CN110150142B - 一种品质热稳定小麦育种方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出了在小麦各世代选择不同的品质参数作为热稳定性测定参数，能够准确反映出小麦品种的品质热稳定性，并在此基础上提出了一种品质热稳定小麦育种方法。

Description

一种品质热稳定小麦育种方法

技术领域

本发明涉及一种小麦育种方法，具体涉及一种选育具有品质热稳定性的小麦育种方法，属于农业育种领域。

背景技术

干热风是出现在小麦籽粒灌浆期间、导致小麦乳熟期受害秕粒的一种干而热的风，其中高温胁迫是最重要因素。自20世纪中叶以来，极端高温天气事件频发、海平面上升、北极海冰减少让我们目睹了全球升温的后果，且频率和严重程度可能会继续增加。高温胁迫危害面积大，严重影响小麦产量和品质，研究表明全球气温每升高1℃将导致小麦产量下降4.1％-6.4％，2018年河北省小麦灌浆后期出现的中-重度干热风，品质降低严重，有的品系稳定时间下降幅度达71.4％。严峻的气候形势使得小麦产量和品质的热稳定性评价研究尤为迫切，通过这些热稳定品质参数，可以指导小麦新品种的培育过程，从而培育出具有良好品质热稳定性的新产品。

通过比较小麦不同灌浆期高温胁迫处理下品质指标的变化，建立一系列品质热稳定性指标，是评价鉴定小麦品种品质热稳定性的有效方法。孙其信等发现在热逆境下千粒重较稳定的品种可能具有较强的耐热性，并据此提出粒重热感指数指标，此指标能够反映作物性状对热逆境的敏感性和参试材料的稳产性，应用于小麦抗热种质材料筛选更直观，但是品质热稳定性方面指标未指出。

现有技术中，表征小麦品质好坏的品质参数有很多，同时，我们还发现，不同的品质参数在小麦生长中的不同时期受到热影响后产生的作用不尽相同，例如，对于某个热稳定性差的小麦品种，其中某个品质参数只有在特定时期进行测定才会表现出热稳定性差，而在其他的生长时期，即使经受了热胁迫，该品质参数相对于未受热胁迫来说并不会发生较大变化，因此，如果不是在恰当的生长时期进行测定，那么测定出的热品质参数变化情况也是不准确的，也即不能真实反映出该小麦品种的热稳定性。这使得在小麦热稳定性评价中选择哪些品质参数进行研究以及在什么阶段进行品质参数测定变得困难。同时，在小麦育种过程中，一般都需要经历好几个世代才能选出最终性质热稳定的品种，但是在哪个世代检测哪个品质参数又是不确定的，而品质参数和品质参数测定时间的确定是培育热稳定小麦品种的关键步骤，也即如果在不恰当的世代检测了非正确的品质参数，则其特性有无变化可能并不能表征出该品种的热稳定性如何，本申请正为解决上述问题而提出了一种热稳定小麦品种的育种方法。

发明内容

根据本发明的一实施例，提供了一种品质热稳定小麦育种方法，其特征在于：包括以下步骤：

S1、小麦品种耐热亲本筛选及杂交组配：在花后15天高温胁迫种植小麦亲本材料，在高温胁迫处理10天后，选择叶片持绿性≥50％以上的亲本，配制杂交组合，所述叶片持绿性≥50％是指叶片绿色部分所占面积大于50％；

S2、在小麦F2代设置常温处理，在小麦F3代及以上世代，同时设置高温处理和常温处理，选择不同品质指标参数，进行定向选育，选出品质热稳定小麦新品系，具体操作如下：

S2.1、早世代F2代材料，常温处理，利用液相色谱检测γ-醇溶蛋白含量，选取γ-醇溶蛋白含量≥4ug/mg面粉的材料；

S2.2、早世代F3代材料，设置花后21天盖棚高温处理3天与常温两个处理，检测γ-醇溶蛋白含量变化，选择高温处理后γ-醇溶蛋白含量下降的材料，淘汰高温处理后γ-醇溶蛋白含量升高的材料；

