CN109618911A - 一种简便高效低成本的冬小麦异地加代育种方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种简便高效低成本的冬小麦异地加代育种方法。所述方法包括如下步骤：1)于秋季在北京大田点播小麦F₂代种子，生长培育，待小麦幼苗完成春化作用后挖苗，得到待移栽的幼苗；2)将所述待移栽的幼苗移栽至海南三亚大田，生长培育，待小麦幼苗抽穗开花后选择农艺性状优良的单株并收获F₃代种子；3)于次年早春将所述F₃代种子条播于北京大田中，生长培育，于灌浆中后期选择农艺性状优良的株系并收获其种子。本发明通过在北京自然条件下完成加代前和加代后植株的分蘖与春化过程，无需人工低温春化，该方法操作简便经济有效，不仅为海南三亚F₂代移栽后的单株综合农艺性状选择提供了保障，而且有效缩短了育种年限，提高了育种效率。

Description

一种简便高效低成本的冬小麦异地加代育种方法

技术领域

本发明涉及农作物选育技术领域，具体涉及一种简便高效低成本的冬小麦异地加代选育优质、高产、多抗小麦新品种的方法。

背景技术

我国是世界最大的小麦生产国和消费国，国内小麦收成的丰欠对国际市场影响很大，提高小麦产量对保障国家粮食安全具有重要意义。随着人口的增加和消费水平的提高，预计小麦消费量将会继续增加，据测算，我国要保障2020年14.5亿人口的粮食安全，小麦产量需在现有基础上增加28％。为了满足人民和加工企业需求实现农业供给侧结构性改革，小麦生产要在稳定面积基础上进一步提高单产，同时还要加强对优质专用小麦新品种的选育，因此高产、稳产、优质、多抗仍是我国小麦育种最基本、最重要的目标。

加代是提高世代选育进程，缩短育种年限，提高育种效率的重要手段之一。加代繁殖是在人工干预的情况下运用一定的技术手段，超出物种本身的繁殖周期和繁殖数量的繁殖过程。加代技术可分为就地加代和异地加代两种，就地加代是在当地条件下，利用人工气候室或温室等为作物提供适宜生长发育的人工环境，使其比在自然条件下生长多出1个或多个周期的特殊技术手段。人工气候室或温室加代需要良好的温度、湿度和光照控制，包括前期的春化处理，技术要求和投入成本较高，一般加代植株的生长状况较差，分蘖成穗和结实相对较少，一般不能进行农艺性状的选择，只是增加世代数。异地加代是利用异地自然环境条件来满足作物生长发育的要求，使其比在本地每年生长发育周期提升1次或者多次的技术。传统的冬小麦异地加代方法多是在异地直接播种，播种前一般需要对收获的种子进行打破休眠处理和对萌动的种子进行春化处理，且春化处理时间较长。

加快小麦育种进程、提高育种效率的途径除了加代外，还有一些其他方法，如小麦单倍体育种，主要包括小麦与玉米杂交法和花药培养法。小麦与玉米杂交法是通过小麦玉米杂交诱导产生小麦单倍体胚、然后幼胚培养获得单倍体幼苗，通过化学药剂处理即可获得纯合的双单倍体植株。该方法可显著缩短育种年限，但需要在温室条件下进行，人为调控使小麦和玉米的花期相遇，并进行幼胚培养及加倍处理，要求的技术高，成本大。而且因受物种间生长隔离、发育进程及试验条件限制，一般双单倍体后代群体较小，获得优良纯系的几率相对较低。花药培养是利用培养基对花药进行培养，产生愈伤组织和单倍体苗，通过化学药剂处理进行加倍从而获得双单倍体纯系的方法，由于受众多因素的限制，获得愈伤组织和单倍体苗的频率低，通过加倍处理获得纯系几率也很低，要求的技术和成本都较高。

小麦常规育种是通过对杂交后代中分离的优良个体进行人工选育、鉴定、区域试验，使之最终成为品种，这个过程在不进行加代的情况下需要10年左右的时间，由于产量鉴定、以后的区试及生产试验的程序相对固定，一年只能试验1次，因此，加快小麦育种进程，缩短育种年限，只能在杂交后代(F₁-F₆代)进行处理，提高迭代速度。现有的冬性小麦南繁(海南)加代技术，均采用室内人工春化处理，春化后的种子在海南直接播种的方法进行加代，这种方法往往出现植株弱、无分蘖、成穗少等不利于育种鉴定的情况，更无法对分离世代进行选择，加代效率不理想。

