CN105706915A - 一种抗旱小麦新品种的选育方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于遗传学领域，公开了一种抗旱小麦新品种的选育方法。以藁城9411为母本，以ATHLET父本，通过世代株行连续选择，创制了多蜡质抗旱小麦品系JM205和JM208；以济麦22为回交，分别和多蜡质抗旱小麦品系JM205和JM208回交，回交六代BC6F1?5、BC6F1?8株系扩繁，测试旗叶蜡质，并进行抗旱的生理指标测试和计算，创制了多蜡质抗旱并且高产的小麦品系J?JM205、J?JM208。本发明采用回交前期常规目测和后期指标测试，前期节约育种成本，后期精确选择。

Description

一种抗旱小麦新品种的选育方法

技术领域

本发明属于遗传育种领域，具体涉及一种抗旱小麦新品种选育的方法。

背景技术

小麦是世界上最重要的粮食作物之一，其产量仅次于水稻和玉米，是我国的第三大粮食作物。小麦之所以是最重要的粮食作物之一，原因是它养活着世界上40%的人口，并提供人类20%的能量和蛋白质供应。

我国是一个水资源比较匮乏的国家，干旱缺水严重制约农业生产的发展。而小麦是我国的第三大粮食作物，也是一个耗水量相当大的作物，干旱对小麦产量影响巨大。据统计，2006年澳大利亚因发生干旱而造成小麦减产46%（FAO,2013）；一般来说，干旱可造成小麦减产10%-15%，严重时可减产80%-100%（Foulkesetal.,2007;Lietal.,2011）。实践表明，培育抗旱小麦是解决这一问题最经济、最环保的方法。

目前，各国均在开展小麦抗旱品种分子标记辅助选择育种或分子设计育种。尽管目前分子标记辅助育种已经在一些单位实践，但是其工作量巨大，且经济投入较大。与抗旱相关的生理指标也是解决这一问题的关键，目前有一些生理指标，如脯氨酸含量、易感干旱指数和抗干旱指数等，已初步应用于小麦抗逆辅助选择育种，但是其耗费的人力和物力仍然较大。因此，亟需开发一种更方便、更经济的抗旱选择指标，以用于抗旱小麦品种的选育。

蜡质位于植物叶片或茎秆的最外层，它与角质结合形成一层脂质角质层，覆盖在表皮层外面。前人的研究结果表明，蜡质对植物具有重要的保护作用，且与小麦抗旱性有一定关系（Premchandraetal.,1992;Jenksetal.,2001;Kosmaetal.,2009）。本研究培育了多蜡质和少蜡质的小麦近等基因系，它们不仅是研究多蜡质抗旱机制的最佳材料，也为抗旱育种提供了重要的种质资源。如何利用近等基因系中的多蜡质抗旱品系进行抗旱育种，是研制出多蜡质抗旱小麦近等基因系的一个重要研究方向。目前还没有进行多蜡质抗旱品系进行抗旱育种的报道。

发明内容

本发明的目，是提供一种抗旱小麦新品种的选育方法。

本发明采用的技术方案如下：

（1)以藁城9411为母本，以ATHLET父本，通过世代株行连续选择，创制了多蜡质抗旱小麦品系JM205和JM208；

（2)以济麦22为母本，分别和多蜡质抗旱小麦品系JM205和JM208杂交，分别得到杂种一代F1-5、F1-8；

（3)以济麦22为回交亲本，分别和F1-5、F1-8回交，得到回交一代BC1F1-5、BC1F1-8；

（4)将收获的回交一代BC1F1-5、BC1F1-8种成株行，选择叶片有蜡质的小麦单株与济麦22回交，得到回交二代BC2F1-5、BC2F1-8；

（5)重复步骤（4），得到性状稳定、叶片有蜡质，并且其他性状和济麦22相同的回交六代BC6F1-5、BC6F1-8；

（6)回交六代BC6F1-5、BC6F1-8株系扩繁，根据农艺性状、叶片蜡质测试、抗旱的生理指标测试、籽粒产量测试和抗干旱胁迫衡量指标计算，创制了多蜡质抗旱并且高产的小麦品系J-JM205、J-JM208。

