小麦节水高产育种方法的探讨

我国幅员辽阔,不同地区的自然条件与种植环境存在明显的差异,这也对小麦育种提出了更加复杂且多样化的要求。小麦是北方地区的主要农作物,而北方水资源长期处于严重匮乏的状态,如何有效实现节水种植目标成为育种人员研究的重点方向,如何在节水的同时保持小麦高产也是当前小麦全新品种选育的主要任务。小麦育种的核心问题就是将最优质和最合适的基因从庞大的基因群组中选取出来,最终达到小麦育种目标。基于此,结合当前小麦节水高产育种需求对主要育种方法进行分析讨论。     

高水效农业的微观和宏观研究

针对华北平原节水农业的方向,保障水资源和粮食及生态安全的目标,开展了高水分利用效率农业(简称高水效农业)微观和宏观等学科交叉研究。在微观研究方面,先后开展了小麦节水品种鉴定和选育、小麦水分高效利用生理遗传调控、相关基因克隆和功能及转基因、分子标记辅助选择育种研究,最近又向水分高效利用分子设计育种和基因编辑等新技术进军;选育出7个小麦品种,其中两个国审品种;出版代表性著作《小麦遗传学》和《作物抗旱节水的生理遗传育种基础》;获国家科技进步二等奖2项。在宏观研究方面,开展了旱地和高水效农业,水资源和粮食安全,作物适应气候变化,绿色农业,粮食丰产增效等研究;撰写了建设黄淮南片第二粮仓等重要咨询报告30多份,得到国家和地方政府采用和国家领导人批示;第二粮仓科技创新工程成为科技部2017年四大创新工程,中国科学院"十三五"重大突破项目;出版代表性著作《中国旱地和高水效农业的研究与发展》、《中国水资源和粮食安全与现代农业发展》、《应对气候变化与水资源高效利用以及粮食安全和绿色农业协同发展》和《中国第二粮仓发展战略与实践》等。在微观和宏观方面推动了我国高水效农业的深入发展,成为中国科学院在华北节水农业方面的一个特色学科领域。     

辽西半干旱区农田增墒抗旱节水技术模式研究

针对辽西半干旱区旱作农业发展实际,结合国内外农田增墒抗旱节水研究进展情况,对辽西半干旱区农田增墒抗旱节水技术进行了深入研究,建立了辽西半干旱区农田增墒抗旱节水集成技术模式体系。主要包括:农田补水增墒抗旱节水技术模式、农田蓄水增墒抗旱节水技术模式、农田保水增墒抗旱节水技术模式。实践表明,此项抗旱技术在旱田生产中平均可节约(增加)水资源630 m3/hm2,水分利用效率达到55%以上,可新增粮食产量1 786.35 kg/hm2。     

渭北旱作节水农业的新技术

在分析渭北旱作农业粮食生产历史和现状的基础上,提出了进一步开发粮食生产潜力的抗旱节水新技术,并对抗旱保苗、覆盖栽培、有限灌溉、膜上灌溉和化学节水等这些新技术的抗旱节水原理和效果进行了评述     

布劳格小麦育种模式反思与节水专用型品种选育探讨

针对甘肃内陆河灌区农业水资源日益减少、环境干旱、干热风频发及目前主栽小麦品种在限额灌溉条件下减产的问题,探讨了调整春小麦新品种选育思路和实现小麦生产协调持续发展的可能性。分析发现,仿布劳格小麦育种模式选育的一些主栽春小麦品种在甘肃内陆河灌区栽培面积最大,在高水肥投入条件下可获得高产,但在减额灌溉后,籽粒产量大幅下降。通过适度“升秆(提升生物量)”选育的“陇春34号”等高秆、中高秆类型新品种(系),在减额灌溉条件下可以不减产或显著增产。在此基础上,提出了适应甘肃内陆河灌区主动减额灌溉,节水专用型春小麦新品种选育目标设计与立论思维,并对节水专用型小麦的育种实践和应用前景进行了展望。     

双价抗虫节水抗旱稻新材料旱恢3CA的创制

绿色超级稻的育种目标是少打农药、少施化肥、节水抗旱和优质高产。为培育“少打农药,节水抗旱”的资源节约型、环境友好型水稻品种,本研究以T1C-19、T2A-1作为cry1C^*和cry2A的基因供体,与节水抗旱稻恢复系旱恢3号品种杂交,利用分子标记辅助选择技术对目标基因进行筛选,最终获得同时含有cry1C^*和cry2A基因的稳定株系。通过PCR以及对Cry1C^*和Cry2A蛋白的定性和定量检测,结合正常管理田间农艺性状考察及不防治螟虫田间管理的抗虫性鉴定,筛选出双价抗虫节水抗旱稻新恢复系旱恢3CA。结果显示,对照旱恢3号与旱恢3CA在农艺性状上无显著差异,但早恢3CA高抗稻纵卷叶螟。本研究结果为培育既节水抗旱又抗虫的水稻新品种奠定了材料基础。     