S2.3、F4代材料，设置花后21天盖棚高温处理3天与常温两个处理，测定粗蛋白含量，选择高温胁迫与常温处理粗蛋白含量之间无显著差异的材料；或者设置两个高温处理，分别为花后7天盖棚高温处理和花后14天盖棚高温处理，测定沉淀值，选择两个高温胁迫处理沉淀值之间无显著差异的材料；

S2.4、F5代材料，设置花后14天盖棚高温处理与常温两个处理，测定面团稳定时间，选择高温胁迫与常温处理稳定时间之间无显著差异的材料，即为小麦品质热稳定材料。

其中差异不显著的定义为：利用统计分析软件中的最小显著差法(Least-significant difference，LSD)，对需要分析差异显著性的数据组进行代入、计算显著性水平P，其中用P>0.05表示差异性不显著。

根据本发明的一实施例，在步骤S2.2中，如果F3代材料表现不整齐，或者存在性状突出优异的单株，继续选择该单株并检测γ-醇溶蛋白含量，选择γ-醇溶蛋白含量较高的材料。

根据本发明的一实施例，在步骤S2.1中，在大田均匀种植，株间距设置为3寸，每个组合的群体数量选择在1000株左右，取单株的五粒籽粒混合磨面，利用液相色谱检测γ-醇溶蛋白含量。

根据本发明的一实施例，其特征在于：在步骤S2.2中，大田条播种植成株系，株与株之间距离1寸，每个F3代材料群体在100株，取种子任意20粒混合磨面，利用A-PAGE电泳方法检测γ-醇溶蛋白含量。

根据本发明的一实施例，在步骤S2.3中，在大田条播种植成株系，株与株之间距离1寸，每个F3代材料群体在100株，利用近红外对其籽粒测定粗蛋白含量。

根据本发明的一实施例，在步骤S2.4中，在大田种植成小区，行距0.18米，每小区9行，小区面积12.4平方米，整区收获，籽粒磨面，测定面团稳定时间。

附图说明

附图1是花后7天经过热胁迫处理的材料的沉降值与花后14天经过热胁迫处理的材料的沉降值之间差异情况；

附图2是花后14天经过热胁迫处理的材料的稳定时间与未经过热胁迫处理的材料的稳定时间之间差异情况；

附图3是花后21天经过热胁迫处理的材料的粗蛋白含量与未经过热胁迫处理的材料的粗蛋白含量之间差异情况；

附图4是正常处理下三个品种γ-醇溶蛋白含量情况，其中白色部分表示γ-醇溶蛋白含量。

具体实施方式

为解决上述技术问题，申请人根据多年的育种经验并结合大量的实验结果，确定了小麦各世代选择不同的品质参数作为热稳定性测定参数，能够准确反映出小麦品种的品质热稳定性，并在此基础上提出了一种品质热稳定小麦育种方法：

S1、小麦品种耐热亲本筛选及杂交组配：在花后15天高温胁迫种植小麦亲本材料，在高温胁迫处理10天后，选择叶片持绿性≥50％以上的亲本，配制杂交组合，所述叶片持绿性≥50％是指叶片绿色部分所占面积大于50％。该步骤通过叶片抗热性的检测可实现低成本的品种初步筛选，通过实践验证，这种方式是实现低成本有效检索的最佳手段。

S2、在小麦F2代设置常温处理，在小麦F3代及以上世代，同时设置高温处理和常温处理，选择不同品质指标参数，进行定向选育，选出品质热稳定小麦新品系，具体操作如下：

S2.1、早世代F2代材料，常温处理，在大田均匀种植，单株之间距离3寸，每个组合的群体数量选择在1000株左右；在小麦灌浆期，选择综合性状优良的单株，例如穗大粒多、丰产性好，旗叶上冲、株型漂亮，抗病性好，株高在58-65厘米左右，落黄漂亮；取单株的五粒籽粒混合磨面，利用液相色谱检测γ-醇溶蛋白含量，选取γ-醇溶蛋白含量≥4ug/mg面粉的材料。上面株间距设置为3寸的原因在于：我们研究发现，通过设置3寸的单株间距，在利用液相色谱检测γ-醇溶蛋白含量情况下，准确性最好，对于这一点，是区别于现有技术的认知的，现有技术中普遍的认知为株间距对于测量精度并不会带来影响，但是我们的研究却发现株间距不同会对液相色谱检测方法的精度带来影响，这显然带来了意料不到的技术效果，这应当也属于本申请的发明点之一。

