基于原始種質的小麥育種技術體系

李生科，郝 明*，張連全，黃 林，甯順腙，袁中偉，姜 博，陳 雪，陳雪姣，顏澤洪，伍碧華，鄭有良，劉登才*

（1.四川農業大學小麥研究所，成都 611130；2.西南作物基因資源發掘與利用國家重點實驗室，成都 611130）

隨著人口持續增長和生活水平提高，全世界對作物產品的需求持續增加，但目前一些作物的產量增加緩慢。根據近期的一個預測，在未來30～40年內，如果保持目前作物的生產力不變，全球作物產品的缺口將高達70%[1]。作物產品需求的持續增長，與全球氣候變化、作物生產資源約束漸趨增強等不利因素疊加，加劇了對未來糧食供給安全的普遍擔心。作物育種不但要瞄準增加產量潛力，而且要注重品種對氣候變化的耐受性以及環境的可持續問題，這對作物育種提出了重大挑戰。面對挑戰，需要充分挖掘利用種質資源庫中的各種遺傳變異，不斷優化作物品種的基因型，持續推動作物品種創新。

根據目前育種的利用情況，作物種質資源大體可以分為兩大類群。一是育種優良親本類群，主要由經過現代育種累積了眾多有利變異的現代品種（系）及綜合性狀好的育種材料構成。目前大多數育種家的品種培育主要依靠該類群，但存在遺傳多樣性基礎狹窄的問題。二是育種原始種質類群，主要由野生近緣物種、地方品種以及利用它們創制的綜合農藝性狀差的基礎研究材料構成。野生近緣物種和地方品種的類型多樣，它們在漫長進化過程中形成了適應不同環境的遺傳變異，為培育忍耐氣候變化、有效利用光、熱、土壤等環境資源的優良品種提供了物質基礎[2]。

育種原始種質普遍具有明顯缺陷，直接作為雜交親本在育種中不好用，因此育種家不愿意用。針對該問題，在種質資源學研究中，提出了種質創新策略，其主要目的是利用育種原始種質的遺傳變異，創制出綜合性狀好的育種親本[3]。種質創新是育種之前的研究環節，因此也常常被稱為預育種或前育種（pre-breeding）[4-5]。種質創新大大推動了原始種質有利遺傳變異的育種應用。但是，目前僅有少量原始種質的遺傳變異在育種上得到應用。如果沒有大量的育種家參與，僅僅依靠種質資源學或遺傳學專家的努力，很難實現原始種質的大規模育種利用。為了吸引更多的育種家積極參與原始種質的育種利用，需要創新育種方法，建立育種家樂于采用的技術體系。

普通小麥為異源六倍體。它源于四倍體小麥（TriticumturgidumL.,AABB）與節節麥（Aegilops tauschiiCoss.,DD）雜種的六倍化，該過程存在遺傳瓶頸。模擬小麥六倍化過程創制的人工合成六倍體小麥（synthetic hexaploid wheat,SHW），可以作為育種“橋梁”材料，將四倍體和節節麥攜帶的未被育種利用的遺傳變異重新引入到現代小麥，在育種中的應用潛力大[6-8]。SHW具有染色體不穩定、種子難脫粒、成熟期晚、植株偏高等諸多不良特性[9-10]。盡管育種利用難度大，采用“大群體有限回交法”等技術，利用SHW 選育出生產性能突出的小麥新品種[11-12]。另一方面，根據H.Aberkane等[13]統計，過去16年間，以SHW為親本僅僅選育出76個商業品種、分布在21 個國家，表明SHW 的育種利用效率還不高。前期利用SHW 探索了“雙頂交-兩段選擇”育種技術[14]。本研究利用更多SHW材料，并延伸到以地方品種為遺傳背景的染色體工程材料的育種實踐，優化形成了“育種原始種質-頂交-兩段選擇”技術體系。

1 材料和方法

1.1 實驗材料

1.2 材料種植

材料種植管理與當地其他的育種活動類似。材料于10月下旬至11月初播種，種植于四川農業大學試驗基地，夏繁材料種植于四川馬爾康市。每行行寬2 m，行距30 cm。原始育種材料抽穗期晚，而新品種（系）則抽穗早，新品種（系）分期播種保證花期相遇。為了便于選擇，雜種F2及其之后的選擇世代，采用單粒播種，窩距10 cm，每行約種植20株。為了鑒定條銹病抗性，小麥Sy95-71 作為條銹病誘發材料，種植于各行兩側，每年在苗期（分蘗期）接種條銹菌混合小種。

