CN100493342C - 一种高铁锌小麦的育种方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高铁锌小麦的育种方法，该方法将在秦巴山区海拔1300多米的中山区采集到的野生紫粒小麦孑遗种ZL93在陕南秦巴山区旱地和关中水浇地间交替选育，即将海拔在1000米以上的陕南秦巴山区旱地种植的ZL93自交系翌年移到海拔500米左右的关中水浇地种植；将海拔500米左右的关中水浇地种植的ZL93自交系翌年移到海拔1000米以上的陕南秦巴山区旱地种植，每年度轮换一次；再对ZL93自交系的优选株经连续两个育种年度自交二次后，选育出ZL93-1品系；然后通过对ZL93-1品系再进行连续两个育种年度轮换自交二次，选出ZL93-1-1品系，即为高铁锌小麦。该方法选育的高铁锌小麦，为提高人民身体健康水平，促进农民稳定增收和发展特色农业，特别是提高我国农产品的国际竞争能力有重要作用。

Description

一种高铁锌小麦的育种方法

技术领域

本发明属于农作物育种技术领域，具体涉及一种高铁锌小麦的育种方法(以下简称“秦黑1号”)。

背景技术

60年代以来，随着世界范围内绿色革命带来的水稻、小麦、玉米和豆类等作物全面高产，人类食物水平和数量得以提高和改善。但这些增产幅度较大的农作物往往面临着营养品质下降的难题，表现最为突出的是这些高产作物本身矿物质元素含量降低，致使人们对矿物质元素尤其是微量元素铁、锌等营养成份摄入量大幅度下降，缺铁性贫血和缺锌引发的营养不良、生长发育迟缓、免疫力下降、智力低下和内分泌、心脑血管疾病等一系列与微量元素缺乏有关的病症日趋严重，尤其是在婴幼儿、妇女和老年人群中，此类病症已相当普遍。

鉴于此，国际食物政策研究中心(IFPRI)于1995、1998年分别制定了“矿物质强化谷物研究开发计划”，要求重点研究培育铁、锌及其它矿质微量元素含量显著高于普通谷物的特种谷物品种，并专门组织了12个国家的专家联手开展合作研究。IFPRI的研究员Howard Bouis指出，此类品种无论对富有还是贫穷国家的人们来说都是理想健康食品的来源，选育铁、锌等矿物质强化特种谷物的计划是解决营养发育不良问题最经济有效的途径。1998年我国政府也明确宣布向营养不良宣战，1998、1999年连续两年国家自然科学基金将微量元素营养研究方向列为重点攻关课题公开招标，表明了我国政府对解决微量元素不足问题的决心。

随着社会的发展进步和人们生活水平的提高，在食物数量水平已基本满足需求的情况下，对食物的营养品质、营养水平的需求日趋迫切，特别是全生物、高活性、无公害的营养食品已成为全世界共同追求的方向。

在目前我国农业生产比较利益低下，农村经济基础薄弱，农民收入水平难以有效提高的状况下，如能紧紧抓住生产发展全生物高营养食品这一难得的机遇，利用高营养农作物新品种或食药兼用型农作物新品种生产发展具有良好营养保健功能的功能食品、生物药品，对振兴农村经济、大幅度提高农民收入水平及提高全社会人们的生活质量和健康水平都将具有重大的意义。

申请人的发明人何一哲副研究员于1993年5月下旬在从事秦巴山区抗逆优质小麦种质资源普查时，在海拔1300多米的中山区荒野非农地中找到了一种小穗型但具特长芒的野生紫粒小麦，采集后即编号为ZL93(附图7)，经证实它属于野生的紫粒小麦孑遗种，是我国秦巴山区独有的特种小麦新种质资源，现保存于西北农林科技大学，自该野生的紫粒小麦孑遗种被证实后，许多媒体都进行了报道，并引起了许多国内外学者的关注。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种高铁锌小麦的育种方法，该方法选育的小麦是一种食药兼用的高铁锌小麦，具有高附加值和广阔发展潜力。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术解决方案：

以在秦巴山区海拔1300多米中山区发现的野生紫粒小麦孑遗种资源ZL93为亲本材料，其特征在于，通过定向选择培育并结合不同地域、不同海拔、不同水旱条件和不同温差间轮回穿梭育种选育，具体包括下列步骤：

