寧夏春小麥育種現狀分析和建議

王玉婷 曹樹檳 張捷

摘要 春小麥是寧夏特色作物之一，在寧夏農業生產和經濟中占有重要地位。寧夏小麥育種經歷了5次品種更新換代。隨著育種進程的加快，寧夏春小麥品種更新換代速度明顯減緩，且影響范圍逐漸縮小。雖然‘寧春50號是第5次寧夏小麥品種更新換代的代表，但其影響力遠不如‘寧春4號。 通過查閱大量資料，對寧夏小麥春育種現狀進行了分析，提出相應的建議，并對其前景進行了展望。

關鍵詞 春小麥;寧夏;育種

中圖分類號 S512.1+2文獻標識碼 A

文章編號 0517-6611（2019）19-0014-04

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2019.19.005

開放科學（資源服務）標識碼（OSID）：

Abstract Spring wheat is one of the characteristic crops in Ningxia，which plays an important role in agricultural production and economy in Ningxia.With the acceleration of the breeding process，the speed of the replacement of spring wheat varieties in Ningxia has apparently slowed down，and the cultivated area has gradually narrowed.Although ‘Ningchun No.50 is the representative of the fifth cultivar renovation of Ningxia wheat varieties，its influence is far less than ‘Ningchun No.4.By consulting to a large number of data，we analyzed the current situation of spring wheat breeding in Ningxia，and corresponding suggestions were put forward，and its prospect was put forward.

小麥作為我國第二大口糧作物，在保障國家糧食安全和國民經濟中具有舉足輕重的作用[1]。近年來，我國小麥單產不斷提高，總產量持續增加，小麥生產取得了舉世矚目的成就。小麥品種改良、栽培技術的提高以及生產條件的改善等為小麥增產做出了重要的貢獻[2]。寧夏作為我國春麥主產區，育成品種不僅滿足寧夏自身品種需求，還為我國新疆、內蒙古、甘肅等地以及哈薩克斯坦、吉爾吉斯斯坦等國在內的區域提供春麥品種資源并成為當地主栽品種之一[3]。

1 寧夏春小麥品種更新換代

到目前為止，寧夏春小麥育種經歷了5次品種更新換代（圖1）。

20世紀50年代，澳大利亞小麥品種‘碧玉麥的廣泛種植實現了寧夏春小麥的第1次品種更新。到20世紀60年代，意大利小麥品種‘阿勃替代‘碧玉麥，實現寧夏春小麥第2次品種更新。20世紀70年代，從‘碧玉麥和‘阿勃雜交組合中選育出‘斗地1號，‘斗地1號實現寧夏小麥的第3次品種更新。20世紀70年代末，寧夏永寧縣良種場育種組裘志新等人利用‘索諾拉46和‘宏圖雜交，培育出‘寧春4號，自1981年開始推廣，至今已有30多年，‘寧春4號是我國推廣面積最大的春麥品種之一[4]。自從推出‘寧春4號之后，寧夏小麥育種團隊陸陸續續培育出多個優良品種，到21世紀初，寧夏農林科學院農作物研究所與中國農業科學院作物科學研究所合作培育出‘寧春50號，實現了寧夏小麥品種的第5次更新換代?！畬幋?0號雖然在產量上和‘寧春4號，對比有增產的優勢，但是其影響力以及種植面積遠低于‘寧春4號。至今仍無品種可以取代‘寧春4號，其原因如下：①培育‘寧春 4號的親本具有優良的血統，如‘寧春4號母本‘索諾拉64來自墨西哥國際玉米小麥改良中心，是廣泛種植的耐鹽堿品種，‘寧春4號的父本‘宏圖來自‘阿勃/‘碧玉麥的雜交組合，‘阿勃和‘碧玉麥是中國小麥的骨干親本，在中國小麥育種史上具有十分重要的地位;②自‘寧春4號以來，培育的絕大多數品種是以‘寧春4號為親本材料或者具有和‘寧春4號相同的血統，‘寧春4號已經是最優組合，很難再選育出超越‘寧春4號的新品種;③‘寧春4號在培育的過程中長期堅持品種提純復壯的工作，使其品種性能得到長期優化。