发明内容

为了克服现有技术中存在的问题，本发明提供了一种冬小麦异地加代育种方法。

本发明提供的冬小麦异地加代育种方法包括如下步骤：

(1)于秋季(9月底)在北京大田点播小麦F₂代种子，生长培育，待小麦幼苗自然完成春化作用后挖苗，得到待移栽的幼苗；

(2)完成步骤(1)后，将所述待移栽的幼苗移栽至海南三亚大田，生长培育，待小麦植株抽穗开花后选择农艺性状优良的单株，并在成熟前收获其种子；

(3)完成步骤(2)后，于次年早春将所述种子(F₃代种子)条播于北京大田中，生长培育，于灌浆中后期选择农艺性状优良的株系，成熟时收获其种子。

上述方法中，所述(1)中，待小麦幼苗单株平均有8-10个分蘖时进行挖苗。挖苗时将麦苗从田里带根挖出。

上述方法中，所述(1)中，所述挖苗后还包括清洗和晾晒的步骤。所述清洗的方法可为用清水将泥土冲净。所述晾晒的方法可为将清洗后的麦苗表面水分控干。完成清洗和晾晒的步骤后可将其装入包装箱空运至海南。

上述方法中，所述(1)中，所述点播的行长可为150-200cm，行距可为25-30cm，株距可为10-15cm。在本发明的具体实施例中，所述点播的行长为200cm，行距为30cm，株距为10cm。

上述方法中，所述(1)中，所述F₂代种子可为任意组合的普通小麦品种(系)间杂交F₁代植株所结的种子，任意组合中的父、母亲本材料为冬性或半冬性品种(系)，冬性越强，需要低温春化的时间越长，在北京11月底，冬性和半冬性品种均能自然通过春化。在本发明的具体实施例中，所述F₂代种子为来源于如下单交组合的F₁代植株所结种子：单交组合CA12107/GY14038、单交组合CA14037/GY13028、单交组合GY14038/15CA072。

或者，所述(1)中，也可为于秋季(9月底)在北京大田点播来源于复交组合的F₁代种子。在本发明的具体实施例中，所述复交组合的F₁代种子为复交组合CA1062/15CA072//CA1062的F₁代种子。

每个单交组合或复交组合的种子播种1500-2000株。

上述方法中，所述(2)中，选择土地平整、肥力均匀、具有良好排灌系统的试验地作为移栽用地。

上述方法中，所述(2)中，所述移栽的行长可为150-200cm，行距可为25-35cm，株距可为10-15cm。在本发明的具体实施例中，所述移栽的行长为150cm，行距为30cm，株距为10cm。

上述方法中，所述(2)中，所述移栽后还包括立即灌水保湿的步骤。移栽后可根据天气和土壤状况，决定灌水时间和次数，移栽后一周内保持土壤湿润，确保移栽麦苗的成活。移栽7天左右缓苗，随后进入起身拔节期，要加强中耕除草、施肥浇水及防治鼠害等田间管理，确保植株发育良好。

上述方法中，所述(2)中，所述农艺性状包括如下至少一种：株高、穗数、穗子大小、穗型、抽穗期、开花期、茎秆弹性、灌浆速度和抗病性(如白粉病、叶锈病)。选择农艺性状优良的单株的方法如下：以田间对照品种为标准，选择穗数多、矮杆大穗、结实性好、早熟、茎秆弹性好、抗病性达到中抗的单株作为优良单株。单株选择时，优良性状越多越好。

另外，除了根据农艺性状进行单株选择外，还应从对“光、温反映”的情况对单株进行选择。由于海南三亚的气候条件(包括光照时间、强度和温度)与北京差异较大，不同品种对此反应不同。有的品种反应不敏感，抽穗较早，对环境条件的变化适应性较强，如对照品种中麦175；有的品种反应敏感，抽穗和成熟明显变晚，对环境条件的变化适应性较差，如CA12107。因此，应选择反应不敏感类型的单株，从而提高品种的适应性。

