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四川省近10年育成小麦品种系谱及性状分析

2024-01-13张连全费德友李小雨

四川农业大学学报 2023年6期
关键词:赤霉病白粉病亲本

蒋 进,张连全,费德友,李小雨

(1.南充市农业科学院,四川 南充 637000;2.四川农业大学小麦研究所,成都 611130)

四川省是我国南方冬麦区的重点区域,是西南地区最大的小麦生产区,属中、弱筋小麦优势产区[1]。2023年全省小麦播种面积为58.6×104hm2,总产量为264×107kg,比上年度增长了6.6%[2]。选育适宜生态气候特点的优质绿色高产稳产新品种是促进区域小麦产业持续健康发展的关键,近年来四川小麦育种家多措并举育成了一大批小麦新品种[3]。品种系谱为深入揭示育成品种亲缘关系提供了重要信息,其中直接亲本对分析亲本构成、遗传贡献及变化规律具有重要作用[4]。余遥等[5]系统总结了20世纪30年代以来四川小麦生产发展的技术经验、育种、栽培和相关科研取得的成果与进展,提出今后的发展方向和路径。郑建敏等[6]分析了1936—2017年四川育成314 个小麦品种来源系谱,提出了四川小麦育种从依靠引进材料到自主创新材料,易位系和人工合成种质对四川小麦作出了巨大贡献的结论。

研究当前育成品种的产量和农艺性状、品质性状的特点以及对小麦主要病害抗性的遗传改良,对于今后育种具有重要实际意义。近年来,许多专家学者对不同小麦主产区育成的小麦品种性状变化规律和趋势进行了研究。王汉霞等[7]统计了2006—2018年北京市审定的49 个小麦品种产量性状,发现产量性状呈逐年递增趋势,提出在保持适中单位面积穗数的基础上,增加穗粒数和千粒重,兼顾品质和抗性的育种策略。蒋进等[8]以2008—2018年四川省审定的100 个小麦品种为研究对象,分析了其农艺性状和品质性状,发现产量和籽粒品质提升不同步。张华崇等[9]统计了2001—2020年湖北省审定的57 个小麦品种的产量、品质性状和抗病情况,提出了增加有效穗以提高产量、把面团稳定时间作为品质育种的主攻方向等育种策略。综上,探究培育品种的选育规律,摸清育成品种的亲缘关系和当前育成新品种的特征特性,能为今后小麦育种提供参考。

本研究通过统计梳理近10年四川育成的112个小麦品种的有关性状,对审定品种的育种方式、来源系谱,产量和相关农艺性状、重要品质性状进行了分析。从多个角度,总结描述了四川小麦育种特点、品种特征特性,总结了经验探讨了问题,以期为今后四川小麦育种提供参考。

1 材料和方法

1.1 研究材料

试验材料为2013—2022年期间四川省育成的112 个小麦新品种,数据资料来源于区域试验总结和品种审定公告。本研究统计年份为品种通过审定年份,如某品种在2019年结束试验,审定公告2020年发布,统计年份计为2020年。

1.2 研究方法

本文仅对育成品种的产量、单位面积穗数、穗粒数、千粒重、生育期和株高6项农艺性状及籽粒容重、粗蛋白含量、湿面筋含量和面团稳定时间4个主要品质性状进行分析。

采用Microsoft Excel 2010和Origin 2017软件进行数据的统计分析。

2 结果与分析

2.1 审定品种概况及育种特点

2.1.1 审定品种概况

年均审定品种个数稳定(图1)。近10年(2013—2022)共计育成小麦新品种112 个(特殊类型组除外,通过国审的品种不重复计),年均10个左右。其中,2018年、2021年和2022年分别有2个(川麦601、川农32)、1 个(川麦93)和2 个(南麦941、蜀麦133)品种通过国家长江上游冬麦区审定,2022年有3 个品种通过云南省审定(川育25、川农30、川麦67)。

