XX11北京全國小麥栽培會議程順和院士

XX11北京全國小麥栽培會議程順和院士2023/4/9XX11北京全國小麥栽培會議程順和院士提要一、育種目標(biāo)二、超高產(chǎn)育種三、創(chuàng)造變異四、選擇變異2XX11北京全國小麥栽培會議程順和院士

育種與栽培是采用不同途徑去實(shí)現(xiàn)共同目標(biāo)的兩個學(xué)科。什么是育種？是用遺傳改良方法，使食品、用品、能源等生物制品的生產(chǎn)更高產(chǎn)、高效、優(yōu)質(zhì)的科學(xué)技術(shù)（這與栽培科學(xué)的目標(biāo)相同，途徑不同）；是按人類需要不斷創(chuàng)造變異、選擇變異的過程。3XX11北京全國小麥栽培會議程順和院士

1，育種目標(biāo)的依據(jù)：是經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展的需要。經(jīng)濟(jì)安全決定于糧食、能源和金融安全?！稗r(nóng)業(yè)是人類社會賴以生存發(fā)展的基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)，糧食安全與能源安全、金融安全并稱為當(dāng)今世界三大經(jīng)濟(jì)安全?！薄獓腋敝飨?xí)近平在中美農(nóng)業(yè)高層研討會上的致辭

“誰控制了糧食，誰就控制了所有的人民；誰控制了石油，誰就控制了所有的國家；誰控制了貨幣，誰就控制了整個世界?！?/p>

——美國前國務(wù)卿基辛格的名言小麥?zhǔn)鞘澜缈诩Z消費(fèi)量、貿(mào)易量、單產(chǎn)增速最大的作物。一、育種目標(biāo)：來源：韓一軍，2012.034XX11北京全國小麥栽培會議程順和院士當(dāng)前要根據(jù)經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)型需要提高產(chǎn)品技術(shù)含量和附加值，滿足糧食、飼料、工業(yè)原料需求，達(dá)到高產(chǎn)、節(jié)本、優(yōu)質(zhì)和環(huán)保的目標(biāo)。

根據(jù)中國國情，土地和水資源短缺，人口多，經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展，西方發(fā)達(dá)國家企圖制定國際條約利用土地、水、礦產(chǎn)、能源、糧食等國際資源（當(dāng)前還利用國際矛盾和軍事威脅）來遏制中國崛起，所以我們在糧食生產(chǎn)上要持續(xù)增加單產(chǎn)，降低生產(chǎn)成本。5XX11北京全國小麥栽培會議程順和院士2，小麥育種目標(biāo)：高產(chǎn)（穗、粒、重、倒）穗多（分蘗早、多，無效蘗消亡快）和結(jié)實(shí)性好，灌漿快，粒重高株型緊湊，葉片舉（或下掛）、短、窄、厚、深莖稈質(zhì)量（彈韌性、硬度）好根系強(qiáng)大（初生根深、次生根多、后期不衰，甚至新生根多）高效（低成本）抗赤霉、紋枯、銹、全蝕、孢囊線蟲；抗耐旱、澇、凍、熱等光、溫鈍感，生育進(jìn)程強(qiáng)度大水、肥、光、溫高效優(yōu)質(zhì)（面條、饅頭、餅干、面包、健康功能）6XX11北京全國小麥栽培會議程順和院士3，未來中國和全球糧食總產(chǎn)增加途徑只能靠提高單產(chǎn)根據(jù)FAO-OECD預(yù)測，由于需求不斷增加，糧食仍將處于緊平衡狀態(tài)。未來全球糧食種植面積將基本穩(wěn)定，單產(chǎn)提高將成為主要增產(chǎn)手段。預(yù)計到2020年世界谷物供需缺口約為300萬噸。長期看，由于生物質(zhì)能源快速發(fā)展、金磚五國消費(fèi)平穩(wěn)增長以及發(fā)展中國家食物結(jié)構(gòu)升級，全球糧食需求將持續(xù)增加，世界糧食價格將持續(xù)處于高位。（來源：韓一軍）由于我國耕地、水、環(huán)境等資源的制約，今后糧食總產(chǎn)增加更只能依靠提高單產(chǎn)、降低成本。

7XX11北京全國小麥栽培會議程順和院士二、超高產(chǎn)育種

1，低產(chǎn)變中產(chǎn)、中產(chǎn)變高產(chǎn)、高產(chǎn)更高產(chǎn)是一個動態(tài)過程，下面將討論“高產(chǎn)更高產(chǎn)”的問題。