1)将野生紫粒小麦孑遗种ZL93在海拔在1000米以上的陕南秦巴山区旱地和海拔500米左右的关中水浇地间同时进行种植，得到各自的ZL93自交系；

2)将各自的ZL93自交系优选株翌年交换种植地，即将在海拔在1000米以上的陕南秦巴山区旱地种植的ZL93自交系翌年移到海拔500米左右的关中水浇地种植；将海拔500米左右的关中水浇地种植的ZL93自交系翌年移到海拔1000米以上的陕南秦巴山区旱地种植，每年度轮换一次(即“轮回穿梭育种”)，经两个育种年度自交二次后，即得到ZL93-1品系；

3)对得到ZL93-1品系的优选株再按海拔在1000米以上的陕南秦巴山区旱地和海拔500米左右的关中水浇地间进行连续两个年度轮换种植，经两个育种年度自交二次后，得到ZL93-1-1品系即为高铁锌小麦。

本发明选育的高铁锌小麦中含有微量元素铁、锌属天然产物，且含量分别高达749mg/kg和135mg/kg，是普通小麦的19.2倍和4.1倍，是现有其它黑小麦品种的10.6倍和4.9倍，居世界上现有谷类作物之首；除微量元素铁、锌含量显著高于优质白小麦和我国现有的其它黑小麦品种(如“漯珍1号”、“黑小麦76”等)外，其锰、铜、硒、镁、钾、磷等矿物营养元素含量亦显著高于普通小麦和现有的黑小麦品种(表1)。18种氨基酸总和高于普通小麦35.1％，谷氨酸含量是普通小麦的8倍，赖氨酸、蛋氨酸、异亮氨酸含量亦高于普通小麦(表2)；其籽粒粗蛋白、面筋、赖氨酸、淀粉、干物质等品质指标均高于优质白小麦“小偃6号”(表3)。还值得注意的是，本发明选育的高铁锌小麦秦钠元素含量仅为普通小麦1/20；粗脂肪低于“小偃6号”44.2％。因此，不仅所含营养素全面，并且具有“高铁锌、低钠、低脂肪”特性。

附图说明

图1为本发明选育的高铁锌小麦(秦黑1号)田间长势图；

图2为本发明选育的高铁锌小麦与普通小麦籽粒外观比较图；

图3为本发明选育的高铁锌小麦与普通黑/白粒小麦籽粒比较图。

图4为本发明选育的高铁锌小麦与普通小麦籽粒断面比较图；

图5为本发明选育的高铁锌小麦与普通小麦小穗比较图；

图6为本发明选育的高铁锌小麦与普通小麦穗型比较图；

图7为本发明选育的高铁锌小麦定向培育穗型演变图；

图8为本发明选育的高铁锌小麦与普通黑/白粒小麦苗相比较图；

图9为本发明选育的高铁锌小麦苗相。

以下结合附图和本发明的高铁锌小麦及具体区域试验对本发明作进一步的详细说明。

具体实施方式

依照本发明的技术方案，本发明选育得到的高铁锌小麦(以下称秦黑1号)，按以下选育方法取得：

1.自交系种质材料

自交系种质材料选择野生紫粒小麦孑遗种ZL93。

1.1品种来源

西北农林科技大学农学院小麦研究中心、陕西省植物遗传工程育种重点实验室(原中科院西北植物研究所遗传育种研究室)何一哲副研究员于1993年5月下旬在从事秦巴山区抗逆优质小麦种质资源普查时，在海拔1300多米的中山区荒野非农地找到了小穗型但具特长芒的野生紫粒小麦孑遗种，采集后即编号为ZL93。

ZL93株高110cm，穗长8cm，芒长9cm，其籽粒为紫褐色，硬质，籽粒断面亦为紫褐色，粒形为长条形，近似黑米，千粒重35g，其叶色为翠绿色，分蘖力很强，有效分蘖一般都在20个以上，茎壁厚而近于实心，在拔节前茎基部为紫色，拔节后叶耳、叶舌呈紫色，抽穗后扬花—灌浆期颖壳变紫，至成熟期颖壳紫色消褪，籽粒变紫。