2 寧夏春小麥現狀

2.1 寧夏小麥種質資源狀況

作物種質資源是支持農業科技原始創新和作物育種的物質基礎，是保障糧食安全、生態安全、種業安全的戰略性資源[5]。寧夏地理面積狹小，因此物種資源匱乏。寧夏小麥自身品種資源僅由14個地方品種構成，并且這14個資源建國以來沒有育成一個品種。從其他地區引進種質資源是解決資源匱乏的有效途徑，1967—1995年，寧夏農業科學院作物所引進墨麥 10 464 份，應用到生產上的有4 000多份[6]。到2012年，寧夏農林科學院農作物研究所品種資源研究室保存小麥種質資源8 000余份[7]。近年來，隨著和國際小麥育種單位交流力度的加大，越來越多的品種資源被引進，小麥種質資源的引進為提高寧夏小麥產量和育種成效奠定了豐富的物質基礎。另外，小麥野生近緣屬物種也是小麥遺傳育種改良的重要資源之一。寧夏小麥野生近緣植物物種豐富，含有小麥族中的6個屬35個種，包括大麥屬（Hordeum L.）3 種、披堿草屬（Elymus L.）7 種、賴草屬（Leymus Hoch .）3 種、黑麥屬（Secalt L.）1 種、鵝觀草屬（Roegneria C.Koch.） 18種、冰草屬（Agropyron Gaert.）3 種[8]。隨著小麥與其野生近緣屬物種雜交的成功，越來越多的小麥野生近緣屬物種中優良基因被導入小麥中，如李振聲院士利用小麥與偃麥草遠緣雜交，培育成‘小偃4號‘小偃5號 ‘小偃6號和‘小偃22等一系列小麥新品種，其中‘小偃6號不僅成為中國麥區的骨干親本，還為小麥染色體工程育種奠定了基礎[9-10];研究人員將小麥野生近緣種簇毛麥中的抗白粉病基因Pm21通過創制易位系的方式導入小麥，利用改易位系培育出一大批對多種白粉病菌生理小種均表現高抗或免疫的新品種，為小麥白粉病抗性育種提供了種質資源[11-12];中國農業科學院作物科學研究所的科研人員在國際上率先獲得了小麥與冰草屬間的雜種及其衍生后代，并首次育成攜帶冰草屬P基因組優異基因的小麥新品種7個，以及涉及中國10大麥區中9大麥區的一大批后備新品種（系），解決了利用冰草屬P基因組改良小麥的國際難題，實現了從技術創新、材料創新到產品創新的全程覆蓋，為引領小麥育種發展新方向奠定了堅實的物質和技術基礎[5]。通過對寧夏特有小麥野生近緣屬進行研究，把野生近緣屬中優異基因導入寧夏小麥中，創制新種質資源，以及引進已經創制的含有小麥野生近緣屬優異基因的遺傳材料，為寧夏小麥育種提供遺傳資源。

2.2 寧夏春小麥育種狀況

寧夏春小麥育種工作大致經歷了3個階段。第1階段時間點為1953—1973年的20年間，直接利用國內外優異小麥種質資源作為品種進行推廣和種植，典型代表是‘碧玉麥和‘阿勃的引進和種植，完成了寧夏春小麥的第1、2次品種更新換代;第2階段是1974—1980年，通過利用‘碧玉麥和‘阿勃雜交組合育種的‘斗地1號，完成了寧夏春小麥育種的第3次品種更新;‘寧春4號作為寧夏春小麥育種的經典之作，代表了寧夏春小麥育種的最高水平，成功完成了寧夏春麥育種的第4次品種更新換代;自‘寧春4號之后，又培育出高達50多個品種（表1），為寧夏春小麥育種奠定了基礎。其中，以‘寧春50號為代表，完成了寧夏春小麥的第5次品種更新。新品種的不斷出現為寧夏小麥糧食安全提供了有力保障。

