山西省CHA杂种小麦研究进展

1山西省CHA杂种小麦研究进展张建诚王秋叶姚景珍郭志远（山西省农业科学院棉花研究所，山西运城，044000）摘要本文综述了山西省CHA杂种小麦理论、技术与育种等方面的研究进展和存在问题与对策。主要结果为，津奥啉是一种较好的小麦化学杂交剂，使用得当，可取得较高的雄性不育率（98％～100％）和较高的异交结实率（70％～80％以上）。晋南麦区高产CHA杂种小麦属多粒为主兼顾粒重的重穗类型，在亲本选配上，以重穗型×多穗型、中间型×中间型、重穗型×中间型配组模式，出现强优势组合的机率较大。杂种小麦走向生产的障碍是：强优势组合少、植株高易倒伏、用种量大、制种产量低、种子纯度差且成本高等。克服这些障碍的办法是：选配耐稀播、高产或超高产新组合，研究高产制种技术，多种办法降低制种成本（包括降低CHA药剂成本），育种与栽培相结合，开展化控半矮秆杂种小麦技术和亩用种量较低的高产或超高产育种栽培集成技术研究。关键词杂种小麦；杂种优势；化学杀雄剂;山西省杂种优势利用研究是国内外小麦高产育种的重要途径。1951年Kihara首次发现小麦雄性不育系之后，世界上开始了小麦杂种优势利用研究。1962年，Wilson和Ross培育出T型不育系，并首次实现三系配套，推动了世界杂种小麦研究的发展。1965年，我国北京农业大学蔡旭教授从匈牙利引进T型材料，标志着我国小麦杂种优势利用研究的开始。山西省小麦杂种优势利用研究始于1970年，1970～1990年山西省小麦育种工作者主要以T型CMS系统小麦杂种优势利用为主要研究内容，同时也对新型CMS材料“临型不育系”进行了初步研究，1990年之后，重点开展了津奥啉（原名SC2053）化杀杂种小麦研究。为了为进一步研究提供借鉴，本文对山西省化杀杂种小麦研究进展与问题进行了综述。1研究进展1.1化学杀雄剂效果评价与应用技术研究1991年，山西农科院棉花所从天津农科院引入津奥啉，并进行了两年的效果评价及应用技术研究，结果表明，津奥啉对多个小麦品种（系）都有较好的杀雄效果，是一个较好的化学杂交剂，使用得当，可以收到高不育率（98％以上）、高异交结实率（70％～85％）的良好效。津奥啉对株高、穗粒数影响较大，其剂量与株高、穗粒数呈直线负相关关系，在0.5～0.9kg/hm2剂量范围内，虽降低株高，但没有出现卡脖子现象，这对异交授粉有利；对抽穗期有影响，一般推迟1～3天；不同品种（系）对津奥啉敏感性不同，不同用药剂2量诱导的雄性不育率和异交结实率亦有较大差异，因此津奥啉在杂种小麦应用中，应针对不同中心亲本确定相应的最佳用药剂量；在应用技术上关键应掌握最佳使用时期和剂量，山西晋南一般应在主茎幼穗长度0.5～1.0cm时使用，用药剂量0.5～0.7kg/hm2，由于不同品种对该药敏感程度不同，要在大面积制种中获得最好的制种产量，应对母本最佳用药技术深入研究。1994年，王秋叶等还开展了以乙烯利、KMS-1为基础的化学杀雄剂新配方研究，并获得一个较好配方HS4，该配方在主茎叶环距2cm左右时使用，诱导的雄性不育率达95.5％，天然异交结实率53.9％，效果比津奥啉差，但使用成本低，用药时间比津奥啉晚，可作为津奥啉因下雨错过喷药时期的补救措施使用。1.2CHA杂种小麦生态型与强优势组合选配模式研究由于CHA杂种小麦与三系杂种小麦生长发育有较大差别，为了研究CHA亲本选配规律，1992年，张建诚等以19个CHA杂种和两个对照为材料，采用相关分析、分级通径分析与组合类型分析方法研究了CHA杂种小麦生态型及强优势组合选配模式，结果表明，CHA杂种产量与穗粒重相关系数（0.3388）、与穗粒重直接通径系数（1.6277）分别大于其与亩穗数相关系数（0.1817）和与亩穗数直接通径系数（1.5422），穗粒重与穗粒数相关系数（0.9143）、与穗粒数直接通径系数（0.8421）分别大于其与千粒重相关系数（0.4088.）和与千粒重直接通径系数（0.5577）。