2)高铁锌小麦(秦黑1号)的选育方法

1.2育种过程与育种方法：

为了达到切实有效保留该种质资源主要遗传特征特性并改良其不良的农艺性状，以实现生产利用的目的，申请人以定向培育、系统选择的育种方法为基础，并辅之以在陕南秦巴山区旱地和关中水浇地间南北不同地域、不同海拔、不同水旱条件、不同温差的交替穿梭育种(或称“轮回穿梭育种”)技术手段，即将海拔在1000米以上的陕南秦巴山区旱地种植的“ZL93”自交系翌年移到海拔500米左右的关中水浇地种植；将海拔500米左右的关中水浇地种植的“ZL93”自交系翌年移到海拔1000米以上的陕南秦巴山区旱地种植，每年度轮换一次。

通过将定向培育、系统选择育种技术手段与轮回穿梭育种技术手段相结合的育种方法，在对ZL93的优选株连续两个育种年度自交二次后(1994年陕南秦巴山区旱地，1995年在关中水浇地)，于1995年选出了ZL93-1品系，其株高105cm，穗长11Cm，比ZL93增加了3cm，千粒重38g；通过对ZL93-1再进行连续两个育种年度自交二次(1996年在陕南秦巴山区旱地，1997年在关中水浇地)，于1997年选出了”ZL93-1-1”品系，命名为“秦黑1号”，其株高90cm，穗长达到13cm，比ZL93-1又增加了2cm，千粒重42g。分蘖性、株高也较ZL93有所降低(见附图6-7)。

经对选育出的ZL93-1-1品系分别在秦巴山区和杨凌示范区进行产量鉴定试验，其平均亩产水平提高到283kg，接近300kg的一般小麦亩产水平。本年度即将此定型的品系送交权威机构进行各项常规品质指标和营养成份的检测分析，并将其定名为“秦黑1号”。

1.2品种标准

秦黑1号(血麦)属半冬性，分蘖力强，株高90厘米左右；粒色紫黑，粒形长条形，近似黑米。千粒重38-40克，硬质，一般亩产200-300kg，微量营养元素铁、锌含量分别为749mg/kg和135mg/kg，是普通小麦的19.2倍和4.1倍，是一般紫黑粒小麦的10.6倍和4.9倍。经美国康奈尔大学重复检测，并经陕西省农业科技信息研究所和中国农科院科技文献中心、农业部情报研究所分别进行国内外文献查新，证实其铁、锌含量居国内外现有农作物之首。

1.2.1生物学特性：

秦黑1号(血麦)属半冬性，分蘖力极强，一般单株分蘖20～30个。茎粗2～3mm，茎壁厚，近于实心，基部茎杆壁厚近1mm。苗期幼苗基部分蘖节处呈紫黑色，起身拔节期叶耳、叶舌呈紫黑色。抽穗后灌浆期颖壳亦呈现紫黑色，至成熟期颖壳紫黑色逐渐消褪转白。株高90cm，穗长方形，穗长14-15cm，芒长14～16cm(具与穗等长或超长的特长芒)，每穗小穗数23个，小穗为分枝状，小穗轴长2cm左右。每小穗有5～7朵小花，小花间隔3～5mm，呈互生排列。籽粒紫黑色，长条形，粒长8mm，宽3mm，近似黑米。千粒重40克左右，胚乳琥珀色，硬质(附图1-6，8-9)。

1.2.2农艺性状：

秦黑1号(血麦)抗逆性较强，具有一定抗寒耐旱能力；高抗条锈、叶锈病，兼抗赤霉、白粉、叶枯等病害；抗蚜虫；中晚熟(比普通小麦品种小偃6号晚熟5d左右)。一般单产3750kg/hm²～4500kg/hm²。

1.2.3品质性状：

秦黑1号(血麦)籽粒含粗蛋白153.9g/kg，面筋120.3g/kg，赖氨酸3.9g/kg，粗脂肪11.6g/kg，淀粉680.7g/kg，干物质891.0g/kg。粗蛋白、面筋、赖氨酸、淀粉、干物质等品质指标均高于优质白小麦“小偃6号”，而粗脂肪比“小偃6号”低44.2％(表1)。

2.营养成分：

秦黑1号(血麦)含微量元素铁749mg/kg；锌135mg/kg；锰47.1mg/kg；铜13.0mg/kg；硒0.037mg/kg。含常量元素钙130mg/kg；钠3.3mg/kg；镁1400mg/kg；钾4660mg/kg；磷3800mg/kg。18种氨基酸总和含量为10.94％；其中含谷氨酸3.28％。蛋氨酸、脯氨酸、天冬氨酸、赖氨酸、异亮氨酸等人体必需氨基酸分别高于普通小麦51.1％、41.9％、17.0％、9.9％和4.9％。