建國初期小麥平均畝產(chǎn)僅54公斤，最高產(chǎn)量典型估算值畝產(chǎn)為134.6公斤，低于目前低產(chǎn)水平；2011年平均畝產(chǎn)已達(dá)325公斤，最高產(chǎn)量畝產(chǎn)為789.9公斤（2009年山東滕州）。因此必須在更高的水平上實(shí)行平衡增產(chǎn)，通過農(nóng)田水利、土壤改良、科學(xué)施肥等措施實(shí)現(xiàn)中低產(chǎn)田改造，良種良法等措施提高糧食綜合生產(chǎn)能力。8XX11北京全國小麥栽培會議程順和院士2，產(chǎn)量形成的生物學(xué)基礎(chǔ)（與育種、栽培）光合特性生物量產(chǎn)量經(jīng)濟(jì)系數(shù)×=凈同化率光照時間光合面積基本苗株型溫度、CO2、、水、肥生態(tài)區(qū)內(nèi)地面輻射冠層內(nèi)部光強(qiáng)密度光強(qiáng)不早衰××株型生物量決定于育種與栽培的共同作用，育種的重點(diǎn)應(yīng)該是株型。9XX11北京全國小麥栽培會議程順和院士株型改進(jìn)能帶動產(chǎn)量提升，據(jù)報道:株型的改良可以使合理葉面積指數(shù)、凈同化率、光合勢、產(chǎn)量都得到明顯提高。平展型緊湊型合理葉面積指數(shù)3.0~4.05.5~6.0高產(chǎn)栽培最大葉面積指數(shù)3.5~4.05.0~7.0凈同化率g/m2·d5.537.79光合勢(m2·d)/hm2250萬350萬經(jīng)濟(jì)系數(shù)0.4~0.450.5~0.55人工改變株型對產(chǎn)量的影響緊湊型改為平展型后產(chǎn)量下降平展型型改為緊湊型后產(chǎn)量提高玉米株型改進(jìn)的效應(yīng)XX11北京全國小麥栽培會議程順和院士

例：玉米株型現(xiàn)在株型以前株型11XX11北京全國小麥栽培會議程順和院士水稻理想株型：以前株型現(xiàn)有株型理想株型12XX11北京全國小麥栽培會議程順和院士黃淮麥區(qū)小麥以前株型現(xiàn)在株型13XX11北京全國小麥栽培會議程順和院士長江下游小麥14XX11北京全國小麥栽培會議程順和院士長江上游小麥15XX11北京全國小麥栽培會議程順和院士3，超高產(chǎn)育種的思路在本生態(tài)區(qū)條件下，用現(xiàn)有品種創(chuàng)超高產(chǎn)典型（例1），研究動態(tài)群體的產(chǎn)量結(jié)構(gòu)，擬定較大面積超高產(chǎn)群體模型（穗、粒、重、葉、莖、根）和理想株型。16XX11北京全國小麥栽培會議程順和院士說明：淮南麥區(qū)現(xiàn)有品種650-700公斤產(chǎn)量，穗數(shù)39-41萬，穗粒數(shù)42-44粒，粒重40克左右。2011年江蘇淮南麥區(qū)部分高產(chǎn)典型（江蘇大中農(nóng)場）品種面積（畝）畝穗數(shù)(萬)×每穗粒數(shù)×千粒重(克)實(shí)際畝產(chǎn)（Kg/畝）揚(yáng)輻麥4號3.3341×42.5×40697揚(yáng)麥163.1238.98×43.5×40672揚(yáng)麥133.2739.67×42.1×39.8647.8例117XX11北京全國小麥栽培會議程順和院士（1）超高產(chǎn)品種模型分析：1、畝穗數(shù)40-41萬以上。提高分蘗力、成穗率（葉挺、株緊）以提高凈同化率、葉面積和穗容量；2、每穗粒數(shù)42-44粒以上。增加穗基部和頂部結(jié)實(shí)性、小穗數(shù)、穗長；3、千粒重41克以上。熟相好、灌漿快，強(qiáng)度大、不早衰(高溫逼熟)；4、抗倒：株高降低些；莖稈厚、韌性強(qiáng)，提高對根、莖病害的抗性；5、提高對病、蟲、凍、漬、熱的抗耐性。分析現(xiàn)有品種高產(chǎn)典型；研究實(shí)現(xiàn)超高產(chǎn)目標(biāo)的動態(tài)群體中的理想株型、產(chǎn)量結(jié)構(gòu)，及其對病、蟲、逆的抗耐性。淮南較大面積常年獲得650-700公斤/畝的超高產(chǎn)量，可以設(shè)想模型：產(chǎn)量因素平衡增大。18XX11北京全國小麥栽培會議程順和院士寧0569兩年在區(qū)試中產(chǎn)量結(jié)構(gòu)如下：說明：寧0569在區(qū)試中的畝穗數(shù)(33.1萬)，與36萬指標(biāo)相比需再提高一些。每穗粒數(shù)(43.2粒)已接近實(shí)際指標(biāo)—44粒，但千粒重相差甚遠(yuǎn)(44g-36.3g=7.7g)。