S2.2、早世代F3代材料，设置花后21天盖棚高温处理3天与常温两个处理，在大田条播种植成株系，株与株之间距离1寸，每个F3代材料群体在100株，选择综合性状优良株系，例如整齐度较好，穗大粒多、丰产性好，旗叶上冲、株型漂亮，抗病性好，株高在60-70厘米左右，整系收获；取种子任意20粒混合磨面，利用A-PAGE电泳方法检测γ-醇溶蛋白含量变化，选择高温处理后γ-醇溶蛋白含量下降的材料，淘汰高温处理后γ-醇溶蛋白含量升高的材料。如果F3代材料表现不整齐，或者存在性状突出优异的单株，可继续选择该单株并利用高效液相色谱检测γ-醇溶蛋白含量，选择γ-醇溶蛋白含量较高的材料，进入下一年的A-page电泳检测γ-醇溶蛋白含量变化的鉴定过程。上面株间距设置为1寸的原因在于：我们研究发现不同于液相色谱检测方法，通过设置1寸的单株间距，在利用A-page电泳法检测γ-醇溶蛋白含量情况下，准确性最好，对于这一点，同样区别于现有技术的认知的，现有技术中普遍的认知为株间距对于测量精度并不会带来影响，但是我们的研究却发现株间距不仅会对液相色谱检测方法的精度带来影响，同样会对A-page电泳法检测精度产生影响，不过两者之间还是存在区别的，对于A-page电泳法来说，1寸的株间距最好。

S2.3、F4代材料，设置花后21天盖棚高温处理3天与常温两个处理，在大田条播种植成株系，株与株之间距离1寸，每个F3代材料群体在100株，选择综合性状优良株系，例如整齐度较好，穗大粒多、丰产性好，旗叶上冲、株型漂亮，抗病性好，株高在60-70厘米左右，整系收获；利用近红外对其籽粒测定粗蛋白含量，选择高温胁迫与常温处理粗蛋白含量之间无显著差异的材料。针对F4代材料，也可设置两个高温处理，分别为花后7天盖棚高温处理3天和花后14天盖棚高温处理3天，在大田条播种植成株系，株间距1寸，每个F3代材料群体在100株，选择综合性状优良株系，例如整齐度较好，穗大粒多、丰产性好，旗叶上冲、株型漂亮，抗病性好，株高在60-70厘米左右，整系收获；籽粒磨面，测定沉淀值，选择两个高温胁迫处理沉淀值之间无显著差异的材料。

S2.4、F5代材料，设置花后14天盖棚高温处理3天与常温两个处理，在大田种植成小区，例如行距0.18米，每小区9行，小区面积12.4平方米，选择综合性状优良株系，例如整齐度较好，穗大粒多、丰产性好，旗叶上冲、株型漂亮，抗病性好，株高在65-70厘米左右，整区收获；籽粒磨面，测定其面团稳定时间，选择高温胁迫与常温处理稳定时间之间无显著差异的材料，即为小麦品质热稳定材料。

需要说明的是：1)差异显著、极显著以及不显著的评价标准为：利用统计分析软件(例如DPS)中的最小显著差法(Least-significant difference，LSD)，对需要分析差异显著性的数据组进行代入、计算显著性水平P，其中用P>0.05表示差异性不显著；0.01<P<0.05表示差异性显著；P<0.01表示差异性极显著；。