进一步的，优良单株的选择可分两次进行：

第一次选择优良单株，在抽穗开花期进行。由于海南三亚温度高，植株生长发育快，抽穗和开花较接近，有的抽出半个穗就开花。此时以对照中麦175为标准，选择抽穗不晚于对照1天以内，株高与对照相当(只是初步，此时株高未定型)，穗子较多较大的优良单株。

第二次选择优良单株，即最终决选，在收获前移栽后60天左右(灌浆中后期)进行。决选是在第一次选择(抽穗开花期中所选单株)的基础上进行，主要从株高、灌浆、抗病性等方面选择。一般保留株高不超过对照(少数优异单株可适当放宽)，灌浆速度快，无白粉病和叶锈病或发病较轻(中抗)的优良单株，淘汰不良株。

上述方法中，所述(2)中，为满足下代在北京低温春化时间要求，缩短在海南籽粒灌浆时间，必须在未完全成熟之前提早收获具有优良性状的单株的种子。通常大约在次年1月底(开花后20天左右，灌浆中后期)收获选择的单株，晾干(或烘干)后按株脱粒，并及时将种子空运回北京，准备早春播种。

上述方法中，所述(3)中，所述条播前还包括将大田用塑料薄膜覆盖的步骤，以保持地温和湿度，避免土壤结冰。

上述方法中，所述(3)中，所述条播前还包括打破种子休眠的步骤。所述打破种子休眠的方法具体可为将种子在1％双氧水中浸泡24小时。

上述方法中，所述(3)中，所述条播后还包括覆膜的步骤。待小麦幼苗长至2叶一心时可少量掀开薄膜，待小麦幼苗长至3叶一心时可完全掀开薄膜，使小麦幼苗自然生长，依靠早春低温使麦苗通过春化。

上述方法中，所述(3)中，所述条播的行长可为150-200cm，行距可为25-30cm，每行可播种100-150粒。在本发明的具体实施例中，所述条播的行长为200cm，行距为30cm，每行播种120粒。

上述方法中，所述(3)中，所述选择农艺性状优良的株系的方法同上述(2)中选择农艺性状优良的单株的方法。

上述方法中，所述冬小麦的品种为冬性品种或半冬性品种。

上述方法在小麦育种中的应用也属于本发明的保护范围。

不加代条件下的生育周期和加代条件下的生育周期比较如表1所示。

表1、不加代条件下的生育周期和加代条件下的生育周期比较

本发明的优点如下：

1、不需要人工气候室或温室条件，完全在大田自然条件下进行加代选择。

2、不需要通过室内长时间低温春化处理，完全依靠北京自然低温条件使小麦通过春化阶段。

3、异地加代F₂分离世代，实现单株综合农艺性状和光、温反映的选择，不仅选择的准确性高，同时扩大了品种的适应性。由于在大田条件下正常时期播种、生长和度过春化阶段，单株分蘖多，特别是能够成穗的大蘖多，为南繁加代时的单株选择创造良好基础。由于南繁加代时进行了单株选择，回到北京后可以按株行种植，因此可以通过株系选择，获得优异株系，选择更加容易而且准确性高。育种年限缩短1年，由原来的5-6年缩短到4-5年。

与现有技术中的南繁加代方法相比，效率提高明显，主要体现在：1)简单快速经济，技术难度低，无需特殊设施，简单易行，需要的人力物力少，2个月完成加代选育；2)加代的F₂代为育种关键分离世代，通过对其进行综合农艺性状如穗数、穗子大小、株高、抽穗、抗病性(如叶锈病、白粉病)等进行选择，以及对光、温反映进行选择，扩大了品种的适应性和稳定性，提高了育种选择效率。

本发明在北京越冬阶段(12月至次年2月)完成一次加代。通过在北京大田自然条件下完成加代前及加代后植株的分蘖与春化过程，无需人工低温春化，既操作简便，又为海南三亚移栽后的单株选择的准确性提供了保障；而且在南繁加代时对F₂代分离的单株进行综合农艺性状选择，显著减少了北京种植群体及人力物力的投入。本发明建立起一套简便快捷高效的大田北京-海南三亚-北京加代育种方法，很容易地实现北京-海南-北京一年两代(F₂、F₃代)选育，收获后通过株系种植，较易筛选出优良株系。缩短了育种年限，提高了育种效率。