1.3 雜交與選擇

由于育種原始種質及其雜種的綜合農藝性狀差，因此采用頂交（top-cross）。為了提升雜種后代的綜合農藝性狀，由綜合性狀差的雜種與綜合性狀好的新品種（系）的雜交方式，稱為頂交。雜交分為3個步驟（圖1）。第一步，利用育種原始種質（primitive germplasm）P 與新品種（系）A 雜交，獲得單交F1（single cross F1）。第二步，利用單交F1與新品種（系）B雜交，獲得單頂交F1（single top-cross F1，P/A//B）。第三步，單頂交F1植株的綜合性狀仍然較差，選取其中的2～4個麥穗與綜合性狀好的C親本再次雜交，獲得雙頂交F1（double top-cross F1，P/A//B/3/C）[14]，其余麥穗自交獲得單頂交F2群體，用于育種選擇。

圖1 雜交流程Figure 1 Crossing process

單頂交和雙頂交構建的早世代育種群體（F2和F3）的綜合性狀仍然普遍較差，綜合性狀好的單株很少。因此，采用了兩段選擇。盡管年度之間的小麥生長發育進程存在差異，但為了強化生育期性狀選擇，每年的收獲期固定在“五一”節期間。

第一段選擇在F2和F3世代，淘汰受主效基因控制、易于表型選擇的嚴重缺陷性狀。僅選擇易脫粒、植株較矮、熟期比較正常、抗條銹病的植株，而不考慮其他性狀，然后將中選的單株混合脫粒。與種子脫粒性和條銹病抗性相比，株高和生育期雖然也受主基因控制，但是遺傳比較復雜，因此是選擇的重點難點。尤其是從高的植株中選擇矮的植株是一個關鍵步驟。在F2代，絕大多數植株偏高，由于植株遮蔽，矮的植株通常長勢不好。在F3代，植株仍然普遍偏高，從高株中選擇矮株仍較關鍵。

第二段選擇在F4及以后的世代，聚焦受數量基因控制的產量相關性狀選擇。選擇株型較好、有效穗較多、結實較好、籽粒飽滿的植株，分單株脫粒，形成株系。農藝性狀表現一致的優良株系用于比較觀察，每年從中挑選好的株系（約10個）用于本單位統一組織的產量比較試驗，然后選擇優異品系提交區域試驗。

兩個雜交組合采用了分子標記輔助選擇。一是為了將節節麥4DS 染色體臂上的抗條銹病基因YrAS2388導入小麥品種[17]，分別在雜交組合Syn-SAU-S9/川07001//蜀麥969的F3群體以及F5株系進行了分子標記選擇[18]。二是為了將含抗白粉病基因Pm56的6RS.6AL易位染色體導入新品種，在雜交組合蜀麥969/HM812-41//蜀麥830/3/WJL3931 的F2群體進行基因組原位雜交和分子標記選擇[19]，含6RS染色體臂的矮稈、抗病、早熟植株混收，在F5株系再次進行標記選擇。

谷祺教授長期致力于企業財務學的教學和研究，教學成績卓著，學術造詣深厚，是我國財務學主流學派的杰出代表之一。除此之外，他還廣泛地涉獵管理會計、社會審計、國際會計等各個領域，并且都取得了豐碩的成果。他始終保持謙虛謹慎的優秀品質和對學問孜孜以求的執著精神。由于對財會教育事業的突出貢獻，谷祺教授被有關方面譽為“當代著名教育家”，并多次立功受獎，曾被評為“大連市優秀教師”“大連市勞動模范”“遼寧省勞動模范”，享受國務院政府特殊津貼，并被國家教委、人事部、中國教育工會聯合授予“全國優秀教師”榮譽稱號。