上述在不同世代测定不同品质参数的原因主要在于每个世代产量上的不同造成的，这也是为降低培育成本而采取的解决方式，早世代的品种存在更大的不确定性，在该阶段如果进行大面积种植，则产生浪费的概率较大，因此，对于需要较多产量才能测定的品质参数事宜放置到后世代中测定，这样可以极大的降低培育成本。

在不同的花后天数设置热胁迫后测定不同的品质参数是基于我们长期的试验结果以及长期的经验积累，这是本申请的发明点，只有通过本申请限定的这种方式才能保证最终获得热稳定品种，上述各个步骤中的热胁迫施加时间以及相应热胁迫后测定品质参数的确定均不是随意的，也不是可简单可更改的，上述各个步骤组合成一个整体解决了本申请所要解决的技术问题。

作为上述测定标准适用性验证的一实施例，申请人以三个强筋冬小麦品种为实验材料，分别在花后7天、14天和21天进行高温处理，对沉降值、稳定时间、粗蛋白质含量，以及γ-醇溶蛋白含量的变化进行了具体研究。

具体是在花后7天、14天和21天用抗热鉴定棚(作为参考，可使用ZL201621249461.3中所提到的热胁迫棚)覆盖，棚内最高温度控制在42℃。其中花后7天、14天和21天为热胁迫处理时间点，而不是测量材料的时间点。待材料完熟后，收获籽粒，静置1个月后磨面检测。检测指标包括：面团稳定时间，粗蛋白含量，沉降值，γ-醇溶蛋白含量。

检测结果如附图1-3所示，其中GY2018(藁优2018)，SL02-1(师栾02-1)和SY20(石优20)分别代表三个被测定的小麦品种，CK代表没有经历任何热胁迫的株苗，7DAA代表花后7经历了热胁迫，14DAA代表花后14天经历了热胁迫，21DAA代表花后21天经历了热胁迫。

为了更加清晰地显示出差异的情况，在图中用字母对差异特性进行了标注(具体参见文献【1】)，具体操作如下：

1)将全部平均数从大到小顺序排列，然后在最大的平均数上标上字母a；

2)将该平均数依次和其以下各平均数相比，凡差异不显著的都标字母a，直至某一个与之相差显著的平均数则标以字母b。

3)再以该标有b的平均数为标准，与上方各个比它大的平均数比，凡不显著的也一律标以字母b；

4)再以标有b的最大平均数为标准，与以下各未标记的平均数比，凡不显著的继续标以字母b，直至某一个与之相差显著的平均数则标以字母c；

5)......如此重复下去，直至最小的一个平均数有了标记字母为止。

LSD结果统计学上常用字母标记法【文献2】标注，有一定的标记规则，有时需要用大小写多个字母同时表示，其含义：大写字母不同表示差异极显著(P＜0.01)，小写字母不同表示差异显著(P＜0.05)，而标有相同小写字母表示差异不显著(P＞0.05)。

参考文献：

【1】郝拉娣，何平。图表中平均数差异显著性检验结果的规范表达[J]。编辑学报，2008，20(2)。

【2】李春喜，王文林。生物统计学[M]。北京：科学出版社，1997。

从附图1-3中可以看出，三个品种品质热稳定性表现出明显不同。GY2018和SL02-1在经历热胁迫后品质参数均未发生显著变化。而SY20在花后14天的热胁迫处理后其稳定时间变化有显著差异，从26.4min降低至9.1min，对高温胁迫表现敏感。特别是在γ-醇溶蛋白含量上，SY20为1.72ug/mg面粉，未超过2ug/mg面粉；两个品质热稳定品种GY2018达4.77ug/mg面粉，SL02-1达8.06ug/mg面粉，均超过了4ug/mg面粉。经过热胁迫后，其γ-醇溶蛋白含量的变化如下表所示：

从上表可以看出，GY2018和SL02-1的γ-醇溶蛋白含量在经历热胁迫之后均出现了不同程度的下降，而SY20正常处理下γ-醇溶蛋白的含量小于4ug/mg面粉，并且经过热胁迫处理后含量反而升高，这页验证了我们判定标准的正确性。