外源基因导入改良小麦抗旱性的研究进展

华北是我国水资源匮乏地区之一,干旱直接威胁着本区域粮食安全。小麦(Triticum aestivum L.)作为世界主要粮食作物,在我国北方占有重要地位,选育抗旱小麦品种是降低干旱危害的有效手段。由于小麦属内的遗传变异相当有限,小麦抗旱性遗传改良急需开发和导入新的基因资源。远缘杂交是转育小麦近缘属种优良基因、创造特异育种新材料的有效途径;全基因组DNA导入技术打破了物种界限,可以将小麦族外的基因导入小麦基因组中;转基因技术不仅可以导入其他物种的基因,更使得分子聚合不同来源的抗旱相关基因成为可能,为小麦抗旱性综合改良开辟了新途径。本文以上述3种技术为切入点,对外源基因(或染色质)导入、改良小麦抗旱性的相关研究进展进行了回顾和展望。     

丰产、节水小麦品种农大211和农大212的选育

农大211和农大212是中国农业大学农学与生物技术学院由农大3291品种群体经选择育种方法育成的丰产、节水小麦(Triticum aestivum)品种,分别于2007年和2010年通过北京市小麦新品种审定委员会审定。2个品种除籽粒颜色农大211为白粒,农大212为红粒外,其他农艺性状(株高、株型、生育期、抗病性、熟相等)均表现高度一致。本文介绍了农大211和农大212的选育过程、品种特点和推广应用情况,并讨论了中国农业大学的小麦育种经验。     

抗旱节水剂对果树生长及灌溉制度的研究

通过对保水剂和旱地龙这两种抗旱节水剂在苹果生长上的试验研究,分析了抗旱节水剂集成应用对土壤含水率、苹果产量、苹果品质(主要指可溶性固形物)的影响。结果表明,施用抗旱节水剂可增加土壤含水率和果实品质,增产达13365 06～19036 58kg/hm2,增加纯经济效益20570～34750元/hm2;水分利用效率提高,每1hm2节水892m3,同时对抗旱节水剂应用条件下的果树灌溉制度进行了研究,提出了不同降雨年型的灌溉制度。     

小麦重组自交系群体苗期抗旱性综合评价

[目的]探讨干旱对小麦萌发期幼苗生长的影响,筛选抗旱的优良小麦种质材料,为小麦抗旱新品种的选育提供依据。[方法]以洛旱2号与潍麦8号杂交产生的重组自交系(RIL)群体(F9)为材料,基于小麦萌发期幼苗在不同水分条件下的多个农艺性状指标数据,通过主成分分析和K均值聚类的方法,对重组自交系的291个株系及其亲本进行了苗期抗旱性综合评价,并对各株系的苗期抗旱性度量值和其产量的相关性进行了分析。[结果](1)用10%的PEG-6000处理萌动的种子,可促进胚芽鞘长和根数的增加,而对其它农艺性状有明显的抑制作用。(2)从该重组自交系的291个株系中筛选出了44个抗旱优良株系,为小麦抗旱育种提供了宝贵的种质材料。(3)小麦各株系的苗期抗旱性和其产量之间呈显著的正相关。[结论]根系性状对干旱胁迫的反应最为敏感,干旱胁迫下能否形成相对强大的根系系统是衡量幼苗抗旱性的重要条件。     

太行山前平原区小麦玉米农艺节水技术集成模式综合评价

太行山前平原区小麦玉米农艺节水是解决当地水资源危机和地下水严重超采的重要途径。在前期以华北山前平原高产区作为重点研究区形成的种植节水品种、秸秆覆盖、调亏灌溉、生育期优化及株行距优化等小麦玉米农艺节水技术的基础上, 集成了常规模式(底墒水+拔节水+开花水)、综合节水模式(拔节水+开花水)、模式A(拔节水)和模式B(底墒水)等4 种小麦玉米农艺节水模式。本研究利用熵权综合评价法对4 种节水模式从生产效益、社会经济效益和生态效益方面进行技术经济评价。结果表明: 小麦玉米4 种节水模式的得分排序为综合节水模式＞模式A＞模式B＞对照(常规模式), 因此小麦玉米综合节水模式综合效益最优。从4种节水模式的投入产出看, 综合节水模式肥料投入最低, 投入产出比、纯收益、水分利用效率和水分经济利用效率最高。小麦玉米节水是未来发展的方向, 应该进一步提高农户农业节水意识, 利用多种手段, 促进农户采用小麦玉米节水技术优化模式。     