1.4 人工合成小麥基因組的滲入片段分析

利用天根生物技術（北京）有限公司植物基因組DNA 試劑盒，從幼葉中提取基因組DNA。DNA送中玉金標記(北京)生物技術股份有限公司（http://www.cgmb.com.cn/）進行小麥55K SNP 芯片掃描。根據新品種及其親本的SNP 數據，以1 Mb 為步移，10 Mb 為滑窗，統計新品種與其親本在區段內相同分型標記的數量占比，如果新品種在一個區段內標記分型與某個親本相同的比例高于其他親本，則判斷該區段來源于此親本，否則判斷為無法識別[14]。圖形繪制和統計分析使用R 包ggplot2（v3.4.4）或在Microsoft Excel 2007完成。

2 結果與分析

本研究構建的單頂交和雙頂交育種群體，均用于兩段選擇。利用4份人工合成六倍體小麥SHWL1、Syn-SAU-69、Syn-SAU-26、Syn-SAU-S9作為雜交親本，從7 個雜交組合中，選育了7 個蜀麥（Shumai）小麥品種（圖2）。其中，蜀麥1675和蜀麥1963來自單頂交群體（涉及3 個親本）、利用了節節麥念珠狀亞種（Ds），其余5個來自雙頂交群體（涉及4個親本）、利用了節節麥圓柱形亞種（Dt）。同時，利用小麥-黑麥6RS.6AL 易位系HM812-41 構建的雙頂交群體（組合為蜀麥969/HM812-41//蜀麥830/3/WJL3931），選育出的新品系蜀麥2352，已參加四川省區域試驗，而利用單頂交群體未獲得理想優良新品系?？傮w上，雙頂交的育種效果更好。

圖2 利用人工合成六倍體小麥選育的新品種及其雜交組合Figure 2 New cultivars derived from synthetic hexaploid wheat and the corresponding hybrid combinations

2.1 新品種（系）的選擇過程

與當地育種家通常采用的品種間雜交群體相比，本研究利用原始種質配制的F1-F3群體的綜合農藝性狀差。F1植株混合收獲，這與通常的品種間雜交群體的處理比較類似。但是，在F2和F3代，本研究不考慮綜合性狀選擇，而是聚焦于淘汰種子難脫粒（馴化性狀）、感條銹病、成熟期晚、植株偏高（“綠色革命”改良性狀）等嚴重缺陷。F4及其以后世代注重單株及其株系的綜合性狀選擇，這與通常的品種間雜交群體的處理比較類似。在新品種的選育過程中，本研究采用了較小的群體規模（表2）。

表2 新品種（系）選育過程中不同育種世代的群體大小Table 2 Population sizes in different breeding generations during the development of new varieties (lines)

在品種間雜交F2代，一些育種家喜歡使用大群體。本研究的F2代選擇群體不大，種植了5～50 行（每行約20株，群體約100～1 000株），其中蜀麥580的F2僅種植了5行、蜀麥1675和蜀麥1868的F2僅種植了10 行。另一方面，與品種間雜交F2群體相比，本研究F2群體的綜合性狀差、存在明顯缺陷，因此僅選擇易脫粒、植株較矮、熟期較早、抗條銹病的植株，而不考慮其他性狀，然后混合脫粒。即使這樣，符合選擇標準的植株也很少。

在F3代，群體規模也普遍較小。這主要是因為在F2代中選的單株少，而且由于蔭蔽影響（F2代群體中多數單株的株高較高），矮的植株長勢差，收獲種子少。正常季節種植10～80行（約200～1 600株），夏繁僅2 行（夏繁未單粒播種，難以估計植株數）。在F3代，由于群體小，綜合性狀好的單株少，很多單株仍存在難脫粒、偏高、晚熟、感病等明顯缺陷，因此仍然聚焦于選擇易脫粒、植株較矮、熟期較早、抗條銹病的植株，然后混合脫粒。其中，蜀麥1675 的F3群體利用分子標記輔助選擇，僅獲得1 株農藝性狀符合選擇標準且含有抗條銹病基因YrAS2388的植株。