上述营养成分中，微量元素铁、锌含量分别是普通白粒小麦的19.2和4.1倍，是一般黑小麦品种的10.6和4.9倍。锰、铜、硒等微量元素和镁、钾、磷等常量元素含量亦显著高于普通小麦和现有的黑小麦品种(表2)。值得注意的是，“秦黑1号”的钠元素含量仅为普通小麦1/20。18种氨基酸总和较普通小麦高35.10％，谷氨酸含量是普通小麦的8倍，赖氨酸、蛋氨酸、异亮氨酸和色氨酸等人体必需氨基酸含量均高于普通小麦(表3)。因此，高铁锌小麦“秦黑1号”(血麦)不仅所含营养素全面，并且具有“高铁锌、低钠、低脂肪”的显著特性。

3.栽培技术

良种繁育时，纯种田块宜选择偏旱型中上等肥力地块；在高水肥地或下湿地种植时可能发生倒伏现象使产量水平降低。

大面积生产田可采用“混合栽培”或“互补栽培”技术，针对“秦黑1号”抗倒性弱的不足之处，借鉴了我国传统混作栽培技术的方法，在特异质小麦栽培中独创了“互补栽培”技术。即将高铁锌小麦“秦黑1号”(血麦)与抗倒性较强的一般黑小麦品种“漯珍1号”或优质矮秆抗倒白小麦(如“小偃22”、“小偃107”、新选“小偃6号”等)按(1-5)：1的比例混合播种，混种分收或混种混收，不仅能够有效防止高铁锌小麦“秦黑1号”(血麦)的倒伏现象，提升其单产水平，并能实现产量互补、营养互补的目的。该项技术通过试验示范的不断完善，已成为一种提高“秦黑1号”产量的有效方法。

因该品种抗病虫害和抗旱、耐瘠薄能力强，还适宜进行不施化肥(仅施用有机肥或生物活性肥料)、不施农药和各类化学生长调节剂的无公害栽培，按照“无公害食品”、“绿色食品”和“有机食品”的生产要求进行标准化生产。

微量元素铁、锌缺乏是造成人体缺铁性贫血(IDA)和营养不良等病症的主要原因，也是世界卫生组织(WHO)确认的严重危害人类健康的疾病之一。目前国内外防治此类疾病仍主要采用无机或有机化合物药品，其有效性和毒副作用一直是人们担忧的焦点。随着现代医学、营养学对人体补充铁、锌等微量营养元素的深入研究和人类“回归自然”的追求日趋强烈，人类已经认识到只有通过食用富含生物铁、锌等微量元素的营养食品或生物药品，才是从根本上解决缺铁性贫血和边缘性缺锌问题的安全、有效而经济的途径。

高铁锌食药兼用小麦新品种的育成，将为切实有效地提高我国人民身体健康水平，促进种植户农民稳定增收和发展特色农业，特别是提高我国农产品的国际竞争能力将发挥重要作用。

本发明带来的技术效果和进步在于：

1)按照本发明的选育方法，得到的“秦黑1号”所含的微量元素铁、锌属天然产物，且含量分别高达749mg/kg和135mg/kg，是普通小麦的19.2倍和4.1倍，是现有其它黑小麦品种的10.6倍和4.9倍，居世界上现有谷类作物之首；“秦黑1号”除微量元素铁、锌含量显著高于优质白小麦和我国现有的其它黑小麦品种(如“漯珍1号”、“黑小麦76”等)外，其锰、铜、硒、镁、钾、磷等矿物营养元素含量亦显著高于普通小麦和现有的黑小麦品种(表1)。18种氨基酸总和高于普通小麦35.1％，谷氨酸含量是普通小麦的8倍，赖氨酸、蛋氨酸、异亮氨酸含量亦高于普通小麦(表2)；其籽粒粗蛋白、面筋、赖氨酸、淀粉、干物质等品质指标均高于优质白小麦“小偃6号”(表3)。还值得注意的是，“秦黑1号”的钠元素含量仅为普通小麦1/20；粗脂肪低于“小偃6号”44.2％。因此，“秦黑1号”不仅所含营养素全面，并且具有“高铁锌、低钠、低脂肪”特性。