（2）從大面積或多年多點(diǎn)試驗中物色接近超高產(chǎn)基因型（如寧0569）作為改良的基礎(chǔ)。19XX11北京全國小麥栽培會議程順和院士按超高產(chǎn)模型改造寧0569等品種的依據(jù)：1)、現(xiàn)有品種在高產(chǎn)栽培條件下高產(chǎn)典型的產(chǎn)量因素(穗、粒、重、葉、莖、株型)研究及其升華，如對例1三塊田的分析后擬定的上述模型。2)、現(xiàn)有種質(zhì)材料在穗、粒、重、高、葉、莖、根、熟期、光溫特性、抗病抗逆等方面已接近理想指標(biāo)的育種成果，這是育種的物質(zhì)基礎(chǔ)，如：寧0569、濟(jì)麥22、北歐品種穗多穗大稈韌種質(zhì)、實(shí)稈麥等種質(zhì)。3)、育種家的經(jīng)驗和理論基礎(chǔ)，如：滾動回交可以有效將目的基因?qū)胴S產(chǎn)背景，從而獲綜合性狀好又各具育種家需要性狀的中間材料和品種。20XX11北京全國小麥栽培會議程順和院士1)、選用千粒重高、綜合性狀豐產(chǎn)性好的供體親本回交，但其結(jié)果可能穗數(shù)、粒數(shù)會下降；2)、選用葉舉株緊、穗數(shù)粒數(shù)較多綜合性狀好的供體親本回交，但其結(jié)果隨著收獲指數(shù)的升高，倒伏風(fēng)險增加；3)、選用基莖韌壁厚、矮稈綜合性狀好的供體親本回交，但可能產(chǎn)生根倒的問題，如寧麥9號系統(tǒng)矮稈、根倒；4)、選用根系強(qiáng)大(同時可能抗旱、抗凍、豐產(chǎn))綜合性狀好的供體親本回交，但根倒原因至今不明。上述諸性狀可以分項同時進(jìn)行，并行綜合(即“分項深入、綜合提高”)，最后可能育成淮南麥區(qū)的超高產(chǎn)類型。

（3）設(shè)想遺傳改良步驟：21XX11北京全國小麥栽培會議程順和院士三、創(chuàng)造變異

育種就是創(chuàng)造變異、選擇變異。變異包括可遺傳變異和不可遺傳變異。只有遺傳物質(zhì)改變造成的變異才是可以遺傳的?？蛇z傳的變異包括基因突變、基因重組和染色體變異。22XX11北京全國小麥栽培會議程順和院士

基因是遺傳物質(zhì)的最小功能單位,是DNA分子鏈中具有特定遺傳功能的一段核苷酸序列?；騼?nèi)部結(jié)構(gòu)發(fā)生改變稱為基因突變。基因突變是新基因產(chǎn)生的途徑，生物變異的根本來源，為生物進(jìn)化提供原材料，是動植物品種遺傳改良的基礎(chǔ)。