在F4代，除了蜀麥830 和蜀麥114 的種植規模較大，其他品種的F4未超過40 行，表明F3中選的單株少。從F4代開始，聚焦產量相關性狀選擇，選擇綜合性狀比較好的單株分別脫粒，形成株系。盡管F4群體的綜合性狀有明顯改進，但與品種間雜交群體相比，整體水平仍有差距，中選的單株比例仍然不高，有的雜交組合僅選擇了少量單株。其中，從蜀麥969的F4群體40行材料中，僅選擇了3株，中選率約0.4%（3/800）；蜀麥1963 的F4中選率最高，從15 行材料中選擇了17 株，中選率為5.7%（17/300）。但是，從F5代開始，綜合農藝性狀整體上明顯變好，通常會出現一些表現突出的單株，表明選擇的效果明顯。

2.2 新品種（系）的農學特征

選育的新品種源于7 個雜交組合，它們具有不同的特征特性。根據種子管理部門提供的資料，蜀麥969在四川省生產試驗中產量排第一位；蜀麥580在云南省區域試驗和生產試驗中的產量排第1 位；蜀麥830 屬重穗型、區域試驗兩年各試點的平均千粒重50 克、穗粒數49 粒；蜀麥114 在國家和四川省區域試驗中的品質指標均達到弱筋小麥標準；蜀麥1963 早熟、生產試驗產量排第2、面團穩定時間12分鐘；蜀麥1868高抗條銹病、中抗白粉病、中抗-中感赤霉病。根據實驗室檢測結果，蜀麥969 苗期抗旱性及耐濕性好，蜀麥114 抗穗發芽，蜀麥1868 含野生二粒小麥的抗條銹病基因Yr15，蜀麥1675和蜀麥1963導入了節節麥的抗條銹病基因YrAS2388[18]，蜀麥2352抗白粉病、含6RS.6AL易位染色體（圖3）。

圖3 新品種的農學特征Figure 3 Agronomic characteristics of new varieties

2.3 滲入的人工合成小麥染色體區段

根據新品種及其親本的SNP數據，對新品種中滲入的人工合成六倍體小麥（SHW）染色體區段大小、比例及位置分布進行估算。理論上，通過隨機選擇，SHW 血緣在單頂交組合選育的品種中占25%，在雙頂交組合中占12.5%。但是，通過單頂交選育的蜀麥1675 和蜀麥1963 中僅為13%左右，而源于雙頂交的其他5個品種平均約為10%（表3），推測對雙頂交群體的選擇強度更小。對源于雙頂交的5 個品種而言，品種間的SHW 滲入有差異，蜀麥1868 最低（5.3%），蜀麥580 最高（13.7%）；就3 個亞基因組而言，B基因組滲入最高，平均約占整個B基因組的15.1%。就單個染色體而言，A 基因組中的5A和6A滲入片段平均占整條染色體的12.0%，B基因組中的1B和7B分別滲入24.1%和27.5%，而D基因組中的1D（13.4%）、3D（16.3%）、5D（18.2%）滲入比例較高。這些結果表明，SHW 染色體區段的滲入，既與雜交組合有關，也與所在的亞基因組及染色體有關。

不同新品種滲入的SHW 染色體區段的位置分布及大小存在很大差異（圖4）。例如，大片段的SHW 滲入區段分布在蜀麥114 的6A，蜀麥830 的3A、1B，蜀麥580 的1B、5B、7B、5D，蜀麥969 的7B、3D、5D，蜀麥1868 的4A、1D，蜀麥1675 的5A、2B、3B、1D、4D，以及蜀麥1963的1A、6B。分析的7個新品種源于不同的雜交組合，推測SHW區段的滲入模式與雜交組合有關。

圖4 新品種滲入的SHW染色體區段（黑色）和共同滲入情況（右下）Figure 4 The introgressed SHW-chromosome segments in new varieties (shown by black bars) and the shared introgression regions shared by three or more varieties (lower right)

對共同滲入的染色體區段進行分析，發現存在高頻率滲入區段，表明存在滲入熱區（圖4 右下）。在2A、3A、5A、6A、1B、2B、3B、5B、6B、7B、1D、2D、3D、4D 和5D 等15 條染色體上存在3 個小麥品種共享的108 個滲入片段，其中1B 和7B 最多。在5A、1B、2B、3B、7B、3D和5D等7條染色體上存在4個小麥品種共享的15個滲入片段，其中1B有4個、7B有3個、5A和5D各2個。在5D的54～55 Mb位置，蜀麥580、蜀麥830、蜀麥969、蜀麥1868 和蜀麥1675 等5個新品種存在共享的滲入片段。在5D 的237～238 Mb位置，蜀麥580、蜀麥830、蜀麥969、蜀麥1675和蜀麥1963 等5 個新品種存在共享的滲入片段。這些共同滲入的染色體區域，可能存在育種有利變異，值得下一步研究。