19个杂种中有17个产量超过对照，其中88.2％的穗粒重大于CK1（晋麦30），100％的穗粒重大于CK2（鲁麦14），超标杂种的穗粒重平均优势最大，与CK1、CK2比分别为32.7％和40.6％，穗数的优势为负值；分析高产杂种亲本，均为高产亲本和当地骨干品种。说明，山西晋南麦区CHA杂种小麦生态型为以多粒为主兼顾粒重的重穗类型，高产杂种来自高产双亲，晋南麦区选择双亲都为高产水平的重穗型×多穗型、中间型×中间型、重穗型×中间型配组模式，出现强优势组合的机率较大；配组亲本中，重穗型亲本应选择多粒大粒重穗型或多粒重穗型，中间型应选择多粒中间型。1.3CHA杂种小麦灌浆优势规律研究1998年，张建诚等研究了CHA杂种小麦灌浆优势特性，结果表明，CHA杂种籽粒干物质积累动态过程均存在杂种优势，最终干物质积累均存在超亲优势，最终干物质超亲优势形成过程有灌浆全期形成、灌浆中后期形成和灌浆后期形成三种类型；杂种灌浆平均速度、最大速度均为超亲优势；灌浆持续期有3杂种优势，并存在超显性、显性或部分显性效应，灌浆持续期优势形成主要是由双亲灌浆始期、终期正向互补或超亲形成；选配灌浆始期差异略大的材料为亲本有利于延长杂种灌浆持续期；CHA杂种和亲本灌浆平均速度、灌浆持续期与千粒重均呈正相关，但二者千粒重形成主导因子不同，亲本粒重形成的主导因子是灌浆平均速度，杂种粒重形成的主导因子是灌浆持续期；杂种和亲本灌浆对气候因子的适应性不同，CHA杂种灌浆对不利气候因子比常规品种有较好的适应性，杂种小麦比其亲本抗逆性强。1.4杂种小麦制种技术研究为了探讨杂种小麦制种安全隔离、提高制种产量等问题，1985年，郭志远等研究了小麦风媒传粉规律，结果认为，小麦花粉能借助风力传播70米以远，90米远处未采到花粉粒，在0～70米的距离内，小麦花粉可以扩散到1～2.5米高的空间，且传粉距离与花粉粒分布量之间存在极显著直线回归关系（y＝-0.155x＋13.982，r＝-0.989，x为传粉距离，y为花粉粒数量），当距离在0～70米距离范围内，距离每增加1米，花粉粒减少0.155粒，由此认为0～70米为小麦传粉区，80米为传粉危险区，90米以远为小麦花粉禁区，亦即隔离安全区。1987年，郭志远等以3个T型雄性不育系及1个恢复系为材料，研究了在播幅2.6米条件下行比与不育系异交结实率和制种产量的关系，结果表明，母本不育系结实率随不育系种植比例逐级增大而降低，且存在明显直线负相关关系（y＝-0.692x＋74.05，r＝-0.814，其中x为父母本播幅比例，y为异交结实率），杂种产量随母本不育系种植面积逐级扩大而增加，二者存在显著直线正相关关系，（y＝10.735x＋117.810，r＝0.951，其中x为父母本播幅比例，y为亩产种量），并指出，如果制种田面积很大，花粉来源充足，可以选用1:3的父母本种植比例，而不致降低制种产量；此结果同样可以作为CHA杂种小麦制种的依据。在CHA系统制种技术方面，为了克服多穗类型、中间类型材料作母本时，因后生分蘖发育与主茎发育不同步而对杀雄效果和种子纯度的影响，山西棉花所采用了加大母本播量、减少后生分蘖、利用主茎成穗、提高制种纯度的方法。1.5强优势组合选育八五期间，选育出3个较好组合，运9191，两年品比结果亩产521.3～532.2公斤，比对照增产16.4％～8.5％，运5122杂种三年优势鉴定平均亩产468.1公斤，比对照增产10.9％，增产幅度3.3％～16.2％（1995年因倒伏产量低），运1804，在湖南表现突出，两年示范均比当地对照增产30％以上，并已在湖4南有一定推广面积。九五期间，选育出4个强优势组合，SCH－1，高水肥材料，品比中比对照鲁麦14增产18.91%，在多点生产示范中比对照增产14.0％～27.7％，SCH－4，旱地材料，品比中比对照晋麦47增产25.39％，1999年SCH-1、SCH－4已分别参加了山西省南部中熟冬麦区高水肥组和旱地组区域试验。