基因突變在生物界中是普遍存在、隨機(jī)發(fā)生、方向不定的。適應(yīng)環(huán)境的隨機(jī)變異被留下來，就是生物進(jìn)化，即先有各種變異后有環(huán)境選擇。但是隨著分子生物學(xué)的發(fā)展人類可以逐漸做到使基因內(nèi)部結(jié)構(gòu)按人類需要發(fā)生改變，這是生物遺傳改良的質(zhì)變（下例）。23XX11北京全國小麥栽培會議程順和院士錢永健在1995年完成的單點(diǎn)突變（Ser替代65The）。這個突變顯著提高了GFP的光譜性質(zhì)，熒光強(qiáng)度和光穩(wěn)定性也大大增強(qiáng)。而Leu替代64Phe點(diǎn)突變則改善了GFP在37℃的折疊能力和水溶性，產(chǎn)生了增強(qiáng)35倍的GFP，也就是我們常見的EGFP。其他的突變還包括顏色突變（如圖），現(xiàn)在有藍(lán)色熒光蛋白（EBFP,EBFP2,Azurite,mKalama1）、青色熒光蛋白（ECFP,Cerulean,CyPet）和黃色熒光蛋白（YFP,Citrine,Venus,Ypet）。藍(lán)色熒光蛋白除mKalama1外，都包含Y66H替換。青色熒光蛋白則主要包含Y66W替換。YFP衍生物是由T203Y突變實(shí)現(xiàn)的。 事先怎么知道該點(diǎn)突變會改變光強(qiáng)和光譜？24XX11北京全國小麥栽培會議程順和院士

產(chǎn)生新染色體組合的過程為基因重組。包括染色體內(nèi)重組和染色體間重組。非同源染色體間的自由組合導(dǎo)致染色體間重組，同源染色體間片斷交換是染色體內(nèi)重組。

基因重組是進(jìn)行有性生殖生物變異的主要來源，對生物進(jìn)化具有重要意義。25XX11北京全國小麥栽培會議程順和院士

基因突變是染色體的某一個位點(diǎn)上基因的改變這種改變在光學(xué)顯微鏡下是看不見的。而染色體變異是可以用顯微鏡直接觀察到的比較明顯的染色體變化，如染色體結(jié)構(gòu)的改變、染色體數(shù)目的增減等。染色體發(fā)生的結(jié)構(gòu)變異主要有缺失、重復(fù)、倒位、易位。

染色體數(shù)目的變異有兩類：一類是個別染色體增減（單體，三體），另一類是染色體組的成倍增減（單倍體，多倍體）。26XX11北京全國小麥栽培會議程順和院士

選育小麥新品種的主要途徑：品種間雜交育種屬于基因重組的利用，回交和基因工程屬于定向基因重組?；蚬こ逃址QDNA重組技術(shù)，是以分子遺傳學(xué)為理論基礎(chǔ)，以分子生物學(xué)和微生物學(xué)的現(xiàn)代方法為手段，將不同來源的基因按預(yù)先設(shè)計的藍(lán)圖，在體外構(gòu)建雜種DNA分子，然后導(dǎo)入活細(xì)胞，定向改變生物原有的遺傳特性、獲得新種質(zhì)、培育新產(chǎn)品。27XX11北京全國小麥栽培會議程順和院士根據(jù)育種需要，不斷創(chuàng)造綜合性狀好又各具特點(diǎn)的中間材料作親本，提高育種材料基因庫總體水平，是搞好育種的重要環(huán)節(jié)。方法有二：1，育種過程中抓住機(jī)遇定向選擇。2，把目的性狀向綜合性狀好的背景轉(zhuǎn)育的滾動回交。如：如揚(yáng)麥系譜圖28XX11北京全國小麥栽培會議程順和院士揚(yáng)麥系列早期品種系譜圖29XX11北京全國小麥栽培會議程順和院士品名組合審定時間用作親本產(chǎn)量比CK±%株高(cm)

穗粒數(shù)熟期（與揚(yáng)158比）赤霉病白粉病揚(yáng)麥10(Pm4a)揚(yáng)1582×[(Y.C×揚(yáng)麥5號）×85-854]1998√1.819842相仿中抗高抗揚(yáng)麥11(Pm4a)揚(yáng)1583×[(Y.C×揚(yáng)麥5號）×85-854]2001

√6.899542早2-3天中抗高抗揚(yáng)麥12(Pm2)揚(yáng)1583×[(TP114×揚(yáng)麥5號）×85-854]2001

1.989342相仿中抗抗揚(yáng)麥18(Pm21)寧94/3/揚(yáng)麥1586//88-128/南農(nóng)P0452008

√3.478546相仿中抗高抗揚(yáng)麥19(Pma)揚(yáng)麥9號6/4/揚(yáng)1583/3/（Y.C/揚(yáng)麥5號）//85-8542009