图1 四川近年审定小麦品种个数Figure 1 Number of approved varieties in recent years

2.1.2 育种特点

从育种单位类型来看,各级科研机构(中国科学院、高校和省、市级农科院所等)是四川小麦育种的主要力量,近10年共计培育了102 个小麦新品种,占育成品种总数的91.1%,种业公司独立选育新品种3 个(2.7%),科研机构和种业公司合作选育新品种7个(6.2%)。

从育种方式上来看,杂交育种仍然是四川小麦育种的主要方式(表1)。112 个育成品种中通过有性杂交育种方式选育的有110个(98.2%),其中单交组合70个(62.5%),复交组合40个(35.7%);通过杂交和诱变相结合的方式育成新品种2个(1.8%)。

表1 小麦品种育种方式统计表Table 1 Statistical of breeding methods of the varieties

统计表明,育成112 个品种的直接亲本有184个,配制杂交组合101 个。其中由两个直接亲本杂交育成的品种数量最多(73 个),占总数的65.2%。随着直接亲本数量的增加,育成品种数呈下降趋势。由3 个亲本育成的品种共计26 个,占总数的23.2%;由4 个亲本育成的品种共计9 个,占总数的8.0%;由5个亲本育成的品种数最少(4个),占总数的3.6%。

由表2可知,育成112个品种的杂交组合中,育成1 个品种的组合有93 个;育成2 个品种的组合有6个(30389/B1291、川重组104/CN16选-1、间3/川农19//川麦104、16-1/攀早抗、99-55/1257、99-1572/98-266//01-3570);育成3 个品种的组合有1 个(川重组104/川07005);育成4 个品种的组合有1 个(01-3570/R138)。

表2 相同杂交组合育成品种统计Table 2 Breed statistics of the same cross combination

亲本的使用频率统计显示(表3),直接育成品种数≥3 的亲本共有20 个。其中,川麦42/99-1572、川重组104/川麦104 作为直接亲本分别育成了16个、11个新品种,遗传贡献率分别为7.250、5.500,为四川小麦近年育种的骨干亲本。

表3 骨干亲本统计Table 3 High frequency parental statistics

2.2 育成品种性状分析

2.2.1 产量及农艺性状

统计四川省2013—2022年期间育成小麦品种的产量及农艺性状(表4)。6 项性状的变异系数均在10%以内,说明总体变异幅度较小,育成品种间性状较为接近,育种改良取得大的进步具有一定难度。统计发现,112个品种区试产量平均为5.718×103kg/hm2,变异系数为4.5%。构成产量的三要素单位面积穗数、穗粒数和千粒重的变异系数分别为6.9%、7.3%和6.0%,均要大于产量的变异系数,说明产量性状是由其构成三要素协调的结果,它们间存在一定的相关关系;生育期平均为180.4 d,变异系数最小(1.6%),但是同年育成品种的变异幅度较大;112个品种的区试平均株高为87.7 cm,变异系数为6.0%,不同育种单位育成品种的株高存在明显差异,可能与前期小麦矮化育种和近年提出的提高小麦生物产量理念的不同,导致育成品种株高变幅较大。

表4 四川省2013—2022年育成品种产量和农艺性状统计Table 4 Statistical analysis of yield and agronomic traits of wheat cultivars released recently in Sichuan Province

四川近年育成部分小麦品种单项性状突出。例如,区试产量最高的品种为川麦1648(川审麦20200004/国审麦20230001,6.300×103kg/hm2),生育期最短的品种为蜀麦1963(川审麦20220007,174 d),株高最矮的品种为川麦1131(川审麦2015011,74 cm),单位面积穗数最多的品种为川麦82(川审麦20170007,398.7×104穗/hm2),穗粒数最多的品种为荣春南麦1 号(川审麦2014007,54.2粒),千粒重最高的品种为川麦618(川审麦20220005,52 g)。因此,上述品种可以继续作为优异的种质资源在今后品种遗传改良上加以利用。