2.3 分子輔助育種現狀

寧夏小麥雖然經歷了5次品種更新換代，但是從1981年以來，沒有一個品種性狀優于‘寧春4號，盡管近年來育出了產量和適應性較好的品種，如‘寧春50號‘寧春51號‘寧春55號等[13]，但這些品種在產量和品質上較‘寧春 4 號沒有較大的突破，且在生產示范規模和效應上不及‘寧春4號。雖然‘寧春50號是寧夏春小麥第5次品種更新的代表，但是其種植面積及其影響力沒有超過‘寧春4號，據農業部2016年品種種植情況統計發現，‘寧春4號仍然是我國春麥種植面積最大的品種。隨著人們生活水平的提高以及小麥育種進程的加快，寧夏小麥育種面臨更嚴峻的挑戰：既要繼續提高單產又要改善品質，還要提高水肥利用率;同時要加強抗病性、極端氣候適應性等的研究。如何育成超越‘寧春4號的新品種、實現寧夏春小麥第6次品種更新換代成為寧夏小麥育種團隊努力的目標，開展分子標記設計育種是實現育種技術革新的關鍵。國內小麥開展分子輔助育種起步晚且進展緩慢，可用的分子標記數量少，有關產量和抗病性的功能標記更少，分子標記發掘與主流育種項目結合不夠緊密[14]。寧夏小麥分子育種方面開展工作較少、技術落后，目前只有寧夏農林科學院生物中心生物中心小麥分子育種課題組在抗旱、高水分利用效率、低碳同位素分辨率等方面開展了初步研究[15]，隨著分子設計育種發展，利用分子標記設計育種成為現代農業育種的趨勢，2018年寧夏大學成立了寧夏特色優勢作物分子實驗室，為深入開展分子標記設計育種奠定了基礎。

3 建議

3.1 加快小麥種質資源的表型平臺建設，實現種質資源精準鑒定，拓寬寧夏春麥遺傳基礎

生物表型是由基因型和環境共同決定的生物體外在性狀的一種表現形式。育種材料中優異基因資源的發現及利用是開展育種的基礎。隨著測序技術的發展，如何把測序獲得的數據和實際育種工作結合起來，成為育種家關注的焦點。表型組學就是在基因組水平上系統研究生物在不同環境條件下所有表型的學科[16]。育種家和種質資源科學家越來越認識到植物表型平臺建設的重要性，表型平臺的建設為種質資源表型精準鑒定及利用提供了保障。寧夏地理位置優越獨特，既有春麥區，又有冬麥區還有冬、春麥混作區。小麥野生近緣植物物種豐富，對寧夏主栽春小麥品種的遺傳系譜分析發現，絕大多數品種均與寧春4號具有相同的遺傳血統，說明寧夏春小麥遺傳基礎嚴重單一。因此，拓展寧夏小麥遺傳基礎是迫切需要解決的問題。通過建立寧夏小麥種質資源的表型平臺，為寧夏春小麥育種品種更新換代提供有力保障。

3.2 籌建西北春麥區國家重點實驗室

寧夏獨特的地理位置，即適宜冬小麥的栽培和種植，又是春小麥的主栽地區，幾乎各種類型的小麥均能在寧夏進行種植和正常成熟收獲。寧夏培育出的小麥品種具有很強的適應性，不僅可以滿足寧夏本地的需求，還可作為品種直接在我國主要春麥區以及中東國家春麥區進行種植。例如，‘寧春4號不僅在我國春麥區廣泛種植，還在哈薩克斯坦等中東國家作為品種或者資源進行種植?！畬幋?號作為我國春麥區的主栽品種，把寧夏甚至全國春小麥育種提升到一個很高的水平。同時，寧夏春小麥育種團隊具有很強的實力，每年都能育成并審定一個春小麥品種。因此，十三五期間，自治區應投入更多的經費，引進聚集高層次人才，在重大項目的開發、高層次人才培養、科技合作和交流等方面搭建科研平臺，提升寧夏小麥基礎研究及應用研究的實力，為寧夏小麥育種研究領域取得突破性進展及申報國家重點實驗室奠定堅實的基礎。到2025年能夠申請建立西北春麥區國家重點實驗室，從而爭取更多的資金和人才，把寧夏春小麥育種打造成國家級平臺。