2.507638早2天中抗高抗揚(yáng)糯麥1號(Wx)揚(yáng)麥15號//揚(yáng)92/Cainuo2010審定

√5.008343相仿中感-中抗中抗揚(yáng)麥21（06G138）Pm紅卷芒紅卷芒/寧9號62011審定

√8.578841偏遲中感高抗?jié)L動回交定向重組育成品種30XX11北京全國小麥栽培會議程順和院士四、選擇變異育種家永遠(yuǎn)不可能、也沒必要對自己育種田的幾百、幾千萬個單株逐株編號標(biāo)記選擇，因此用好自然選擇和人工選擇是基礎(chǔ)，但分子標(biāo)記選擇的輔助作用在解決一些瓶頸問題上將越來越重要。31XX11北京全國小麥栽培會議程順和院士1，自然選擇

采用同一地點(diǎn)創(chuàng)造不同生態(tài)環(huán)境和不同生態(tài)區(qū)多點(diǎn)鑒定相結(jié)合可提高適應(yīng)性育種效率。（1）分期播種（品比，鑒定圃，株行），不同肥、瘠、基本苗、水、旱處理，可以使同一基因型在同一地點(diǎn)、同一生產(chǎn)季節(jié)受到不同（光、溫、水、病、逆）的環(huán)境考驗，提高鑒定篩選效率。分期播種耐濕篩選32XX11北京全國小麥栽培會議程順和院士（2）在產(chǎn)比、分離集團(tuán)、株行甚至單株階段應(yīng)用不同生態(tài)區(qū)多點(diǎn)鑒定的方法是廣適豐產(chǎn)育種的重要方法，可以“空間爭時間”，減少對經(jīng)驗的過多依賴。揚(yáng)麥158是突出的實(shí)例：在長江中下游（）個點(diǎn)的多點(diǎn)試驗中，63%試點(diǎn)產(chǎn)量第一，25%試點(diǎn)產(chǎn)量第二，平均比揚(yáng)麥5號增產(chǎn)15.8%33XX11北京全國小麥栽培會議程順和院士2，人工選擇（1）表型選擇

以表型選擇為主，我們提出以后期看熟相為主的“三看”方法——“前期看長相，后期看熟相，考種看籽?！钡谋硇瓦x擇方法。（2）遺傳標(biāo)記選擇：包括形態(tài)學(xué)標(biāo)記、細(xì)胞學(xué)標(biāo)記、生物化學(xué)標(biāo)記、免疫學(xué)標(biāo)記和分子標(biāo)記。（3）基因和基因型選擇在回交中進(jìn)行前景、背景選擇。34XX11北京全國小麥栽培會議程順和院士3，綜合性狀協(xié)調(diào)是品種（系）鑒定抉擇時的基本觀點(diǎn)，是確定和實(shí)施育種目標(biāo)在品種選育中的體現(xiàn)對同一育種群體，觀點(diǎn)不同的育種家可以育出不同的品種,

甚至成敗兩種結(jié)果35XX11北京全國小麥栽培會議程順和院士第一：鑒定抉擇時要求產(chǎn)量、熟期、抗性、品質(zhì)等多數(shù)性狀能好些,對于病、蟲、逆災(zāi)害，只要大災(zāi)之年不大減產(chǎn),生產(chǎn)上就能接受,某方面具突出優(yōu)點(diǎn)更好,但不允許存在限制因子。例:揚(yáng)麥5號,綜合性狀優(yōu)秀，1982年參加區(qū)試時,評委說“沒特點(diǎn),要否參試？”1983、1984年兩年省區(qū)試,產(chǎn)量第四位,增產(chǎn)11.87%,1985年沒給審定,1986年才審定。面上推廣后，農(nóng)民認(rèn)為該品種易種好管,產(chǎn)量高,熟相好,種植面積很快擴(kuò)大到兩千多萬畝。綜合性狀協(xié)調(diào)觀點(diǎn)有三：36XX11北京全國小麥栽培會議程順和院士第二:在沒限制因子的前提下,各性狀間可以以優(yōu)補(bǔ)差超高產(chǎn)品種熟期允許適當(dāng)遲些,優(yōu)質(zhì)品種其增產(chǎn)幅度可適當(dāng)放寬些。例如:現(xiàn)在國審品種規(guī)定增產(chǎn)3%以上,但若優(yōu)質(zhì)或某些抗病抗逆表現(xiàn)突出的品種（系）,與對照平產(chǎn)即可。37XX11北京全國小麥栽培會議程順和院士

第三:綜合性狀協(xié)調(diào)是相對于一定的時間(時期),空