利用“蓝矮败”拓建小麦轮选群体与基因库的研究

2017-03-21

轮回选择是破解困扰小麦种质资源瓶颈的有效方法与技术手段，“蓝矮败”是用于轮回选择最便捷高效的工具载体。在国家小麦产业技术体系（滨州综合试验站）及山东省农业良种工程项目的资助下，山东省的滨州市作物研究所、山东滨州黑马种业有限公司、滨州市农业科学院/滨州市小麦种质创新与利用重点实验室研究团队开展了利用“蓝矮败”拓建小麦轮选群体与基因库的研究。自2008年以来展开了包含12个子课题的系统研究，研究取得重大进展，育成包括“蓝败”在内的多种类型种质，引起广泛关注。

一、研究背景

种质资源狭窄严重制约小麦育种，运用轮回选择技术，将若干品种组成轮回选择群体（或大的基因库），即可保存众多优良性状基因不至于丢失，丰富遗传基础，同时通过逐轮次选择也可聚合大量优良基因，提高育成品种或种质的总体水平，为常规育种和杂交小麦亲本选育提供种质支撑。轮回选择用于改良遗传群体，在异花授粉作物上较易实施，在小麦这类自花授粉作物上实施则较为困难，太谷核的发现和“矮败”的育成应用为小麦轮回选择进行群体改良提供了工具，特别是“蓝矮败”使这一工具变得更加便捷和高效。

我国小麦轮回选择群体改良工作始于1972年高忠丽发现太谷显性核不育材料，之后由邓景阳、刘秉华等人付诸实施。中国农科院小麦工程技术中心刘秉华课题组利用其创制的“矮败”不育系搭建了轮回选择育种的全国协作平台，并育成了轮选981、轮选987等许多品种与种质，成为轮回选择群体改良成功的典型。吴兆苏等人（1984）利用我国太谷显性核不育种质建拓抗赤霉病基因库。随后,运用这一育种方案扬州里下河农科所程顺和等人从中育成抗赤霉病的杨麦系列小麦品种。我国各地小麦育种工作者陆续建成了高产、优质、抗病等多个不同功能的轮选群体与基因库，并且随着“矮败”的利用及其协作网的建立，逐步由过去利用太谷核组群改为利用“矮败”组群，克服了用太谷核组群育性识别太晚、选择标记难和轮选群体越选越高的缺陷，但是仍不能在种子下地之前区分种子育性。而“蓝矮败”在播种前通过种子颜色就可区分育性，通过粒色分拣，将蓝粒的不育系与白粒的可育父本按条带单独播种，在其生长的各个阶段对不育系及轮回父本的所有性状进行鉴定选择，大大提高了选择效果，加快遗传改良进度。利用“蓝矮败”组建轮回群体拓建基因库，有望将小麦轮回选择育种及种质创新推向一个全新的发展阶段。

二、主要成果

其一，拓建了多类“蓝矮败”轮选群体与基因库。通过对多渠道征集的1 100多份小麦种质资源种植与考种，根据建群需求，对种质进行了分类。再以“蓝矮败”为工具，利用筛选鉴定的各种优异种质，组建了包括“蓝矮败”抗纹枯病轮选群、抗赤霉病轮选群、抗白粉病轮选群、抗蚜虫轮选群、大穗大粒轮选群等11个“蓝矮败”功能性状轮选群体及包括“蓝矮败”黄淮北片轮选群、黄淮南片轮选群、北方冬麦区轮选群等9个“蓝矮败”区域轮选群和1个“蓝矮败”综合性状基因库，以及77个重要品种“蓝矮败”回交群体，对这些“蓝矮败”隔离区群体实施了连续继代种植及群体改良。经查新利用“蓝矮败”组建轮选群体与基因库属国内先例，其抗纹枯病轮选群、抗蚜虫轮选群等许多轮选群体，对推动这类种质的创新具有重要引领作用和战略意义。

其二，研究完善了“蓝矮败”的组群方式方法及评价体系。在小麦轮选群体与基因库组群与群体改良过程中同步开展了轮回方式与轮选效果的研究、父本利用方式与群体改良效果的研究、“蓝矮败”轮选群体花期相遇技术研究等12个子课题的系统研究。研究明确了通过田间种植观察评价、室内植株考种与籽粒考评、仪器测试与经验品质评价，权衡选择轮选进程中的“蓝矮败”与轮回后代可育株。根据不同的轮选群体、不同的研究需要对“蓝矮败”和可育株做不同强度的淘汰与保留，在世代进程中评价不同组群方式、父本利用方式、轮选方法、群体大小等各目标群体的遗传改良效果，建立了四种评价方法，建全了轮选群体改良效果的评价体系，通过比较遗传进度和改良效果及操控方便程度，综合评判了“蓝矮败”轮回改良途径与“矮败”轮回途径的优劣。这些研究得到专家鉴定委员会的认可。

其三，总结形成了“蓝矮败”选择的技术与技巧。通过8年多对“蓝矮败”群体改良经验与教训的总结，逐步形成了采用田间选择与室内考种选择相结合的方法，根据不同轮选群的特点，创造性状表现的适宜环境，明确群体选择重点，掌握有利时机，根据性状的遗传特点制定选择策略，确定不同性状的宽严尺度，采取适宜的选择强度，利用生态条件强化自然选择，重视籽粒饱满度选择，以聚集更多有益性状基因，提高群体改良效果。总结形成的这些选择方法与技巧，在《中国种业》刊文进行了介绍，对今后开展相关研究具有重要指导作用。

其四，研究了“蓝矮败”的遗传规律，搭建了小麦种质创新平台。育成“蓝败”等8类50多份种质，对相关选育方法申报发明专利。研究初步确认“蓝矮败”属于一单体附加系，是蓝粒、矮秆、花药败育连锁遗传的不育种质，它授以普通白粒品种花粉，同一麦穗上结出蓝白两种籽粒，分别种植分拣的蓝粒与白粒种子，在其后代群体中分离出蓝粒非矮秆可育的蓝粒品种类、白粒矮秆不育的“矮败”类和蓝粒非矮秆不育种质——“蓝败”类等8种类型植株（见下图）：

这些类型都是“蓝矮败”株高、粒色、育性三个性状连锁与打破连锁发生性状交换的产物，在分离群体中涉及的这三种性状、8种植株类型极易识别、易选择，容易选育成相关类型的种质。

利用“蓝矮败”既可以通过品种回交，在稳定的“蓝矮败”群体中选到稳定的上述8类种质，还可以在不同类型的“蓝矮败”功能性状轮回群体（比如抗蚜虫群等）中，选育出同时兼具各轮选群性状特点的上述8类种质。除外还可以借助“蓝矮败”轮选群体各种基因反复重组的机会以及基因沉默与沉默基因的表达，选育成各种各样的遗传种质。因此，“蓝矮败”是一个种质创新的理想平台。《中国科学报》对其进行了通篇报到，科学网、光明网、中国粮油网、中国农业科学院网站等几十家知名网站对其进行了全文转载，在业内产生了重要反响。对推动“蓝矮败”种质创新平台的应用，促进种质创新，打破育种的种质瓶颈发挥了重要作用。

其五，“蓝败”种质的育成开辟了杂交小麦新途径。这将在小麦杂种优势利用方面实现重大突破，对保障国家粮食安全意义重大。