上述测定结果与上述三个品种的日常热稳定表现结果相匹配，SY20在实际当中热稳定性相对来说差一些，而另外两个品种在实际种植中稳定性表现相对好很多。

通过实验，也验证了这三个花后时间品质指标的变化来指示品质热稳定性，可减少因花后不同时间热胁迫出现不同的结果而带来的误差。如果不对这几个时间点以及相应的世代上进行分析，而是简单的在任意世代和时间点随便加上热处理，来分析品质热稳定性，可能同一品种得出的结果不一样，从而影响品质热稳定性辨别正确率。

Claims (6)

1.一种品质热稳定小麦育种方法，其特征在于：包括以下步骤：

S1、小麦品种耐热亲本筛选及杂交组配：在花后15天高温胁迫种植小麦亲本材料，在高温胁迫处理10天后，选择叶片持绿性≥50％以上的亲本，配制杂交组合，所述叶片持绿性≥50％是指叶片绿色部分所占面积大于50％；

S2、在小麦F2代设置常温处理，在小麦F3代及以上世代，同时设置高温处理和常温处理，选择不同品质指标参数，进行定向选育，选出品质热稳定小麦新品系，具体操作如下：

S2.1、早世代F2代材料，常温处理，利用液相色谱检测γ-醇溶蛋白含量，选取γ-醇溶蛋白含量≥4ug/mg面粉的材料；

S2.2、早世代F3代材料，设置花后21天盖棚高温处理3天与常温两个处理，检测γ-醇溶蛋白含量变化，选择高温处理后γ-醇溶蛋白含量下降的材料，淘汰高温处理后γ-醇溶蛋白含量升高的材料；

S2.3、F4代材料，设置花后21天盖棚高温处理3天与常温两个处理，测定粗蛋白含量，选择高温胁迫与常温处理粗蛋白含量之间无显著差异的材料；或者设置两个高温处理，分别为花后7天盖棚高温处理和花后14天盖棚高温处理，测定沉淀值，选择两个高温胁迫处理沉淀值之间无显著差异的材料；

S2.4、F5代材料，设置花后14天盖棚高温处理与常温两个处理，测定面团稳定时间，选择高温胁迫与常温处理稳定时间之间无显著差异的材料，即为小麦品质热稳定材料；

其中差异不显著的定义为：利用统计分析软件中的最小显著差法(Least-significantdifference，LSD)，对需要分析差异显著性的数据组进行代入、计算显著性水平P，其中用P>0.05表示差异性不显著。

2.根据权利要求1所述的品质热稳定小麦育种方法，其特征在于：在步骤S2.2中，如果F3代材料表现不整齐，或者存在性状突出优异的单株，继续选择该单株并检测γ-醇溶蛋白含量，选择γ-醇溶蛋白含量较高的材料。

3.根据权利要求1或2所述的品质热稳定小麦育种方法，其特征在于：在步骤S2.1中，在大田均匀种植，株间距设置为3寸，每个组合的群体数量选择在1000株，取单株的五粒籽粒混合磨面，利用液相色谱检测γ-醇溶蛋白含量。

4.根据权利要求1或2所述的品质热稳定小麦育种方法，其特征在于：其特征在于：在步骤S2.2中，大田条播种植成株系，株与株之间距离1寸，每个F3代材料群体在100株，取种子任意20粒混合磨面，利用A-PAGE电泳方法检测γ-醇溶蛋白含量。

5.根据权利要求1或2所述的品质热稳定小麦育种方法，其特征在于：在步骤S2.3中，在大田条播种植成株系，株与株之间距离1寸，每个F3代材料群体在100株，利用近红外对其籽粒测定粗蛋白含量。

6.根据权利要求1或2所述的品质热稳定小麦育种方法，其特征在于：在步骤S2.4中，在大田种植成小区，行距0.18米，每小区9行，小区面积12.4平方米，整区收获，籽粒磨粉，测定面团稳定时间。

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