張福彥，陳曉杰，程仲杰，王嘉歡，范家霖，常天佑，王翠俠，楊會霞，楊保安，張建偉

（1．河南省科學(xué)院同位素研究所有限責(zé)任公司/河南省核農(nóng)學(xué)重點(diǎn)實驗室，河南 鄭州 450015；2．河南省航宇種業(yè)有限公司，河南 平頂山 467000；3．鄭州程祥農(nóng)業(yè)科技服務(wù)有限公司，河南 新鄭 450000）

小麥?zhǔn)俏覈饕募Z食作物之一。黃淮海地區(qū)是我國冬小麥的優(yōu)勢產(chǎn)區(qū)和重要的商品小麥調(diào)出區(qū)，在保障口糧絕對安全的國家糧食安全戰(zhàn)略中具有極其重要的地位和作用［1，2］。從近年來國家冬小麥區(qū)域試驗品系的遺傳多樣性和產(chǎn)量結(jié)果看，我國小麥育種正處在爬坡過坎階段，還面臨育種模式單一、親本遺傳基礎(chǔ)狹窄等諸多問題，制約著我國小麥遺傳改良水平的提高［3，4］。縱觀糧食生產(chǎn)的發(fā)展進(jìn)程，糧食產(chǎn)量的每次重大突破都與一些關(guān)鍵優(yōu)異種質(zhì)資源的研究開發(fā)與利用密切相關(guān)［5］。輻射誘變技術(shù)能創(chuàng)造傳統(tǒng)雜交育種無法短期得到的新的優(yōu)良品種或特異優(yōu)良種質(zhì)材料，為目前生產(chǎn)上小麥新品種同質(zhì)化嚴(yán)重、親本資源遺傳基礎(chǔ)狹窄問題提供了解決途徑［6］。

1928年，美國科學(xué)家Stadler［7］首次證明X射線對大麥具有誘發(fā)突變的效應(yīng)。之后利用輻射誘變技術(shù)在農(nóng)作物、觀賞性植物等領(lǐng)域育成多個新品種以及優(yōu)異種質(zhì)，為世界農(nóng)業(yè)發(fā)展做出突出貢獻(xiàn)［8］。我國誘變育種始于20世紀(jì)50年代后期，雖然起步較晚，但發(fā)展迅速。聯(lián)合國糧農(nóng)組織和國際原子能機(jī)構(gòu)（FAO/IAEA）的突變品種數(shù)據(jù)庫（MVD）最新統(tǒng)計表明，我國采用誘變手段已育成800多個不同類型的植物新品種，約占世界各國育成品種總數(shù)的1/4［9］。1987年，我國首次利用返回式衛(wèi)星將第一批農(nóng)作物種子帶到太空，開啟了航天誘變育種進(jìn)程，經(jīng)過幾十年的發(fā)展，我國航天誘變育種取得大量突破性成果［10，11］，其中“實踐八號”育種專用衛(wèi)星對推動我國航天育種研究發(fā)揮了重要作用［12］。之后，山東、河南、黑龍江、天津、甘肅、陜西等省市廣泛開展小麥航天誘變育種研究，選育出太空5號、太空6號、龍輻麥15、龍輻麥18、富麥2008、煙農(nóng)5160、煙農(nóng)836、航麥2號、航麥6號、航麥96、長航一號、鄭麥3596等一大批省審或國審小麥新品種，為保障國家糧食安全做出重要貢獻(xiàn)［13］。

航天誘變技術(shù)不僅可以直接用于選育小麥新品種，而且還可針對目前現(xiàn)有小麥種質(zhì)資源匱乏問題，創(chuàng)制優(yōu)異的育種中間材料，以滿足小麥遺傳改良的需求［14，15］。山東省小麥育種家利用返回式衛(wèi)星或飛船先后創(chuàng)制出煙航選1號、煙航選2號、煙6439、SP121、煙672、9940168等一大批具有特異性狀的優(yōu)異突變體；煙臺市農(nóng)業(yè)科學(xué)研究院還以煙航選2號等為骨干親本先后選育出煙農(nóng)5158、煙農(nóng)999、煙農(nóng)836等國審或省審小麥新品種［16］；山東省農(nóng)業(yè)科學(xué)院原子能農(nóng)業(yè)應(yīng)用研究所以高產(chǎn)早熟突變體SP121和9940168為親本，利用傳統(tǒng)雜交育種技術(shù)先后選育出省審品種魯原301［17］和國審品種魯原502，其中魯原502成為山東省小麥生產(chǎn)上第一大品種。中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物科學(xué)研究所采用大穗早熟突變體G55和SPLM2雜交系統(tǒng)選育出國審小麥新品種航麥247和航麥2566，用農(nóng)大3888為母本與早熟突變體SP121雜交系統(tǒng)選育出高產(chǎn)、抗旱、節(jié)水小麥新品種航麥901［18］。