从图2 可以看出,产量明显呈上升趋势,线性拟合结果表明,2013—2022年平均每年提高41.663 kg/hm2;产量构成3要素中,单位面积穗数年均提高2.944×104穗/hm2,千粒重年均增加0.274 g,穗粒数有小幅度下降。说明近年育成品种产量提高主要是千粒重和单位面积穗数增加的贡献。育成品种的株高有逐年变高的趋势,但是年内变异幅度较大,品种间株高可相差10 cm 以上。生育期变异幅度逐年减小,且呈逐渐缩短的趋势。这可能与育种家为满足“稻-麦”“小麦-高粱”轮作茬口,选育早熟品种有关。

图2 产量及相关农艺性状随年份变化趋势Figure 2 Change of wheat yield and relative traits with years

2.2.2 抗病性状

由表5 可知,育成112 个新品种对条锈病均为中抗及以上,其中川麦802、川麦618和蜀麦1958等51个品种达到高抗水平,占45.5%;对白粉病达到抗以上水平品种47个,占42.0%;其中蜀麦1958、绵麦902 和内麦101 等19 个品种达到高抗水平,约占17.0%;对赤霉病表现为中抗以上水平有科成麦5号、科成麦6号和蜀麦126等17个品种,占育成品种的15.2%。

表5 育成品种对3种主要病害的抗性分级数目统计Table 5 Classification statistics of resistance of the varieties to three main diseases

分析育种年份发现,培育品种对白粉病和赤霉病表现为抗的品种在每年育成品种中的比例有所下降。例如,2013年育成11 个新品种,对白粉病达到抗以上水平的共8 个(高抗4 个),占育成品种的72.73%。2022年育成8个新品种,对白粉病达到抗以上水平的共2个(高抗1个),占育成品种的25%。在对赤霉病的抗性中,17 个中抗品种均为2013—2017年间培育而成,2018—2022年育成小麦品种对赤霉病均为中感及以下水平。

分析2013—2022年育成的112 个品种对条锈病、白粉病和赤霉病3 种小麦主要病害的抗性鉴定结果发现,育成品种抗病性强,多数品种兼抗两种或两种以上的病害。例如,绵麦1618、蜀麦969、宜麦9号、川麦92、南麦991、川麦1145、绵麦112、内麦366 和科成麦6 号对3 种病害均表现为中抗以上水平;川麦80、川辐8 号、川麦1247、川育25、川麦69、蜀麦126、科成麦5号和绵杂麦638对条锈病和赤霉病均表现为中抗及以上水平;蜀麦969、南麦660 和西科麦8 号等47 个品种对白粉病和条锈病均表现为中抗以上水平。

2.2.3 品质性状

由表6 可知,4 项性状的变异系数在4.2%~66.5%之间,稳定时间和湿面筋含量变异系数较大,表明上述性状存在丰富的变异类型,有较大改良空间。容重和粗蛋白含量变异系数较小,是相对稳定的性状。从各项指标的分布来看,中科麦47(851.0 g/L)、川麦66(838.5 g/L)和川麦80(838.5 g/L)等80 个品种的容重≥770 g/L;绵麦827(15.9%)、蜀麦1613(15.7%)和川麦604(15.6%)等38 个品种的粗蛋白含量均≥14%;川育31(33.4%)、川麦604(32.9%)和川麦802(32.3%)等16 个品种的湿面筋含量≥30.0%;资麦2 号(12.6 min)、川农29(11.6 min)和蜀麦1963(11.5 min)等8 个品种的稳定时间大于8 min。

表6 四川省2013—2022年育成品种品质性状统计Table 6 Statistical analysis of quality traits of wheat cultivars released in Sichuan Province from 2013—2022

由图3 可以看出,近10年育成品种的籽粒容重、粗蛋白含量和稳定时间有小幅度下降,湿面筋含量有小幅度提升。统计品质性状指标总体在年度间的均值变化都较小,但是年度内育成品种间的参数差异仍然较为明显,变异幅度较大,遗传多样性丰富。