运97CH4，高水肥地材料，两年品比与展示比对照鲁麦14增产15.7％～16.3%，运97CH5，中水肥地材料，两年品比与展示平均比对照鲁麦14增产16.1％～16.6%，1999年运97CH4、运97CH5开始了多点生产示范，同时制种准备参加2000年山西省南部中熟冬麦区高水肥组和中水肥组区域试验。2存在问题与对策2.1强优势组合与制种成本问题CHA系统与CMS系统相比，虽然具有无须专门培育不育系和恢复系、无须进行不育系繁殖、且配组良活、亲本能紧跟常规育种水平、育种程序简单等优点，但由于要使用化杀剂，增加了制种成本，加大了种子商业化风险，同时仍存在强优势组合（增产20％～30％）选配困难等问题。从目前国内进展情况看，选配增产达15％的组合相对较易，选配稳定增产20％～30％以上、且绝对产量较高的组合仍很困难。要使CHA杂种走向商业化，笔者认为，增产幅度至少要稳定达到20％以上，才对农民有吸引力，农民才肯每年都花较高的价钱去买年年都要换种的杂种小麦种子。对增产15％左右的组合，要走向生产，被农民接受，应在降低种子成本上做文章，这就需要今后从降低药剂成本和提高制种产量两方面进行努力，特别是药剂成本，就津奥啉而言，若亩用药成本能降低50%，即亩制种成本降低为50～60元，对杂种小麦的发展可能会有较大的促进作用。2.2杂种株高问题国内外小麦杂种优势利用研究表明，株高有很强的杂种优势，且经常表现出正向超亲优势，平均超亲优势8％～10％，超高亲优势2～6％，杂种株高过高、容易倒伏是小麦杂种优势潜力发挥的重要限制因素，这是各种途径杂种小麦的共性问题。许多学者从70年代开始即致力于利用显性矮秆基因开展半矮秆杂种小麦选育工作，从种质上解决杂种小麦株高问题，1985年，赵寅怀等将Rht3引入CMS杂种小麦育种，育成了具有Rht3基因的显性矮秆不育系，1996年，张爱民等将Rht3、Rht21引入CHA杂种小麦选育，育出几个配合力较高的矮秆系，然显性矮秆基因载体材料，由于其固有的株高低（一般40～560cm）、叶层密集、病害严重、易早衰、4B染色体单体化倾向、不育系繁殖困难等问题，造成制种产量不高（即制种成本高）、种子质量不好（饱满度差、影响种子商品性）、杂种株高整齐度较差等问题，致使半矮秆杂种小麦虽有诱人前景但没有推广应用。要实现半矮秆杂种走向生产，笔者认为应从两方面开展研究，一是选育携带显性矮秆基因但株高较高的显性矮秆系，这有较大难度，但目前已取得可喜进展，1999年，傅大雄等已育出携有Rht10显性矮秆基因的半矮秆矮源西农05，株高75cm，1996年，张爱民等育出含Rht21的优良显性矮秆系，在长沙株高75～80cm；二是从化控角度开展化控半矮秆杂种小麦研究，这是一个栽培问题，80年代中期以来，我国小麦化控防倒技术得以长足发展，在大面积应用中可使小麦株高降低10％以上，若将化控和杂交种选育有机结合起来，在化控基础上选育杂种，既可以满足半矮秆杂种对株高的要求，又可以克服目前种质半矮秆杂种存在的问题，同时还扩大了亲本组合选配的自由度，若能研究出化控种子包衣技术，还可与种子产业化结合起来，这些思路是可以在实践中尝试研究的。2.3杂种小麦用种量问题小麦的播量是杂交水稻的7～10倍，是玉米的3～5倍，杂种小麦的制种产量，不可能比杂交水稻或玉米高3倍以上。1986年，Lucken比较了小麦、玉米、向日葵的繁殖比例，尽管单位面积小麦种子数量是玉米、向日葵的3～6倍，但繁殖比例仅为两者的1/8~1/18。因此，单位面积杂种小麦种子成本将高于其它粮食作物，单位面积制种田负载的杂种生产田面积将小于其它粮作种物，这也是目前杂种小麦没能大面积走向生产应用的一个因素。所以杂种小麦的育种与栽培的目标应面向耐稀播、高产或超高产的方向。育种上应选育分蘖成穗率高的组合，栽培上在摸清杂种小麦产量形成规律基础上，应研究精量播种、提高分蘖成穗率、使群体优势与个体优势实现最佳结合的杂种小麦实用技术，使杂种小麦亩播量能够在较低水平上获得高产或超高产。3展望目前我国杂种小麦已进入区试