本研究以周麥18干種子經(jīng)航天誘變篩選出的高產(chǎn)、矮稈突變體豫同194為母本，以高產(chǎn)親本周麥23為父本雜交并經(jīng)系統(tǒng)選育，育成半冬性、高產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)、中熟、綜合性狀優(yōu)良的小麥新品種航宇19（參試名稱：豫同102）。該品種于2021年通過國家農(nóng)作物品種審定委員會審定（國審麥20210141）。本文通過對航宇19生物學(xué)特性、選育進(jìn)程、產(chǎn)量構(gòu)成因素、品種性狀的分析，以期為今后小麥育種的具體技術(shù)線路選擇、航天誘變育種與常規(guī)育種結(jié)合的技術(shù)關(guān)鍵、新種質(zhì)的創(chuàng)制、高產(chǎn)與優(yōu)質(zhì)育種的結(jié)合等育種環(huán)節(jié)提供一定參考。

1 航宇19選育

1．1 試驗地概況

試驗于2010—2015年在河南省科學(xué)院高新技術(shù)試驗基地進(jìn)行。該基地位于河南省新鄭市新村鎮(zhèn)新村村（113°43′E，34°26′N），屬暖溫帶大陸性季風(fēng)氣候，四季分明，年均氣溫14．3℃，年均日照時數(shù)2 114．2 h，年均降水量676．1 mm。試驗地為砂壤土，前茬作物玉米，抽雄-散粉期進(jìn)行秸稈還田。其耕層土壤有機(jī)質(zhì)22．63 g/kg、全氮1．15 g/kg、速效磷60 mg/kg、速效鉀180 mg/kg。

1．2 父母本選擇

本研究利用航天誘變技術(shù)和傳統(tǒng)雜交育種相結(jié)合的方法選育小麥新品種。父本：周口市農(nóng)業(yè)科學(xué)研究院培育的弱春性、高產(chǎn)、中熟小麥品種周麥23；母本：高產(chǎn)、矮稈優(yōu)異突變體SP-194（豫同194）。該突變體由河南省科學(xué)院同位素研究所小麥輻照誘變育種研究室利用我國首顆專門用于航天育種研究的返回式科學(xué)技術(shù)試驗衛(wèi)星“實踐八號”搭載周麥18（周口市農(nóng)業(yè)科學(xué)研究院培育的高產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)、廣適小麥品種）實施誘變，并對誘變后代進(jìn)行多年系統(tǒng)選育而成。其中，SP1代單穗單脫，SP2代穗行種植，之后各SP世代在小麥各關(guān)鍵生育期進(jìn)行田間觀察選擇和室內(nèi)考種篩選，發(fā)現(xiàn)SP-194與周麥18相比具有矮稈、早熟、分蘗增多、抗條銹病和葉銹病、籽粒飽滿等特點(diǎn)。

1．3 選育過程

于2010年，利用突變體SP-194（豫同194）與弱春性、高產(chǎn)、中熟小麥品種周麥23進(jìn)行雜交，當(dāng)年收獲F0代，次年F0代籽粒稀播、混收F1代種子，F(xiàn)2代始采用系譜法連續(xù)2年定向選擇和田間鑒定，F(xiàn)5代始對重點(diǎn)株系進(jìn)行品質(zhì)指標(biāo)檢測，2015年育成農(nóng)藝性狀、品質(zhì)指標(biāo)穩(wěn)定一致的小麥新品系“豫同102”，隨后參加國家冬麥區(qū)黃淮南片冬水組區(qū)域和生產(chǎn)試驗，并定名為航宇19。