所述的叶片蜡质测试，是指分别取多蜡质品系和济麦22旗叶，取材时不要损伤表皮蜡质，然后使用氯仿浸泡称重法进行蜡质测试。

所述的抗旱的生理指标测试、籽粒产量测试和抗干旱胁迫衡量指标计算包括以下：

（1）旗叶水势和旗叶水分散失速率测试；

（2）旗叶光合特性和叶绿素荧光参数的测试；

（3）籽粒产量测试；

（4）抗干旱胁迫衡量指标计算。

所述的旗叶水势的测试，是采用美国WESCOR公司PSYPRO露点水势仪测试。

所述的旗叶水分散失速率的测试，是指小麦灌浆期，分别取对照和处理完整的大小一致的叶片置于室温黑暗中，气孔完全关闭，测角质蒸腾失水。

所述的旗叶光合特性和叶绿素荧光参数的测试，是指小麦灌浆中期，选择晴天上午8:30-10:30，用CIRAS-2光合作用测试系统测试旗叶的Pn、Gs、Ci、E，LED，光强设定为1200μmolm^-2s^-1，CO₂浓度为380μmolmol^-1，采用大气湿度和温度；分别于上午7:30和12:00，经过暗适应30min后，利用Handy-PEA植物效率仪测试旗叶叶绿素荧光动力学曲线并计算相应的荧光参数。

所述的籽粒产量测试，是指小麦成熟期，收获全部籽粒，测量小区面积，并计算单位面积产量。

所述的抗干旱胁迫衡量指标计算，是指采用抗干旱指数TOL和易感干旱指数SSI来评价不同旗叶蜡质含量小麦近等基因系的抗干旱能力：

TOL=Y_pi-Y_si；

SSI=(1-Y_si/Y_pi）/（1-Y_s/Y_p）。

其中，Y_pi和Y_si分别为正常浇水条件下和干旱胁迫条件下，每个品系的产量，单位kg·ha^-1；Y_p和Y_s分别为正常浇水条件下和干旱胁迫条件下，供试小麦品系的平均产量，单位kg·ha^-1。

有益效果：本发明利用常规育种技术手段，结合旗叶蜡质含量测定、旗叶水势、水分散失速率、光合速率测定、干旱条件下产量鉴定，创制了多蜡质抗旱并且高产的小麦品系J-JM205、J-JM208。本发明采用回交前期常规目测选择和后期指标测试选择，前期节约育种成本，后期选择精确。本发明为迅速精确选育抗旱多蜡质小麦新品系提供了良好的方法。

附图说明

图1济麦22和多蜡质抗旱小麦品系和旗叶蜡质含量。A：1，济麦22（JM22）；2，J-JM205；3，J-JM208；白色柱形图和黑色柱形图分别代表正常浇水和干旱胁迫条件下小麦近等基因系旗叶的蜡质含量，不同字母代表在P<0.05水平下差异达显著水平；B和C：济麦22叶片表面蜡质较少，植株“发绿”（黑白图片发黑）；J-JM205和J-JM208叶片表面蜡质较多，植株“发白”。

图2干旱条件下济麦22和多蜡质抗旱小麦品系旗叶水势。1，济麦22（JM22）；2，J-JM205；3，J-JM208；白色柱形图和黑色柱形图分别代表正常浇水和干旱胁迫条件下小麦近等基因系旗叶水势。

图3干旱条件下济麦22（JM22）和多蜡质抗旱小麦品系J-JM205、J-JM208旗叶水分散失速率。

具体实施方式

本发明公开的一种抗旱小麦新品种的选育方法，本领域技术人员可以借鉴本文内容，适当改变或改进实现。特别需要指出的是，所有类似的替换和改动对本领域技术人员来说是显而易见的，它们都被视为包括在本发明之内。本发明公开了较佳实施例，相关人员明显能在不脱离本发明内容、精神和范围内对本文所述的方法和应用进行改动或适当变更与组合，来实现和应用本发明技术。