具体实施方式

以下的实施例便于更好地理解本发明，但并不限定本发明。下述实施例中的实验方法，如无特殊说明，均为常规方法。下述实施例中所用的试验材料，如无特殊说明，均为自常规生化试剂商店购买得到的。

下述实施例中的3个单交组合CA12107/GY14038、CA14037/GY13028、GY14038/15CA072的F₂代种子和1个复交组合CA1062/15CA072//CA1062的F₁代种子均可由杂交亲本组配而得到。所有亲本CA12107，GY14038，CA14037，GY13028，15CA072和CA1062均是本专利发明人课题组培育的小麦品种(系)，公众可从申请人处获得，该生物材料只为重复本发明的相关实验所用，不可作为其它用途使用。

其中CA1062(中麦1062)已通过国家北部冬麦区品种审定，组合为豫麦34/轮选987³，审定编号为国审麦2016028，已在生产上大面积推广种植。CA12107，GY14038，CA14037，GY13028和15CA072均为通过小麦杂交和回交，经系谱选育而成的新品系，具体来源如下：CA12107组合为中麦175/CA0495//CA0518；GY14038组合为sunstate/济麦22³；CA14037组合为CA9722/轮选987；GY13028组合为中麦875/山农2149；15CA072组合为(sunstate/温麦6)/济麦22。所有组合的亲本材料公众可从申请人处获得，该生物材料只为重复本发明的相关实验所用，不可作为其它用途使用。

实施例1、一种冬小麦异地加代育种方法

以3个单交组合CA12107/GY14038、CA14037/GY13028、GY14038/15CA072的F₂代种子和1个复交组合CA1062/15CA072//CA1062的F₁代种子为实验材料进行异地加代试验。

具体实施过程如下：

1、秋播种植

于2017年9月30日，将实验材料(各单交组合的F₂代种子和复交组合的F₁代种子)人工点播于北京市中国农业科学院作物科学研究所中圃场试验地，每个组合1500-2000株，行长200cm，行距30cm，株距10cm，按常规方法进行管理。

2、挖苗、清洗

于2017年11月30日，土壤处于夜间封冻白天化冻的状态，小麦苗已完全通过春化阶段，每个单株平均8-10个分蘖。将麦苗按组合挖出，用水清洗掉泥土，适当晾晒，去除掉过多的水分后装箱，直接空运到海南三亚市崖城试验站进行移栽。

3、幼苗大田移栽

于2017年12月1日，在海南三亚市崖城试验站，选择土地平整，土壤肥力均匀，具有良好排灌系统的地块作为移栽用地。整地开沟，将空运的麦苗尽快移栽到大田里。行长150cm，行距30cm，株距10cm，确保每棵植株具有足够的生长空间。

4、幼苗田间管理

移栽后立即灌水保墒，根据天气和土壤状况，决定灌水时间和次数，保持移栽后一周内土壤湿润，保障移栽麦苗成活。由于当地气温较高，移栽后要时刻观注土壤墒情，确保缓苗期间土壤湿润，5-7天后麦苗缓苗成活，此时要加强中耕除草、施肥浇水及防治鼠害等田间管理，确保植株发育良好。

5、单株选择

移栽后10天左右麦苗开始起身拔节，移栽后30天后麦苗开始挑旗、几天后开始抽穗开花，不同组合之间及同一组合不同单株之间，在株高、分蘖数和成穗数等方面有明显的差异。

于2018年1月10日，移栽后40天，抽穗开花时开始进行单株选择，根据抽穗期、株高、穗数、穗子大小、穗型、抗病性(叶锈病、白粉病等)等综合农艺性状选择优良单株。

优良单株的选择方法为选择与对照品种中麦175相比，抽穗较早(不晚于对照1天)，穗子较多较大，株高与对照相当的单株作为优良单株。单株选择时，优良性状越多越好。

6、决选及收获脱粒

于2018年1月29日，移栽后60天(开花后20天左右，灌浆中后期)进行决选并收获。决选是在步骤5抽穗期中所选单株的基础上进行，一般保留株高不超过对照(少数优异单株可适当放宽)，灌浆速度快，无白粉病和叶锈病或发病较轻(中抗)的优良单株并收获，淘汰不良株。收获后以单株为单位晾干(或35℃条件下烘干)后脱粒，立即将种子(F₂单株结的种子)带回北京进行早春播种。