1．4 性狀調(diào)查與指標(biāo)測定

1．4．1 生物學(xué)特性和農(nóng)藝性狀調(diào)查 調(diào)查記錄各試驗點(diǎn)航宇19的出苗期、抽穗期、成熟期和生育期天數(shù)。苗期至成熟期，分別調(diào)查幼苗生長習(xí)性、葉色、分蘗數(shù)、株高、旗葉、穗長、穗型及籽粒表型等性狀。每個重復(fù)隨機(jī)選擇1 m雙行小麥調(diào)查并折算每公頃有效穗數(shù)，隨機(jī)取20個穗調(diào)查穗粒數(shù)。小區(qū)全部收割脫粒后測其含水量和千粒重，完全曬干后稱重并折算成公頃產(chǎn)量（含水量13%）。

1．4．2 品質(zhì)分析 委托農(nóng)業(yè)農(nóng)村部谷物品質(zhì)監(jiān)督檢驗測試中心（北京）對國家區(qū)試小麥（航宇19）混合樣進(jìn)行品質(zhì)測定。將從各區(qū)試點(diǎn)收獲的航宇19種子在同一儲藏條件下放置2個月，水分控制在11% ～13%之間，之后用近紅外分析儀（波通DA7200型）測定籽粒蛋白質(zhì)含量等，用實驗?zāi)ツシ鄄⒂梅圪|(zhì)儀（布拉本德Farinograph-E型）測定吸水量、面團(tuán)形成時間、面團(tuán)穩(wěn)定時間等；利用拉伸儀（布拉本德Extensograph?-E型）測定最大拉伸阻力、拉伸面積等。

1．4．3 抗病性鑒定 委托中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院植物保護(hù)研究所進(jìn)行抗病性鑒定，主要包括人工接種下的抗條銹病、葉銹病、白粉病、赤霉病、紋枯病等多種病害聯(lián)合鑒定及其田間自然發(fā)病下的抗條銹病、白粉病、赤霉病和黃花葉病毒病鑒定。其中赤霉病的計算方法參考《小麥區(qū)域試驗品種抗赤霉病鑒定技術(shù)規(guī)程》（NY/T 2954—2016），條銹病的計算方法參考《小麥區(qū)域試驗品種抗條銹病鑒定技術(shù)規(guī)程》（NY/T 2953—2016），白粉病的鑒定方法和調(diào)查記載參見《全國小麥品種試驗抗病蟲鑒定標(biāo)準(zhǔn)（試行）》。詳細(xì)的鑒定方法和田間調(diào)查記載標(biāo)準(zhǔn)參見《小麥抗病蟲性評價技術(shù)規(guī)范》系列標(biāo)準(zhǔn)（NY/T 1443—2007）。

1．5 數(shù)據(jù)處理與分析

采用Microsoft Excel 2013系統(tǒng)處理基本數(shù)據(jù)和表格制作，采用SPSS 18．0軟件進(jìn)行統(tǒng)計分析和差異顯著性檢驗（LSD法，P＜0．01）。

2 航宇19的性狀表現(xiàn)

2．1 生物學(xué)特性

航宇19屬半冬性中熟品種，全生育期222．6 d，比對照周麥18早熟0．6 d（表1）。幼苗半匍匐，苗勢壯，葉片窄長，葉色深綠，冬季抗寒性較好。冬前分蘗力較強(qiáng)，成穗率高。春季起身拔節(jié)較早，莖蘗兩極分化慢，耐倒春寒能力較強(qiáng)。株型較緊湊，穗層整齊，旗葉短寬、上沖，莖稈蠟質(zhì)層厚。株高76．7 cm，莖稈彈性好，抗倒伏能力較強(qiáng)。中后期耐旱性好，根系活力較強(qiáng)，耐后期高溫，落黃好，熟相好。穗紡錘型，結(jié)實性較好，長芒白殼。籽粒半角質(zhì)，較飽滿，黑胚率僅為2．7%，外觀商品性較好。