根據滲入區段的位置，分析了一些基因的滲入情況。一方面，源于人工合成六倍體小麥的生育期相關基因位點Ppd-A1、Vrn-B1和Vrn3滲入到單個品種中，控制籽粒大小的TaGW2、TaSus1和TaGASR7等基因位點滲入至2～3 個品種中（表4），表明來自人工合成小麥的等位位點或與之連鎖的染色體區段，可能在育種選擇中具有優勢，在下一步的分子聚合育種中值得高度關注。高分子量谷蛋白位點Glu-1B存在于2 個品種中，但該基因不控制植株形態性狀，表明其連鎖的染色體區段可能也存在利于農藝性狀選擇的基因。另一方面，來源于人工合成六倍體小麥的控制硬殼Tg（2D，Xfab400-Xmwg682）、抽穗期Ppd-D1、Vrn-A1、Vrn-D1、FT-D1（7D，68 415 945 bp）以及株高Rht-B1、Rht-D1等位點，在7 個新品種中均未滲入，表明這些基因的人工合成小麥等位類型可能在育種中具有缺陷，從而在選擇過程中被淘汰。

表4 新品種中滲入的人工合成六倍體小麥基因Table 4 The introgressed genes from synthetic hexaploid wheat into new cultivars

3 討論

野生近緣物種、地方品種等育種原始種質的利用效率不高，仍然是一個亟待解決的問題。本試驗采用的人工合成六倍體小麥的AABB基因組由四倍體小麥地方品種或野生種提供、DD 基因組的供體節節麥是二倍體野生物種，而易位系的小麥遺傳背景來自四川普通小麥地方品種、6RS 染色體臂來自于我國秦嶺的黑麥地方品種（黑麥與小麥為不同的屬）。利用這些綜合農藝性狀差的育種原始種質與綜合性狀好的新品種（系）為雜交親本，選育了多個小麥新品種和表現突出的優良新品系。由于本研究育種技術中的育種原始種質、頂交、兩段選擇三大要素有機聯系，其中育種原始種質是頂交和兩段選擇的設計基礎，因此本文稱之為“育種原始種質-頂交-兩段選擇”育種技術體系。

3.1 育種原始種質、頂交、兩段選擇對育種效率的影響

目前大多數育種家的新品種培育主要采用綜合性狀好的育種親本，它們經過現代育種累積了眾多有利變異，但是存在遺傳多樣性基礎狹窄的問題。與之相比，育種原始種質具有未被育種利用的新變異，但是在遺傳上沒有經過現代育種累積、缺乏現代品種具有的一些優良基因，在表型上具有一些明顯的缺陷性狀、綜合性狀差。在育種設計上，既要考慮引入遺傳新變異，又要盡快改良綜合性狀，因此采用了頂交和兩段選擇。

育種原始種質對提高育種效率具有雙重作用。一是，原始種質與現代品種的遺傳差異大，有利于導入新的遺傳變異，優化品種的遺傳組成。人工合成六倍體小麥具有很多育種有利位點[12-14]。本研究選育的7 個小麥新品種，平均滲入了11%的人工合成六倍體小麥基因組。比較分析發現，一些品種存在共同滲入區段，推測這些區段在育種中受到正向選擇，可能存在育種有利的基因位點。從表型上，新品種遺傳了原始種質的優良特征。例如，蜀麥1963遺傳了人工合成小麥親本Syn-SAU-26抽穗后灌漿速率快的特征，而蜀麥830 遺傳了四倍體小麥地方品種AS2255 的大穗及粗壯的莖稈。二是，盡管利用原始種質構建的育種群體綜合性狀差，導致符合選擇標準的植株少，但結合頂交和兩段選擇可以降低工作量。例如，F2代種植了5～50 行（每行約20 株），其中蜀麥580 的F2僅種植了5 行、蜀麥1675和蜀麥1868的F2僅種植了10行；在F3代，正常季節種植10～80行，夏繁僅2行；在F4代，除了蜀麥830和蜀麥114的種植規模較大，其他品種的F4均在40行及以下，表明F3中選的單株少。因此，育種原始種質的利用不但可以導入新變異，而且可以降低工作量。