表1：高铁锌小麦“秦黑1号”与普通白小麦、黑小麦营养素含量对比表

                                            (单位：mg/kg)

表2：高铁锌小麦“秦黑1号”与普通小麦各种氨基酸含量比较

                                              (单位：g/kg)

表3：高铁锌小麦“秦黑1号”与普通小麦“小偃6号”品质特性比较

                                            (单位：g/kg)

 

品种	粗蛋白	面筋	赖氨酸	粗脂肪	淀粉	干物质
							秦黑1号	153.9	120.3	3.9	11.6	680.7	891.0
小偃6号	148.2	117.9	3.6	20.8	606.3	889.5

表4：国内外富铁、锌农作物研究水平的比较

注：本表根据《世界农业》、《中国农业科技》、《日本科技周刊》、中国农科院科技文献中心和日本农艺振兴会等刊物和研究机构(1996年——1999年)的研究资料整理而成。

2)“秦黑1号”所含的各种矿质营养元素均属生物自身直接合成，而非人工喷施于叶面或土壤后转化生成。因“秦黑1号”植株体内含有能使其根系大量分解并高效吸收土壤中铁、锌等微量元素的遗传基因。

3)“秦黑1号”所含的各种生物活性微量元素均来自于传统的食物性植物—小麦，因此，其对人体的安全性和有效性都非其它药用植物或其它生物、非生物(无机、有机合成)途径所能比拟。

4)“秦黑1号”还属于目前正在深入研究和迅速发展的黑色作物，用其生产加工的功能食品、生物药品还属于黑色食品。

5)“秦黑1号”还具有营养全面、均衡的特性。除铁、锌外，其锰、铜、硒等微量元素和镁、钾、磷等常量元素含量、谷氨酸、人体必需氨基酸、18种氨基酸总量及蛋白质、面筋、赖氨酸、淀粉、干物质等常规品质指标均高于或优于白粒优质小麦，而钠和粗脂肪含量却显著低于普通小麦。这种独特的“天然·生物活性·高铁锌低钠低脂肪”特性亦揭示了黑色食品功能属性和“凡黑必补”、“药食同源”等传统中医理论的根本原因。

6)本发明利用我国秦巴山区特有的野生紫粒小麦孑遗种资源作亲本材料，为了保留该特种种质资源特殊优良性状的全部遗传基因，采用定向选择、系统培育并结合不同地域、不同海拔、不同水旱条件和不同温差条件的轮回穿梭育种方法，成功培育出高铁锌小麦“秦黑1号”。在作物育种方法方面具有创新性。

7)为了使“秦黑1号”尽快实现规模化、产业化开发利用，发明人采用“互补栽培”技术，达到了抗倒互补、产量互补和营养互补的目的，有效解决了“秦黑1号”的产量问题，为其在近期得以保护性、适度开发利用创造了条件。

Claims (1)

1.一种高铁锌小麦的育种方法，以在秦巴山区海拔1300多米中山区发现的野生紫粒小麦孑遗种资源ZL93为亲本材料，通过定向选择培育并结合不同地域、不同海拔、不同水旱条件和不同温差间轮回穿梭育种选育，其特征在于，具体包括下列步骤：

1)将野生紫粒小麦孑遗种ZL93在海拔1000米以上的陕南秦巴山区旱地和海拔500米的关中水浇地间同时进行种植，得到各自的ZL93自交系；

2)将各自的ZL93自交系翌年交换种植地，即将在海拔在1000米以上的陕南秦巴山区旱地种植的ZL93自交系翌年移到海拔500米的关中水浇地种植；将海拔500米的关中水浇地种植的ZL93自交系翌年移到海拔1000米以上的陕南秦巴山区旱地种植，每年度轮换一次，经两个育种年度自交二次后，即得到ZL93-1品系；所述的ZL93-1品系株高105cm，穗长11cm，千粒重38g；

3)对得到的ZL93-1品系再按海拔在1000米以上的陕南秦巴山区旱地和海拔500米的关中水浇地间进行连续两个年度轮换种植，经两个育种年度自交二次后，得到ZL93-1-1品系即为高铁锌小麦；所述的ZL93-1-1品系株高90cm，穗长达到13cm，千粒重42g。

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