表1 不同年度航宇19的生物學(xué)特性

2．2 不同年度間的產(chǎn)量及其構(gòu)成要素

由表2可見，2016—2017年度國家冬麥區(qū)黃淮南片冬水組品種比較試驗，航宇19平均產(chǎn)量為8 262．0 kg/hm2，比對照周麥18增產(chǎn)3．2%，達(dá)到極顯著水平，且≥2．0%的增產(chǎn)點(diǎn)率為63．6%，居冬水Ⅱ組比較試驗11個參試品種的第3位。2017—2018年度國家冬麥區(qū)黃淮南片冬水組區(qū)試中，航宇19平均產(chǎn)量為7 198．5 kg/hm2，比對照增產(chǎn)5．1%，達(dá)到極顯著水平，且≥2．0%的增產(chǎn)點(diǎn)率為86．4%，居冬水組Ⅰ組區(qū)試9個參試品種的第2位。2018—2019年度續(xù)試，平均產(chǎn)量為8 782．5 kg/hm2，比對照增產(chǎn)3．6%，達(dá)到極顯著水平，且≥2．0%的增產(chǎn)點(diǎn)率為70．8%，居15個參試品系的第7位。按照國家冬麥區(qū)黃淮南片小麥品種審定標(biāo)準(zhǔn)，航宇19連續(xù)兩年度區(qū)試平均產(chǎn)量比對照增產(chǎn)百分率和增產(chǎn)點(diǎn)率均達(dá)到續(xù)試標(biāo)準(zhǔn)。2019—2020年度國家冬麥區(qū)黃淮南片冬水組生產(chǎn)試驗中，航宇19平均產(chǎn)量為8 806．2 kg/hm2，比對照增產(chǎn)6．9%，達(dá)到極顯著水平，且增產(chǎn)點(diǎn)率達(dá)96．0%，居5個參試品種的第1位。

表2 不同年度航宇19的產(chǎn)量及其構(gòu)成要素

2．3 營養(yǎng)品質(zhì)

由表3可知，2017—2019兩年度，農(nóng)業(yè)農(nóng)村部谷物品質(zhì)監(jiān)督檢驗測試中心（北京）對航宇19抽混合樣檢測，結(jié)果為容重、粗蛋白含量、濕面筋含量、吸水量和穩(wěn)定時間等主要品質(zhì)指標(biāo)均達(dá)到先前的國家優(yōu)質(zhì)小麥中強(qiáng)筋標(biāo)準(zhǔn)，但依據(jù)目前《主要農(nóng)作物品種審定標(biāo)準(zhǔn)（國家級）》中小麥“1．5品質(zhì)”和“2．2．7優(yōu)質(zhì)品種”中的規(guī)定，航宇19與冬水組優(yōu)質(zhì)強(qiáng)筋對照品種鄭麥366相比，其最大拉伸阻力和拉伸面積兩項新增指標(biāo)達(dá)不到國家優(yōu)質(zhì)小麥強(qiáng)筋或中強(qiáng)筋標(biāo)準(zhǔn)，屬于中筋品種。2019—2020年度河南省科學(xué)院同位素研究所委托國家糧食局科學(xué)研究院對航宇19進(jìn)行品質(zhì)分析，其主要品質(zhì)指標(biāo)達(dá)到國家優(yōu)質(zhì)小麥中強(qiáng)筋標(biāo)準(zhǔn)。這說明航宇19介于中筋和優(yōu)質(zhì)中強(qiáng)筋小麥品種之間，不同環(huán)境條件對其主要品質(zhì)指標(biāo)的影響較大。

表3 不同年度航宇19的品質(zhì)

2．4 加工品質(zhì)

2019—2020年度，委托國家糧食局科學(xué)研究院按照國家糧食行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《中國好糧油小麥》對航宇19制作的饅頭、面包等加工品質(zhì)進(jìn)行分析，結(jié)果（表4）為：比容（饅頭體積與重量的比值）滿分20分，寬高比得分偏低，而彈性、表面色澤、表面結(jié)構(gòu)、內(nèi)部結(jié)構(gòu)、韌性、和食味評分均高于對照富強(qiáng)粉（圖1），粘性得分持平，總分84．0分，比對照高5．5分。這說明航宇19非常適合制作饅頭等面食。