图3 品质性状随年份变化趋势Figure 3 Change of quality traits with years

由表7可知,按照品种审定标准,4项指标全部达到强筋品种标准的有2个(1.8%):蜀麦969、川农29;达到中筋品种标准的有川麦618、蜀麦1958 和玉脉6号等29个品种,占比25.9%;达到弱筋品种标准的有川辐8 号、川麦69 和川麦601 等12 个品种,占比10.7%。

表7 2013—2022年四川省育成小麦品种品质指标达标情况统计Table 7 Classification of wheat varieties approved in Sichuan Province during 2013—2022

综上,近10年育成品种中优质品种占育成品种总数的38.4%。由表7,面团稳定时间偏短和湿面筋含量偏低可能是影响强筋小麦品质的主要限制因素;稳定时间偏短可能是影响中筋小麦品质的主要限制因素;粗蛋白含量偏高可能是影响弱筋小麦品质的主要限制因素。

3 讨论

系谱分析对阐明育成品种亲缘关系和品种选育规律具有重要意义。本研究对四川省近10年育成的112 个小麦品种来源系谱分析发现,四川年均审定小麦新品种个数较为稳定,10个左右。育种的主要力量仍然是国、省和市级科研机构,新品种选育的方式以杂交育种为主,占比98.2%。其中,单交方式育成品种数约占62.5%,复交方式育成品种数约占35.7%。这与郑建敏等[5]分析四川省1936—2017年间单交方式育成小麦品种数占66.98%,复交占20.32%,总体趋势相一致。宋晓霞等[10]分析黄淮南片2009—2017年审定的107 个小麦新品种育种特点发现,传统杂交育种方式占95.33%,辐射诱变占1.87%,轮回选择占2.80%。2012年后,企业超过了科研单位成为育种主体。这与本文分析结果有相同之处。随着直接亲本数的增加,育成品种数呈下降趋势。育成4个品种的杂交组合仅1个,育成3个品种的杂交组合有1 个,育成2 个品种的杂交组合共有6 个,但主要集中在2020年以前,近两年育成品种的遗传多样性变得更加丰富。统计遗传贡献率发现,育成品种数大于等于3 的亲本共有20个,川麦42/99-1572、川重组104/川麦104分别育成了16 个和11 个新品种,遗传贡献值分别为7.25 和5.50,为近年育种的骨干亲本。今后要加强不同来源的种质资源收集、创新和利用。

抗病育种仍然是当前和今后一定时期内小麦育种的重点课题。常年以来,条锈病、白粉病和赤霉病是西南麦区小麦最主要的三大病害[11]。四川小麦育种家通过优异抗病种质资源挖掘、创新和利用,近年在小麦条锈病抗性育种上取得了突破性的进展,育成品种抗病性显著提高[12]。但是随着气候条件和耕作制度的变化,小麦白粉病、赤霉病有逐年偏重发生迹象[13-14]。本研究发现,育成的112 份品种对条锈病均为中抗以上水平,对白粉病达到抗的品种数约占总数的42.0%,对赤霉病表现为抗的品种数占育成品种总数的15.2%。统计分析发现,近年培育小麦品种对白粉病和赤霉病表现为抗的品种在每年育成品种中的比例在下降。邓清燕等[15]对143 份选育高代材料和13 份省内育成品系(种)开展了抗病性鉴定,仅筛选出两份材料分别含有赤霉病抗性基因Fhb1、Fhb5;6份材料含有条锈病和白粉病2 种抗病基因,9 份材料含有2 种抗条锈病基因;1份材料同时含有条锈病、白粉病和赤霉病3种抗性基因。因此,四川小麦抗赤霉病和白粉病育种在充分利用本地抗病资源的同时要及早加强优异抗源材料的引进、筛选和利用。利用分子标记与常规育种相结合,培育兼抗型成株抗性品种[16]。