实施例1抗旱小麦新品种选育

具体方法为：

（1)以藁城9411为母本，以ATHLET父本，通过世代株行连续选择，创制了多蜡质抗旱小麦品系JM205和JM208；

（2)以济麦22为母本，分别和多蜡质抗旱小麦品系JM205和JM208杂交，分别得到杂种一代F1-5、F1-8；

（3)以济麦22为回交亲本，分别和F1-5、F1-8回交，得到回交一代BC1F1-5、BC1F1-8；

（4)将收获的回交一代BC1F1-5、BC1F1-8种成株行，选择叶片有蜡质的小麦单株与济麦22回交，得到回交二代BC2F1-5、BC2F1-8；

（5)重复步骤（4），得到性状稳定、叶片有蜡质，并且其他性状和济麦22相同的回交六代BC6F1-5、BC6F1-8；

（6)回交六代BC6F1-5、BC6F1-8株系扩繁，测试旗叶蜡质，并进行抗旱的生理指标测试和计算，创制了多蜡质抗旱并且高产的小麦品系J-JM205、J-JM208（见图1）。J-JM205、J-JM208叶片蜡质多，颜色发白，济麦22蜡质少，颜色发绿，黑白照片颜色发黑。

旗叶蜡质含量测试

在灌浆中期，分别取多蜡抗旱小麦品系J-JM205、J-JM208和济麦22旗叶，测试旗叶蜡质含量。

将小麦叶片剪成5㎝大小叶段，置于30ml氯仿中，浸泡30s；然后，通过滤纸将溶液过滤到已知重量（W1）的蒸发皿中，置于通风柜中，待氯仿完全挥发后，再次称重（W2）；两次重量之差即为蜡质的重量；每处理重复5次。以单位鲜叶重（W3）计算蜡质含量。如图1A所示，干旱胁迫条件下，多蜡小麦品系旗叶蜡质含量平均为15.15mg/g，平均高出济麦22品种79.7%。

小麦抗旱性鉴定

在山东省农科院试验基地进行。抽穗前，干旱处理搭建人工干旱遮雨棚，下雨时小区四周用塑料膜纵向隔离水分，严格控制土壤中水分含量；天晴后，将塑料膜揭掉，尽量避免由于塑料薄膜对试验结果造成的影响。随机区组设计，每个处理3次重复，每小区播种4行，行长2m，行距20cm，株距4cm。于小麦成熟期，收获全部籽粒，测量小区面积，并计算单位面积产量，并折合成每公顷产量。本研究采用抗干旱指数TOL和易感干旱指数SSI来评价不同旗叶蜡质含量小麦品种的抗干旱能力，具体计算公式如下所示：

抗干旱指数TOL=Y_pi-Y_si；易感干旱指数SSI=(1-Y_si/Y_pi）/（1-Y_s/Y_p）。其中，Y_pi和Y_si分别指的是正常浇水条件下和干旱胁迫条件下，每个品系（品种）的产量，单位kg·ha^-1。Y_p和Y_s分别指的是正常浇水条件下和干旱胁迫条件下，供试小麦品系（多蜡抗旱小麦品系和济麦22）的平均产量，单位kg·ha^-1。利用统计软件SAS9.0对获得的数据进行统计分析，处理间的差异是用Duncan检验法来表示的。

抗旱性鉴定表明，从表1可以看出，正常浇水条件下，2个多蜡质抗旱小麦品系（J-JM205和J-JM208）的籽粒产量均低于济麦，平均低4.07%；干旱条件下，多蜡质抗旱小麦品系的平均籽粒产量则高于济麦22，平均高出3.72%，J-JM208表现尤其突出。此外，干旱处理后，3份材料籽粒产量均明显下降，但多蜡质抗旱小麦品系下降幅度显著较小（J-JM205和J-JM208籽粒产量分别下降了11.29%和4.73%，济麦下降了16.76%）。多蜡质抗旱小麦品系J-JM205和J-JM208的抗干旱指数（TOL）和易感干旱指数（SSI）值也显著低于济麦22。说明多蜡小麦品系比济麦22更抗旱。