表4 航宇19的饅頭品質(zhì)評分 （分）

圖1 航宇19（豫同102）與富強(qiáng)粉（CK）的饅頭加工品質(zhì)

由表5可以看出，航宇19的面包體積僅為760 mL，而對照漢堡粉高達(dá)840 mL（圖2）。面包烘烤品質(zhì)各指標(biāo)中，僅有面包芯色澤與對照同得5分，面包體積、外觀形狀、面包芯質(zhì)地和紋理結(jié)構(gòu)得分均低于對照，總分僅為74．0分，遠(yuǎn)低于對照的91．0分。這說明航宇19不適宜制作面包。

表5 航宇19的面包烘烤品質(zhì)評分 （分）

圖2 航宇19（豫同102）與漢堡粉（CK）的面包烘烤品質(zhì)

2．5 抗病性

2017—2019兩年度，中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院植物保護(hù)研究所人工接種鑒定結(jié)果（表6）為：不同年度航宇19對條銹病和葉銹病的抗性表現(xiàn)差異較大，而對白粉病、紋枯病和赤霉病均表現(xiàn)為中感或高感；田間自然發(fā)病鑒定結(jié)果為：條銹病、白粉病中等偏重發(fā)生，紋枯病和葉銹病較輕，黃花葉病毒病輕度發(fā)生，但赤霉病偏重。

表6 2017—2019兩年度航宇19的抗病性

3 航宇19對航天誘變育種的啟示

3．1 航天誘變技術(shù)的育種應(yīng)用

航天誘變是農(nóng)作物種子在太空中經(jīng)宇宙射線、微重力等多因素作用下，其形態(tài)學(xué)、細(xì)胞學(xué)、生育期、品質(zhì)、農(nóng)藝性狀和基因等方面會發(fā)生變化或變異，再經(jīng)田間種植選擇而獲得性狀穩(wěn)定的優(yōu)異特色突變體的一種技術(shù)［6，19］。它具有育種周期短、誘變效率高、變異類型豐富、能快速打破基因連鎖、促進(jìn)優(yōu)異基因聚合等優(yōu)點(diǎn)，能直接創(chuàng)制優(yōu)異特色育種材料。目前大多數(shù)誘變品種都是以突變品種為親本材料所選育，這不僅能充分發(fā)揮航天誘變的技術(shù)優(yōu)勢，而且能大大加快新品種的培育速度［20］。我國自1987年開始進(jìn)行航天誘變育種的應(yīng)用研究，至今已利用返回式衛(wèi)星等航天器搭載植物品種達(dá)1 200多種，先后選育出小麥、水稻、玉米、大豆等多個作物新品種，為我國農(nóng)業(yè)發(fā)展做出巨大貢獻(xiàn)［6，10］。黑龍江省農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物育種研究所利用“九三3u90×九三少”雜交后代純系材料經(jīng)航天誘變育成的SP4代優(yōu)異突變體為親本，按系譜法選育成高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、抗病小麥新品種龍輻麥19［21］。河南省科學(xué)院同位素研究所利用航天誘變創(chuàng)制的優(yōu)異突變體豫同194和豫同198進(jìn)行常規(guī)雜交，按系譜法先后選育出國審小麥新品種豫豐11和鄭品麥22號［22，23］。辛慶國等［16］采用航天誘變育種與常規(guī)育種技術(shù)相結(jié)合的方法，改良當(dāng)?shù)卮竺娣e推廣的小麥品種魯麥21號，進(jìn)而選育出高產(chǎn)抗旱小麥新品種煙農(nóng)836。該品種與其親本之一魯麥21號相比，產(chǎn)量水平有了大幅度提高，適應(yīng)性顯著增強(qiáng)，籽粒商品性得到改善。這表明通過航天誘變育種一方面可以加強(qiáng)對航天誘變生物學(xué)效應(yīng)和誘變機(jī)理的研究，還可與常規(guī)育種方法相結(jié)合選育出具有突破性狀的小麥新品種，如航宇19。