頂交加速了有利基因位點的遺傳累積?；亟皇菍胗N原始種質有利基因、同時改良綜合農藝性狀的常用方法，但回交方法只涉及2個親本，即育種原始種質與輪回親本，因此遺傳重組僅限于兩個親本之間（圖5）。本研究涉及3個或4個親本，可產生兩種遺傳學后果。一是可導入育種原始材料的有利基因位點、同時改良綜合性狀，這與回交的作用類似。二是可重組累積不同新品種（系）親本中的有利位點，有利于趕上育種家的遺傳改良步伐，這與回交不同。新品種（系）是通過持續的遺傳累積而形成的，與育種原始材料及早期品種相比，它們累積了更多的有利基因，但不同的新品種（系）可能累積了不同的有利基因。因此，頂交不但可以導入原始育種材料的新變異（外源），而且有利于在短時間內聚合優良品種（系）中的有利基因（內源），也有利于外源與內源變異的協調匹配。

圖5 回交（上）與雙頂交（下）的遺傳效應比較模式圖Figure 5 Comparison of backcross (upper) and double-top cross (lower) on the genetic effects

兩段選擇降低了選擇難度、提高了選擇效率。本研究的選擇分為兩段進行，第一段在早世代F2和F3聚焦于淘汰缺陷性狀，第二段在F4及以后的世代聚焦于改良綜合性狀。與通常的品種間雜交群體的選擇相比，本研究的主要不同在于早世代。對通常的品種間雜交而言，早世代育種群體的綜合性狀好，但產量等復雜性狀的早世代選擇效果不好，對于缺乏育種經驗的育種者來講，選擇哪些植株或者淘汰哪些植株是比較困難的工作。但是，利用原始種質與現代品種構建的早世代群體的綜合性狀差，在早世代聚焦于淘汰遺傳上相對簡單的缺陷性狀，而不考慮產量性狀，因此選擇標準易于被缺乏經驗的育種人員掌握（如高年級研究生），而且符合中選標準的植株少，從而選擇難度小、效率高。

3.2 “育種原始種質-頂交-兩段選擇”育種技術體系的進一步優化

本研究的主要目的是建立比較簡便的育種技術，從而有助于更多的育種家利用原始種質育種。研究重點在于利用小群體，驗證“育種原始種質-頂交-兩段選擇”育種技術的可靠性。但是，從品種創新效果的角度，還需要對該技術體系進一步優化。一是關于育種原始種質的選擇。選擇遺傳背景清晰、目標性狀突出、目標基因明確的育種原始種質，有利于提高雜交組合配制及其育種選擇的針對性。二是關于雜交。根據育種原始種質的基因型和表型特征，選擇品種親本以及雜交的先后次序，最后一次雜交的親本在后代中的血緣理論占比為50%，因此最后一次雜交的親本選擇比較關鍵。三是關于選擇及群體大小。本研究從單頂交F2群體開始選擇，其缺陷是中選的F2植株太少，導致之后的育種群體小，不利于充分的遺傳重組。為了解決這一問題，需要擴大雜交規模，從雙頂交時開始進行選擇。單頂交時應得到盡量多的F1種子（P/A//B，圖1），在雙頂交之前，對單基因控制的性狀（如脫粒性、抗病性）進行選擇，挑選目標單株進行頂交，并獲得大量雙頂交種子。雙頂交F1繼續進行單基因控制性狀的選擇，獲得F2群體。對于目標基因明確且有可靠標記的，在F2群體進行分子標記輔助選擇，有利于提高選擇效率。

盡管本研究選育的品種存在共同滲入的染色體區段，但是不同品種滲入的染色體區段的位置分布及大小存在很大差異（圖4），推測滲入與雜交組合或使用的小麥品種親本有關。為了充分利用育種原始種質及其不同新品種的遺傳變異，產生更多的遺傳上協調匹配的優異遺傳組成類型，可以采用更為復雜的雜交組合。例如，涉及原始種質及6 個新品種的聚合雜交（圖6），在雜交分離群體（P//A/B，P//A/B/3/C/D）及其以后的分離群體，結合分子標記輔助選擇，可能有利于加速有利基因的累積效率，從而獲得更好的品種。