表1干旱处理对小麦蜡质近等基因系的产量的影响

^a产量等数据后不同字母表示品系间差异显著(P<0.05)。

多蜡质抗旱品系和济麦22旗叶水势比较

（1）离体叶片水势的测定：用打孔器在待测叶片上打取直径0.6cm的叶圆片，迅速放入C-52型样品室中，平衡30min（干旱处理的小麦叶片平衡时间延长至2h），然后用露点水势仪测定，测定方法参照仪器说明书。

（2）从图2可以看出，正常浇水条件下，两个多蜡品系旗叶平均水势比济麦22高出34.4%，而干旱条件下多蜡品系旗叶平均水势比济麦22平均高出34.7%；这说明不论在正常浇水条件下，还是干旱胁迫后，多蜡品系（J-JM205和J-JM208）旗叶水势均显著高于济麦22。此外，干旱处理后，多蜡品系J-JM205和J-JM208旗叶水势分别下降了0.19MPa和0.22MPa，而济麦22旗叶水势下降了0.31MPa。这说明干旱处理后，多蜡品系和济麦22旗叶水势均显著下降，但多蜡品系旗叶水势下降幅度明显小于济麦22；也就是说干旱胁迫后，多蜡小麦旗叶水势较高，能保持更多的水分，从而减轻干旱胁迫的危害。

多蜡质抗旱小麦品系和济麦22旗叶水分散失速率的比较

（1）离体旗叶水分散失速率的测定：于小麦灌浆期，分别取对照组和处理组的完整小麦旗叶（大小一致），并称取鲜重D₁；然后，迅速将整个叶片浸没在蒸馏水中，直至其重量不再改变，用滤纸吸干叶表水分，称其饱和鲜重D₂；最后，将叶片于室温下暗置，每隔2h称重一次，记为W_ti，其中i为2h、4h、6h和8h。8h后烘干并称取其干重D₃，计算离体旗叶水分散失速率。整个过程均在黑暗条件下进行（黑暗下气孔关闭，水分散失全部是由非气孔散失造成的）。离体旗叶水分散失速率的计算公式如下所示：离体旗叶水分散失速率=(D₂-W_ti)×D₂ ^-1×100%。

（2）如图3所示，黑暗室温条件下，蒸馏水饱和处理的4份材料离体旗叶脱水速度非常快，且蜡质含量对叶片自然脱水有明显影响。自然脱水2h内，3份材料均快速脱水40%左右，济麦22水分散失率稍高于多蜡品系（JM205和JM208）。脱水2-4h，济麦22继续快速脱水，而多蜡品系脱水速率明显下降，二者差异显著（P<0.05），脱水4h时，济麦22叶片水分散失率达到74.8%，而JM205和JM208仅为48.7%和47.3%。脱水4h后，济麦22脱水速率显著下降，多蜡品系叶片脱水速率虽然高于济麦22，但脱水8h时，多蜡品系水分散失率仍显著低于济麦22（P<0.05）。由此说明，多蜡品系脱水速度慢，保水能力强，因而抗旱性能力强。

旗叶蜡质含量与抗旱衡量指标、旗叶水势和水分散失速率的关系

利用SAS9.0软件对旗叶蜡质含量与抗旱相关指标TOL和SSI、旗叶水势以及水分散失速率（8h）之间的相关关系进行了分析。从表2可以看出，旗叶蜡质含量与抗旱相关指标TOL和SSI、旗叶水势以及水分散失速率（8h）之间存在线性相关关系，其对应的回归方程分别为y=-93.414313x+1992.541216、y=-0.1010714x+0.218137、y=0.05984x-2.207866和y=-0.016982x+0.91435。另外，除旗叶水势外，其它三个指标均与旗叶蜡质含量呈显著负相关关系（P<0.1）。又当抗旱相关指标TOL、SSI和水分散失速率越小时，作物抗旱性越强。根据旗叶蜡质含量与抗旱相关指标TOL、SSI和水分散失速率之间的负相关关系，可以得出当叶片蜡质含量越高时，小麦抗旱性越强。因而，叶片蜡质含量可以作为抗旱小麦新品种的选择依据。

