

下面結合實施例對本發明做進一步詳細的描述：

實例1.山農28號小麥新品種的選育過程及方法

山農28號系2005年5月以984121(濟麥22原代號)為母本，自育的中間材料6125為父本進行有性雜交組配組合,並採用本發明方法對雜種後代連續多年培育選擇、測產鑑定,於2010年育成的，2015年通過山東省審定。具體選育過程如下所述。

（1）2005年5月，課題組以984121為母本，自育的中間材料6125為父本雜交組配組合,獲雜交種子。該組合屬於優選親本、精配組合、優良品系早選配組合。

984121選作親本時已經作為省區試參試新品系，表現突出，自育的6125表現突出，配合力好。當年選為中心親本的種質資源共5個，即臨麥2號、984121、9411、自育的6125、泰山008。共組配雜交組合56個。選擇的親本和雜交組合遠遠少於常規的傳統育種。常規的傳統育種組配雜交組合時一般努力多做雜交組合，以量取勝，擴大以後選擇的基礎。

（2）2005-2006年度，同年10月將該組合的雜交種子進行秋播，收穫f1代種子。

f1代根據田間性狀表現優劣，本年度麥收時f1代組合田間淘汰3個，淘汰率較低，大約十五分之一。據資料介紹，國外組配雜交組合數千個，淘汰率佔三分之一左右。精選組合會使淘汰率降低，f1代淘汰，會降低f2的工作量。

（3）2006-2007年度，將該組合收穫的雜種子點播，f2代種植群體565株，經田間選株和室內考種，中選f2代優良單株6株。

f2代的種植方式是：將該組合一部分種子與對照進行條播，一般各種植2行，目的是進行產量測評，選拔優良組合；另一部分種子採用點播的方式，便於選株。該組合f2代單株分離類型不多，故選株較少，共6株。

（4）2007-2008年度，將上年中選的6個優良單株的種子與對照濟麥19相鄰種植,每個單株（含對照）種植2行，進行株系測產鑑定,經室內考種後中選f3代優良株系1個（編號為073295-96），選單穗10個，繼續分離純化。

f2代中選的6個單株中，編號為073295-96的株系（此時單株的後代稱株系）測產結果比對照增產突出，被評為重點株系。收穫時先從該株系中挑選了10個單穗，然後將其餘種子混收留種，供下年越級升入初級品比試驗用種。此外，由於從f3代開始條播，種植密度接近生產不便於選株，故從f3代起就由選株變為選穗。

（5）2008-2009年度，f4代對表現特別優異的073295-96株系越級參加初級品比試驗,進行較大面積的測產鑑定。與此同時對從073295-96株系中挑選的10個單穗進行穗系鑑定和分離純化，並從中篩選出超高產優系084300。

傳統的系譜法，一般在f5或f6代性狀較為穩定和整齊時，才選優系進行品系鑑定和品比試驗。本發明對典型的系譜法進行了改良，此法特別注重早期測產，因為產量性狀在早期世代與高代的相關性非常密切，f3代高產的株繫到f5或f6代一般高產，在早期邊測產邊分離純化，可以縮短育種年限，提早育成品種在生產上推廣應用。

（6）2009-2010年度，用084300品系的種子升級參加品比試驗，並將剩餘的種子稀薄繁殖種子，以備參加省區試用種。試驗結果表明，084300品系不僅產量高，比對照濟麥19增產顯著，而且綜合性狀好，抗病、抗倒，中早熟，落黃性好，故提早申請參加省區試預備試驗。

山農28號屬於早選親本、早配組合、早測產、早升級、早參試的一個育種實例。該品種從f3代開始進行株系測產、f4代升入初級品比試驗、f5代升入品比試驗，f5代就完成了三年的產量測評，f6代提早參加省級區試預備試驗。而傳統的系譜法此時剛開始進行產量測評，此法縮短育種進程2~3年。

（7）2010-2011年度，將084300編號為sh4300，申報參加山東省小麥高肥組預備試驗。試驗結果sh4300名列山東省小麥高肥b組預備試驗第1位。

（8）2011-2012年度，該品系升入山東省小麥高肥組區試，區試結果折畝產580.71kg,比對照濟麥22增產5.30%，居第1位。

（9）2012-2013年度，第二年區試結果，折畝產574.72kg,比對照濟麥22增產6.99%，居第1位。

（10）2013-2014年度，sh4300升入山東省小麥高肥組生產試驗,畝產618.45kg,比對照濟麥22增產6.45%，居第1位。通過山東省審定。

（11）2014-2016年，被推薦參加黃淮北片國家區試，現已通過國家審定。