圖6 原始種質（P）與6個新品種（A-F）的聚合雜交模式圖Figure 6 The model of gathering hybridization using primitive germplasm (P) and 6 new varieties (A-F)

本研究選育的小麥新品種中，存在大量的節節麥染色體區段滲入，豐富了小麥D基因組的遺傳基礎。通常認為，在小麥六倍化過程中，僅有非常少量的四倍體小麥與節節麥個體參與，之后僅有少數的原始六倍體個體參與馴化，導致四倍體小麥和節節麥的大量遺傳多樣性沒有引入到普通小麥。但是，在進化過程中，自然雜交將四倍體小麥的多數變異滲入到普通小麥，而節節麥與普通小麥間缺乏自然雜交，導致D 基因組遺傳多樣性水平只有A 和B 基因組的10%左右，因此豐富D 基因組的遺傳多樣性變得十分重要[20]。遺傳上節節麥劃分為L1、L2、L3 三個遺傳類群[21-22]，染色體水平上存在Ds和Dt兩種染色體組核型[23-24]。其中，念珠型亞種（A.tauschiissp.strangulata，對應L2 和L3 遺傳類群，Ds染色體組）是小麥D 基因組的供體物種。但是，圓柱形亞種（A.tauschiissp.tauschii，對應L1 遺傳類群，Dt染色體組）沒有參與普通小麥的起源過程。因此，從豐富小麥D 基因組遺傳變異的角度，應優先選擇利用圓柱形節節麥亞種。本研究利用來自圓柱形亞種的節節麥材料AS60創制的人工合成六倍體小麥選育了5 個小麥品種，表明該亞種在育種中具有重要應用價值。

現代育種所利用的遺傳變異逐漸集中到少數育種親本或來源相近的育種親本上，導致現代品種遺傳基礎越來越狹窄。野生近緣物種和地方品種是增加現代品種遺傳變異的重要源泉。本研究利用“育種原始種質-頂交-兩段選擇”技術，以人工合成六倍體小麥為橋梁，將普通小麥近緣物種（四倍體小麥和節節麥）的大量遺傳變異導入，拓展了小麥品種的遺傳基礎。以四川小麥地方品種中國春和開縣羅漢麥為遺傳背景，創制的含黑麥抗白粉病基因Pm56的小麥-黑麥6RS.6AL易位系為材料，選育的優良新品系蜀麥2352已參加四川省區域試驗，表明該技術在地方品種及其創制的染色體工程基礎材料的育種利用中也有應用潛力。地方品種的育種“從頭利用”值得高度重視，這是因為由于骨干地方品種親本的集中使用及外來親本的大量利用，僅有少數地方品種的遺傳變異被保留到現代品種中。例如，1970s繁六之后的品種，四川小麥地方品種的90%血緣被外來的現代品種替換[25]。與現代品種相比，四川地方品種具有耐濕、耐瘠薄、多花多實、熟相好等優良性狀。另一方面，四川地方品種“中國春”作為遠緣雜交轉移外源基因的工具材料被全世界廣泛使用，目前已將小麥的許多野生近緣物種的有利基因轉移到了中國春遺傳背景，創制了一大批外源附加系、外源代換系、外源易位系等育種原始材料。期望借助“育種原始種質-頂交-兩段選擇”技術，能夠盡快將“中國春”衍生材料中的外源有利基因轉移至小麥品種。

4 結論

“育種原始種質-頂交-兩段選擇”育種技術體系中的育種原始種質、頂交、兩段選擇三大要素有機聯系。原始種質的遺傳特性是頂交和兩段選擇的設計基礎。原始種質具有未被育種利用的遺傳變異，但是沒有經過現代育種的遺傳累積過程、缺乏現代品種具有的一些優良基因，在表型上具有明顯缺陷性狀、綜合性狀差。采用頂交和兩段選擇，其目的是“趨利避害”，在引入原始種質遺傳變異的同時，盡快淘汰缺陷性狀、改良綜合性狀。育種實踐表明，基于原始種質設計的小麥育種技術體系提高了育種效率，育種原始種質可以作為簡化育種選擇的“工具”。