育成品种产量稳步提高,特征更能满足生产实际。农艺性状分析发现,2013—2022年育成品种产量年均增产41.663 kg/hm2,其中川麦1648、蜀麦1963 和蜀麦1958 等16 个新品种单产突破了6.0×104kg/hm2。产量构成3要素中,单位面积穗数年均提高2.944×104穗/hm2;千粒重逐年升高,年均提高0.274 g;穗粒数呈下降趋势,年均降低0.128粒。这可能与小麦高产栽培的理念有一定关系,选育新品种不再单一强调独杆大穗,而是更加注重群体的合理配置,今后小麦高产育种应该注意同步提高穗粒数。这与张俊灵等[17]分析1986—2015年北部冬麦区旱地小麦品种演变规律相一致。本研究发现,品种株高随着年份推移呈明显升高,年均升高0.574 cm,今后小麦新品种培育上应该注意控制株高,结合区域生产实际,应不高于90 cm。生育期逐年下降,年均缩短0.701 d,更能满足“稻-麦”轮作和旱地“小麦-高粱”、“小麦-玉米”轮作对早熟品种的需求,周年生产出更多粮食。蒋进等[8]对四川省2008—2018年育成品种农艺性状和品质性状演变分析发现,审定品种的产量呈逐年上升趋势,平均每年提高22.0 kg/hm2,产量三要素中,穗数和粒重呈下降趋势,穗粒数呈上升趋势,平均生育期每年缩短0.36 d。本研究发现,产量的年均增加幅度更大,说明2018—2022年间育成新品种的产量更高,生育期年均缩短更多,近年育种家们选育早熟品种取得明显成效,而穗数、粒重等性状两个阶段的变化不大,不能看出具体变化趋势。郭凤芝等[18]对2001—2017年山东省审定的83 个高产小麦品种的产量和农艺性状演变分析表明,产量和有效穗数随年份推移均呈现增加趋势。张华崇等[9]对近20年湖北省审定的57个小麦品种产量及品种性状进行分析发现,育成品种产量逐年增加,年增产39.29 kg/hm2,株高随着年份推移呈明显下降趋势,年均降低0.65 cm;有效穗随着年份推移呈升高趋势,年均增加6.33×104穗/hm2,穗粒数和千粒重随年份推移呈现缓慢下降趋势。李爱国等[19]对河南省2001—2020年审定的555个小麦品种农艺及产量性状演变分析发现,该期间品种单产、千粒重、穗粒数稳步增长,生育期延长,株高变化较小。本研究结果与前人的研究结果基本相同,但可能由于不同生态区、不同耕作模式限制又有所差异。

四川小麦优质育种取得显著成效。近年育成的112 个品种中,优质强筋品种2 个,占比1.8%;优质中筋品种29个,占比25.9%;优质弱筋品种12个,占比10.7%。曹颖妮等[20]分析2006—2016年河南省参试品种(系)品质性状发现,按照GB/T 17320-2013 品质分类方法,达到强筋标准的品种有21 个,弱筋品种仅1个。河南省2001—2020年审定426个品种中,36 个为中强筋(含12 个强筋)品种,占比6.48%;2 个弱筋品种,占比0.36%;中筋品种有388个,占比91.1%[19]。可以看出,四川育成品种中筋和弱筋类型较多,这可能与四川的生态气候特点有关,更适宜生产低面筋含量的优质小麦。

4 结论

四川小麦育种的主要力量是各级科研机构,短时间应该不会有太大的变化,年均审定品种个数较为稳定;育种方式仍然是以有性杂交为主;育成品种产量逐年提高,主要是单位面积穗数和千粒重提高的结果;抗条锈病育种成效显著,育成品种全部达到中抗以上水平,近年白粉病和赤霉病有加重趋势,育成抗白粉病和赤霉病的品种数在每年育成品种中的比例下降。下一步新品种选育应加强抗病基因的杂交聚合,注重多抗新品种选育;四川小麦品质改良富有成效,2013—2022年共计育成112 个品种,其中优质品种达43个,占比38.4%。综上,近年来四川育成小麦品种在产量、品质和抗病性协同改良上取得了显著性进展。

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