7、打破休眠

于2018年2月5日，将种子(F₂单株结的种子)置于加厚的茶包袋中，放入1％双氧水中在室温条件下浸泡24小时，打破休眠，并使种子萌动，处理后的种子用清水冲洗2-3遍后，准备播种。

8、冻土开沟、播种

早春播种的土地需要在秋季封冻前灌足底墒水，打畦旋耕开沟并用塑料薄膜覆盖，保持土壤水分、温度，避免土壤结冰，并使土壤在次年早春播种时表层土壤能够化冻开沟。第二年早春播种前揭开地膜，在原来的基础上重新开沟，开沟后流水沟灌。

于2018年2月6日，将步骤7中的处理后的种子按株进行坐水条播，每株1行，行长200cm，行距30cm，每行120粒。播种封土后盖塑料膜保湿保温，确保苗齐。

9、揭膜、春化

待幼苗长至2叶一心后少量掀开薄膜练苗，3叶一心时揭去全部塑料膜，使其自然生长，依靠早春低温使麦苗通过春化。

10、选择及收获

揭膜后麦苗生长良好，春生分蘖较多。于2018年4月下旬开始起身拔节，5月下旬抽穗开花、灌浆。于2018年6月10日-15日(灌浆中后期)对株系进行人工选择，通过株高、成熟期、穗数、抗病性及落黄等综合农艺性状确定优良株系，于2018年6月22日成熟后收获，从中选的株系中选择优良单株脱粒，收获种子(F₃单株结的种子)可按正常播种期和播种方法在北京于9月底进行播种，升入F₄代。

结合田间表现、室内籽粒考种情况，四个组合共保留76个株系的413个单株。其中，CA12107/GY14038组合3个株系、CA14037/GY13028组合5个株系、GY14038/15CA072组合4个株系、CA1062/15CA072//CA1062组合3个株系表现突出，基本达到选育品种的标准，有望成为小麦新品种。

Claims (10)

1.一种冬小麦异地加代育种方法，包括如下步骤：

(1)于秋季在北京大田点播小麦F₂代种子，生长培育，待小麦幼苗自然完成春化作用后挖苗，得到待移栽的幼苗；

(2)完成步骤(1)后，将所述待移栽的幼苗移栽至海南三亚大田，生长培育，待小麦植株抽穗开花后选择农艺性状优良的单株，并在成熟前收获其种子；

(3)完成步骤(2)后，于次年早春将所述种子条播于北京大田中，生长培育，于灌浆中后期选择农艺性状优良的株系，成熟时收获其种子。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述(1)中，待每个小麦幼苗单株平均有8-10个分蘖时进行挖苗。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于：所述(1)中，所述挖苗后还包括清洗和晾晒的步骤。

4.根据权利要求1-3任一所述的方法，其特征在于：所述(1)中，所述点播的行长为150-200cm，行距为25-30cm，株距为10-15cm。

5.根据权利要求1-4任一所述的方法，其特征在于：所述(2)中，所述移栽的行长为150-200cm，行距为25-35cm，株距为10-15cm。

6.根据权利要求1-5任一所述的方法，其特征在于：所述(2)中，所述移栽后还包括立即灌水保湿的步骤。

7.根据权利要求1-6任一所述的方法，其特征在于：所述(2)和(3)中，所述农艺性状包括如下至少一种：抽穗期、开花期、株高、穗数、穗子大小、穗型、茎秆弹性、灌浆速度和抗病性。

8.根据权利要求1-7任一所述的方法，其特征在于：所述(3)中，所述条播前还包括打破种子休眠的步骤；

或，所述条播后还包括覆膜的步骤。

9.根据权利要求1-8任一所述的方法，其特征在于：所述(3)中，所述条播的行长为150-200cm，行距为25-30cm，每行播种100-150粒。

10.权利要求1-9任一所述的方法在小麦育种中的应用。