甘肃小麦育种现状及对策

小麦是甘肃的主要粮食作物,也是城乡居民的主要口粮。为进一步加快甘肃省小麦育种的持续发展,总结回顾甘肃省小麦育种成效及发展历程,尤其是近10年来小麦育种成效,针对存在的问题,提出了明确小麦育种方向与目标、加强研发经费投入和基础条件建设、加强种子良种繁育基地建设等发展对策。     

Changing parameters of Czechoslovak obsolete and modern bread wheat cultivars (Triticum aestivum L.) over 90 years

Differences achieved in 18 selected morphological, phenological and grain parameters attributable to the wheat breeding process were evaluated on the basis of 262 original Czech and Slovak winter bread wheat cultivars (Triticum aestivum L.) developed during 1911–2008 and cultivated in the field and climatic conditions of Crop Research Institute Prague-Ruzyně for 3 years (2010–2012). The wheat breeding process unambiguously has improved grain production parameters, lodging and mildew resistance compared to wheat landraces and obsolete cultivars. Only wheat landrace ‘Visnovska Hustoklasa’ showed a higher resistance to lodging (8 points), no old cultivars registered till 1930 were resistant to mildew. Nevertheless, these economically positive properties of modern wheat cultivars are negatively reflected in lower crude protein content, protein content’s lower stability year to year, and decreased stability of Zeleny sedimentation. The breeding of wheat cultivars during 1961–1990 points to a key period responsible for these parameter changes. At the same time, within this somewhat older wheat group (from 1961–1990), several perspective wheat cultivars with acceptable spike productivity (e.g., ‘Regina’) and high crude protein stability (e.g., ‘Diana II’) were also identified.     

保水剂、抗旱剂试验研究

用不同类型的保水剂和抗旱剂处理作物种子观察抗旱增产效果。在种苗筛选、盆栽试验、小区试验的基础上,1989年在宁夏的彭阳、固原两县进行了大田示范。试验表明:保水剂和抗旱剂在中等干旱条件具有一定的增产作用,其中保水剂用于胡麻,抗旱剂2号用于小麦效益最优。这一结果为化学制剂应用于半干旱地区旱农生产实践的可能性提供了新资料。     

中国科学院栾城农业生态系统试验站农田节水研究过去、现在和未来

本文回顾了中国科学院栾城农业生态系统试验站(以下简称栾城试验站)建站初期20 世纪80 年代以来在农田节水方面开展的研究。20 世纪80 年代以作物优化灌溉制度为研究重点, 解决生产实际问题; 20 世纪90 年代围绕土壤-植物-大气系统水分传输和界面调控开展了系统研究, 为农田节水措施的形成提供理论基础和技术途径; 近10 年来进一步深化了农田节水生理生态研究, 并根据多年研究积累, 形成了综合节水技术模式, 进行推广应用。未来栾城试验站农田节水工作将更加突出多学科渗透交叉, 以提高农田水分利用效率和效益为目标, 加强基础研究和节水技术的示范应用。     

A study of genetic diversity among Indian bread wheat (Triticum aestivum L.) cultivars released during last 100?years

Genetic diversity was examined in a collection of 263 Indian bread wheat (Triticum aestivum L.) cultivars using 90 SSR markers. These cultivars were classified into Group I (pre-green revolution cultivars) and Group II cultivars (post-green revolution cultivars). SSR markers were also classified into Set-I SSRs (42 random genomic SSRs) and Set-II SSRs (48 SSRs associated with QTLs for grain weight). The SSRs belonging to Set-II exhibited relatively low level of polymorphism, suggesting that the SSRs associated with QTL for grain weight in wheat were probably under selection pressure during wheat breeding. AMOVA indicated that proportion of the variation within each of the two groups of cultivars accounted for most (87.59%) of the molecular variance, while the variation between the two groups of cultivars accounted for only 12.41% of the variance. The estimates of the average number of alleles/locus and gene diversity due to each of the two sets of SSRs suggested increase in overall genetic diversity after green revolution in Indian bread wheat cultivars. Differences were also observed in genetic diversity among cultivars from each of the six wheat growing agro-climatic zones of India. However, decade-wise analysis of genetic diversity among the post-green revolution cultivars indicated a progressive decline in genetic diversity, thus suggesting a need for involving diverse exotic, synthetic and winter wheat germplasm in Indian wheat breeding programs.     