表2旗叶蜡质含量与抗旱相关指标TOL和SSI、旗叶水势和水分散失速率（8h）之间的相关性分析

	TOL	SSI	旗叶水势	旗叶水分散失速率（8h）
					旗叶蜡质含量	0.8281 *	0.8271 *	0.6123	0.8410 *

^*表示在P<0.01水平下差异显著。

Claims (8)

1.一种抗旱小麦新品种的选育方法，其特征在于包括以下步骤：

（1）以藁城9411为母本，以ATHLET父本，通过世代株行连续选择，创制了多蜡质抗旱小麦品系JM205和JM208；

（2）以济麦22为母本，分别和多蜡质抗旱小麦品系JM205和JM208杂交，分别得到杂种一代F1-5、F1-8；

（3）以济麦22为回交亲本，分别和F1-5、F1-8回交，得到回交一代BC1F1-5、BC1F1-8；

（4）将收获的回交一代BC1F1-5、BC1F1-8种成株行，选择叶片有蜡质的小麦单株与济麦22回交，得到回交二代BC2F1-5、BC2F1-8；

（5）重复步骤（4），得到性状稳定、叶片有蜡质，并且其他性状和济麦22相同的回交六代BC6F1-5、BC6F1-8；

（6）回交六代BC6F1-5、BC6F1-8株系扩繁，根据农艺性状、叶片蜡质测试、抗旱的生理指标测试、籽粒产量测试和抗干旱胁迫衡量指标计算，创制了多蜡质抗旱并且高产的小麦品系J-JM205、J-JM208。

2.根据权利要求1所述的一种抗旱小麦新品种的选育方法，其特征在于：所述的叶片蜡质测试，是指分别取多蜡质品系和济麦22旗叶，取材时不要损伤表皮蜡质，然后使用氯仿浸泡称重法进行蜡质测试。

3.根据权利要求1所述的一种抗旱小麦新品种的选育方法，其特征在于：所述的抗旱的生理指标测试、籽粒产量测试和抗干旱胁迫衡量指标计算包括以下：

（1）旗叶水势和旗叶水分散失速率测试

（2）旗叶光合特性和叶绿素荧光参数的测试

（3）籽粒产量测试

（4）抗干旱胁迫衡量指标计算。

4.根据权利要求3所述的一种抗旱小麦新品种的选育方法，其特征在于：所述的旗叶水势的测试，是采用美国WESCOR公司PSYPRO露点水势仪测试。

5.根据权利要求3所述的一种抗旱小麦新品种的选育方法，其特征在于：所述的旗叶水分散失速率的测试，是指小麦灌浆期，分别取对照和处理完整的大小一致的叶片置于室温黑暗中，气孔完全关闭，测角质蒸腾失水。

6.根据权利要求3所述的一种抗旱小麦新品种的选育方法，其特征在于：所述的旗叶光合特性和叶绿素荧光参数的测试，是指小麦灌浆中期，选择晴天上午8:30-10:30，用CIRAS-2光合作用测试系统测试旗叶的Pn、Gs、Ci、E，LED，光强设定为1200μmolm^-2s^-1，CO₂浓度为380μmolmol^-1，采用大气湿度和温度；分别于上午7:30和12:00，经过暗适应30min后，利用Handy-PEA植物效率仪测试旗叶叶绿素荧光动力学曲线并计算相应的荧光参数。

7.根据权利要求3所述的一种抗旱小麦新品种的选育方法，其特征在于：所述的籽粒产量测试，是指小麦成熟期，收获全部籽粒，测量小区面积，并计算单位面积产量。

8.所述的抗干旱胁迫衡量指标计算，是指采用抗干旱指数TOL和易感干旱指数SSI来评价不同旗叶蜡质含量小麦近等基因系的抗干旱能力：

TOL=Y_pi-Y_si；

SSI=(1-Y_si/Y_pi）/（1-Y_s/Y_p）

其中，Y_pi和Y_si分别为正常浇水条件下和干旱胁迫条件下，每个品系的产量，单位kg·ha^-1；Y_p和Y_s分别为正常浇水条件下和干旱胁迫条件下，供试小麦品系的平均产量，单位kg·ha^-1。