3.3 利用國際小麥基因組測序聯盟以及國內小麥育種平臺，開啟寧夏小麥分子設計育種

很多新的生物技術已經廣泛應用到作物育種中。自20世紀80年代以PCR為代表的分子生物技術誕生以來，在植物遺傳多樣性分析、基因的定位與克隆等領域取得了很大的發展，高通量基因組、轉錄組、蛋白質組、代謝組和表型組等數據的獲得為進一步利用分子標記設計育種奠定了基礎。隨著小麥基因組測序工作的完成，尤其是精細圖譜的獲得，為小麥開發大量分子標記，加速重要農藝性狀基因的遺傳定位和基因克隆提供理論依據，也為解析小麥高產、優質、多抗、廣適等重要性狀的分子機理和分子設計育種提供理論基礎[17-23]。小麥遺傳育種已經進入第3代育種時代，即小麥分子設計育種時代。小麥最初開發的分子標記應用廣泛，包括遺傳多樣性的分析及種質資源鑒定、遺傳圖譜構建和基因定位研究、基于圖譜克隆基因、分子標記輔助選擇育種[24-31]。其中，分子標記輔助選擇育種作為重要應用領域之一，在育種中發揮了重要作用，如利用分子標記輔助選擇育種技術國外育成的新品種有‘Patwin‘Lillian‘Goodeve和‘BIOINTA 2004[32]，國內‘濟麥22‘矮抗58‘周麥18和‘山農20等均采用了分子標記的鑒定和跟蹤[33]。

隨著育種進程的加快，分子設計育種替代分子標記輔助選擇育種已成大勢所趨。Peleman等[34]首次明確提出設計育種的概念，我國科學家萬建民[35]和王健康等[36]對分子設計育種分別做了詳盡的描述（圖2）。隨后，分子設計育種在水稻[37]、大豆[38]等作物中得到成功應用，特別是水稻品種‘中科804在生產上的應用。

小麥基因組龐大且測序進展緩慢，因此小麥分子設計育種落后于其他作物。近年來，小麥基因組測序的完成以及測序數據的釋放，再加上各種分子設計平臺和數據育種平臺的開放使小麥分子設計育種成為研究的熱點。寧夏小麥育種團隊應抓住機遇，利用已有的數據和平臺，開展寧夏小麥分子設計育種，為寧夏小麥育種提供全方位的服務。

3.4 加強國內外合作與交流，提高寧夏小麥育種影響力

進入“十三五”以來，為提升寧夏自治區科技實力，寧夏自治區科技廳聯合財政廳設置東西部合作重點研發項目，旨在借助東西部合作項目加強與我國東部高校及科研單位的合作，同時進行人才和技術的引進，從而提升寧夏科研實力。另外，通過舉辦國際學術會議等各種方式，加強與國內外高校及科研單位間的項目合作和學術交流，加強新技術、遺傳資源的交換，提高寧夏小麥育種團隊的知名度。

4 展望

春小麥作為寧夏特色優勢作物，在寧夏乃至西北小麥生產中占有重要地位。隨著人們生活水平的不斷提高以及人們對綠色、優質、安全食品需求的不斷增加，培育優質、多抗、廣適、穩產的小麥新品種顯得尤為重要。小麥基因組測序數據的釋放以及各種數據平臺的開放共享為研究寧夏春小麥遺傳變異規律和功能基因的挖掘與利用提供了契機，再加上寧夏回族自治區在“十三五”期間加大了對人才引進的力度，寧夏小麥育種團隊應抓住機遇，利用好人才，打造一支充滿創新精神、富有強大科研實力的隊伍，開創寧夏春小麥特色種質資源表型數據平臺的建設。同時，應利用好小麥基因組測序以及各種平臺提供的數據，為寧夏甚至西北春小麥育種提供人才、技術、新種質以及新品種等保障，打造我國春小麥育種、科研和技術創新的高地。

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