3．2 異地多點(diǎn)鑒定方法

在小麥新品種選育過程中，異地多點(diǎn)鑒定有利于廣適性小麥新品種的選育。小麥重要目標(biāo)性狀的出現(xiàn)需在一定的選擇壓力下實現(xiàn)，如種植環(huán)境的不斷變化。在多年異地多點(diǎn)育種鑒定中發(fā)現(xiàn)，產(chǎn)量潛力高的品種，其穩(wěn)產(chǎn)、適應(yīng)性不一定好，穩(wěn)產(chǎn)、適應(yīng)性好的品種不一定是理想的高產(chǎn)品種。所有小麥育種家的育種目標(biāo)都是期望選育出集高產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、抗病以及適應(yīng)范圍廣等諸多優(yōu)點(diǎn)于一體的遺傳類型。這往往就需要在兼顧品種高產(chǎn)性的同時，綜合考察品種的穩(wěn)產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、抗病和適應(yīng)性等［24］。因此，需要在高產(chǎn)性的基礎(chǔ)上綜合分析、全面衡量考察參試品系的各種特性，減少育種的盲目性，提高選擇效果和育種效率，進(jìn)而使豐產(chǎn)性好、穩(wěn)產(chǎn)性強(qiáng)、品質(zhì)優(yōu)良、抗病性好、適應(yīng)性廣的優(yōu)良品系通過審定。李秀絨等［25］運(yùn)用生態(tài)適應(yīng)異地多點(diǎn)鑒定以及水旱地鑒定鑒選等方法，重視系統(tǒng)考種和綜合評價優(yōu)選及優(yōu)系優(yōu)中選優(yōu)等育種策略和方法技術(shù)的應(yīng)用，選育出運(yùn)旱20410、運(yùn)旱618等一系列豐產(chǎn)、抗旱、優(yōu)質(zhì)強(qiáng)筋小麥新品種。本研究中，育種初期在高肥水條件下進(jìn)行篩選，確保其后代的豐產(chǎn)性和穩(wěn)產(chǎn)性，中后期對優(yōu)良品系在鄭州、平頂山、南陽等地進(jìn)行多年多點(diǎn)異地鑒定，使航宇19的豐產(chǎn)性、適應(yīng)性、抗病性得到充分表達(dá)，顯著提升了該品種的綜合性狀。

3．3 育種技術(shù)思路

豐富的遺傳種質(zhì)資源是小麥育種成功的基礎(chǔ)［26］。利用航天搭載、X射線、γ射線、電子束和EMS、疊氮化鈉化學(xué)誘變劑等技術(shù)手段可以創(chuàng)制出特色、優(yōu)異的種質(zhì)，將其應(yīng)用到小麥育種中，同時注重優(yōu)異親本資源的引進(jìn)和育種利用，并充分利用生態(tài)和地域遠(yuǎn)緣、血緣遠(yuǎn)源以及性狀互補(bǔ)等原則，就能提高育成品種不同生態(tài)環(huán)境中的適應(yīng)性，增強(qiáng)新品種對非生物逆境的抵抗性［6］。在航宇19選育中，我們的具體育種技術(shù)思路是，將航天誘變育種與常規(guī)育種技術(shù)相結(jié)合，高產(chǎn)育種與優(yōu)質(zhì)育種相結(jié)合，協(xié)調(diào)矮稈、抗病、穩(wěn)產(chǎn)、廣適性狀，通過異地多點(diǎn)鑒定重視適應(yīng)性、增強(qiáng)抗逆性，最終實現(xiàn)品種的高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、抗病性狀的協(xié)調(diào)與同步提高。航宇19具有較好的饅頭加工品質(zhì)，且在生產(chǎn)中基本無限制性缺陷性狀，適宜在黃淮南片小麥主產(chǎn)區(qū)作為高產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)、廣適性品種推廣種植。航宇19的成功選育進(jìn)一步說明，航天誘變育種與常規(guī)雜交育種技術(shù)的完美結(jié)合可在小麥產(chǎn)量、品質(zhì)、抗逆等性狀的創(chuàng)新研究中發(fā)揮重要作用。隨著越來越多育種目標(biāo)功能基因的發(fā)現(xiàn)與育種規(guī)律的揭示以及傳統(tǒng)常規(guī)育種、航天誘變育種以及現(xiàn)代分子育種技術(shù)的相互融合，必將對小麥品種的遺傳改良產(chǎn)生重要推動作用。