旱地高产小麦品种籽粒锌含量差异与氮磷钾吸收利用的关系

【目的】明确旱地条件下高产小麦品种籽粒锌含量差异与氮磷钾吸收利用的关系,为品种选育和科学施肥提供依据。【方法】于2013—2016年连续三年在黄土高原旱地进行田间试验,试验采用裂区设计,主处理为不施肥(CK)和施肥(NP),副处理为来自我国主要麦区的123个品种。施肥处理为N 150 kg/hm^2 (尿素,含N46%)、P_2O_5 100 kg/hm^2 (过磷酸钙,含P_2O_5 16%)。成熟期在每个品种中间2行随机抽取30穗小麦,连根拔起后,从根茎结合处剪断弃去根系,分为茎、叶、颖壳(含穗轴)和籽粒,称风干重。分析了样品中氮、磷、钾、锌含量,计算了养分的吸收量及转移量。【结果】施肥条件下高产小麦品种籽粒锌含量存在显著差异,高锌品种比低锌品种显著高54%。高锌品种的籽粒氮、磷含量分别比低锌品种显著高9%、7%,钾含量无显著差异,施肥使两组品种的氮含量显著提高,磷钾含量降低。高产高锌品种具有更高的籽粒和地上部氮、磷吸收能力,钾吸收能力与低锌品种相比无显著差异,施肥可使高锌品种的氮磷钾吸收量增幅高于低锌品种;两组品种间的氮、磷转移能力无显著差异,而高锌品种的钾转移能力较低,且两组品种的氮磷钾转移能力因施肥降低幅度一致。【结论】旱地条件下土壤养分供应充足时,高产高锌小麦品种的氮磷吸收能力强,钾转移能力弱,籽粒氮磷含量高,与低锌品种相比钾含量无显著差异。通过品种选育可同时提高旱地高产小麦籽粒锌和蛋白质含量,并提高磷含量。考虑到磷含量高时会降低籽粒锌的生物有效性,生产中通过施肥措施,适当调控磷肥,增加氮肥,在提高小麦籽粒氮锌含量的同时提高籽粒锌的生物有效性。     

旱地高产小麦品种籽粒锌含量差异与产量构成和锌吸收利用的关系

【目的】 明确旱地条件下高产小麦品种籽粒锌含量差异与产量构成及锌吸收利用的关系,对通过品种选育和施肥调控提高旱地小麦籽粒产量和锌营养,实现小麦高产优质生产有重要意义。 【方法】 于2013—2016年连续三年在黄土高原典型旱地进行了小麦裂区田间试验。 以我国主要麦区的123个小麦品种为试材,每个品种设置不施肥和施N 150 kg/hm2、P₂O₅ 100 kg/hm2两个处理。分析了高产小麦籽粒锌含量差异及其与干物质累积、产量构成、锌吸收和分配之间的关系。 【结果】 施肥条件下,高产小麦品种籽粒锌含量存在显著差异,小麦籽粒锌含量与籽粒产量间无显著相关性,但与千粒重、锌吸收量、锌收获指数和籽粒锌形成效率呈显著正相关,与穗粒数呈显著负相关。在高产品种中,无论施肥与否高锌品种的籽粒锌含量均显著高于低锌品种;高锌品种的籽粒锌含量因施肥而显著提高,低锌品种却降低。施肥条件下,高锌品种的籽粒产量、生物量和收获指数与低锌品种相比无显著差异,穗数却显著降低;高锌品种的籽粒锌吸收量、地上部锌吸收量、锌收获指数和籽粒锌形成效率均显著高于低锌品种。且高锌品种的产量、生物量、穗数、穗粒数和锌吸收量因施肥引起的提高幅度均亦显著高于低锌品种。 【结论】 在黄土高原旱地低锌土壤上,无论是品种选育还是施肥调控,促进小麦锌的吸收和向籽粒的转移是提高小麦籽粒锌含量的关键。      

小麦条锈病抗性基因定位及分子标记技术研究进展

条锈病流行对小麦生产造成巨大损失,选育和种植持久抗性品种是防治小麦条锈病最经济有效的策略。为达到多基因聚合培育持久抗病品种的目标,必须不断发掘抗病种质、解析其抗病遗传机制并开发分子标记。基于文献,对条锈病抗性基因发掘涉及的抗病性、分子标记、基因定位方法和定位进展及其在育种中的应用进行了综述,明确了小麦条锈病基因定位涉及技术的现状、局限性及优势,从而为后续的条锈病抗性基因发掘、多基因聚合和持久抗性小麦品种的选育与生产布局提供技术指导,以降低西北麦区和小麦主产区条锈病流行的频率,进一步促进国家粮食安全。