中国农业科学专题文章 | 四川省农业科学院作物研究所探究人工合成小麦和地方品种穗发芽抗性育种利用效率
小麦穗发芽（pre-harvest sprouting，PHS）是指在小麦收获前遇连续阴雨或潮湿环境下出现籽粒在麦穗上萌动、发芽的现象。穗发芽不仅导致小麦营养和加工品质劣化、种用价值降低，而且严重时导致产量损失，对小麦生产造成较大的经济损失。中国约有83%的小麦种植区均发生过严重的穗发芽危害，特别是长江中下游、西南麦区等湿热地区；近几年，穗发芽在中国江苏、安徽、四川、河南等省频繁发生，影响了小麦品质和产量，给种植大户和企业造成较大经济损失。目前，利用抗穗发芽种质资源培育抗穗发芽小麦品种是解决小麦穗发芽问题最有效的途径。
近期，四川省农业科学院作物研究所/农业农村部西南地区小麦生物学与遗传育种重点实验室/粮食作物绿色种质创新与遗传改良四川省重点实验室联合成都师范学院化学与生命科学学院完成的题为“人工合成小麦和地方品种穗发芽抗性育种利用效率”的研究在《中国农业科学》2024年第57卷7期正式发表。
以抗穗发芽的人工合成小麦SYN792和四川地方品种涪陵须须麦为母本，以穗发芽敏感品种川麦45为轮回亲本，构建2个BC1F7群体。2017年，通过整穗发芽鉴定法对2个BC1F7群体的1 796个株系进行穗发芽表型初筛，然后利用与人工合成小麦PHS-3D和地方品种PHS-A1穗发芽抗性位点连锁的SSR标记进行分子标记选择，筛选出整穗发芽率（SGR）小于35%且携带PHS-3D和PHS-A1抗性位点的导入系；2018和2019年，连续2年对初筛选出的PHS-3D和PHS-A1导入系进行整穗发芽率、籽粒发芽指数（GI）和产量相关性状鉴定，其中，籽粒发芽鉴定试验设置25 ℃（18GI）和32 ℃（19GI）2个发芽温度。通过不同环境下穗发芽抗性和产量数据，分析人工合成小麦和地方品种导入系抗穗发芽育种利用效率，筛选抗穗发芽且综合性状好的优异导入系。
PHS-3D（Xgwm341）和PHS-A1（Xbarc170）抗穗发芽位点检测
经整穗发芽鉴定初筛，从1 796个衍生系中筛选出SGR值小于35%的株系537个；进一步对筛选出的537个株系进行分子标记检测，发现332个株系导入了人工合成小麦PHS-3D和地方品种PHS-A1穗发芽抗性位点，包括人工合成小麦导入系73个、地方品种导入系259个；地方品种PHS-A1导入系的频率显著高于人工合成小麦PHS-3D导入系。
导入系穗发芽指数的统计分析
2018和2019年通过对332个穗发芽抗性位点导入系穗发芽鉴定发现，不同年份穗发芽指标间均呈极显著正相关，穗发芽指标SGR和GI表现出相对稳定的趋势；人工合成小麦和地方品种导入系的3个穗发芽指标平均值（18GI、18SGR和19SGR）均低于23%，差异不显著。不同发芽温度导入系的GI值差异较大，发芽温度32 ℃时，人工合成小麦PHS-3D导入系的GI值显著低于地方品种PHS-A1导入系。筛选出的73个人工合成小麦导入系中，红粒系穗发芽指标值均低于白粒系；其中，11个人工合成小麦白粒导入系表现中抗及以上抗性水平，14个红粒导入系在不同发芽温度时GI值均低于35%。2年产量相关性状分析表明，人工合成小麦PHS-3D导入系的千粒重显著高于地方品种PHS-A1导入系，而穗粒数显著小于地方品种PHS-A1导入系。根据产量性状和穗发芽抗性表现，筛选出23个穗发芽抗性和综合性状均较好的优异导入系，包括7个人工合成小麦PHS-3D导入系、16个地方品种PHS-A1导入系；人工合成小麦优异导入系中有2个白粒导入系穗发芽抗性中抗以上，2个红粒导入系不同发芽温度的GI值均低于25%，表现出稳定的穗发芽抗性。
优异导入系穗发芽抗性和产量相关性状统计
人工合成小麦和地方品种均可用于改良现代栽培小麦穗发芽抗性，利用地方品种进行穗发芽抗性育种改良效率优于人工合成小麦；但人工合成小麦导入系的穗发芽抗性的稳定性优于地方品种导入系。筛选出的23个人工合成小麦和地方品种导入系是小麦穗发芽抗性和产量性状改良的重要基因资源；特别是人工合成小麦白粒导入系（编号5201）和红粒导入系（编号5497和5505）是非常有育种利用价值的穗发芽抗性育种亲本材料。该研究获得国家重点研发计划（2021YFD1200603）、国家自然科学基金（U22A20472）、四川省科技计划（2022ZDZX0014，2022NSFSC0161）、四川省财政专项种源1+3关键核心技术攻关项目的资助。
论文链接：
引用本文：
刘泽厚, 王琴, 叶美金, 万洪深, 杨宁, 杨漫宇, 杨武云, 李俊. 人工合成小麦和地方品种穗发芽抗性育种利用效率[J]. 中国农业科学, 2024, 57(7): 1255-1266.LIU ZeHou, WANG Qin, YE MeiJin, WAN HongShen, YANG Ning, YANG ManYu, YANG WuYun, LI Jun. Utilization Efficiency of Improving the Resistance for Pre-Harvest Sprouting by Synthetic Hexaploid Wheat and Chinese Wheat Landrace[J]. Scientia Agricultura Sinica, 2024, 57(7): 1255-1266. “种子萌发与穗发芽”专题
☉ 广东省农业科学院刘军课题组探析水杨酸引发提高低温下水稻种子萌发活力的生理与分子效应
☉ 四川农业大学王际睿课题组关于小麦穗发芽抗性机制及抗性育种的研究
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