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、育種目標二、超高產育種三、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現共同目標的兩個學科。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更高產、高效、優(yōu)質的科學技術（這與栽培科學的目標相同，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，育種目標的依據：是經濟社會發(fā)展的需要。經濟安全決定于糧食、能源和金融安全?！稗r業(yè)是人類社會賴以生存發(fā)展的基礎產業(yè)，糧食安全與能源安全、金融安全并稱為當今世界三大經濟安全。”——國家副主席習近平在中美農業(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。”

——美國前國務卿基辛格的名言小麥是世界口糧消費量、貿易量、單產增速最大的作物。一、育種目標：來源：韓一軍，2012.034XX11北京全國小麥栽培會議程順和院士當前要根據經濟轉型需要提高產品技術含量和附加值，滿足糧食、飼料、工業(yè)原料需求，達到高產、節(jié)本、優(yōu)質和環(huán)保的目標。

根據中國國情，土地和水資源短缺，人口多，經濟高速發(fā)展，西方發(fā)達國家企圖制定國際條約利用土地、水、礦產、能源、糧食等國際資源（當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上要持續(xù)增加單產，降低生產成本。5XX11北京全國小麥栽培會議程順和院士2，小麥育種目標：高產（穗、粒、重、倒）穗多（分蘗早、多，無效蘗消亡快）和結實性好，灌漿快，粒重高株型緊湊，葉片舉（或下掛）、短、窄、厚、深莖稈質量（彈韌性、硬度）好根系強大（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，生育進程強度大水、肥、光、溫高效優(yōu)質（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增加途徑只能靠提高單產根據FAO-OECD預測，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，單產提高將成為主要增產手段。預計到2020年世界谷物供需缺口約為300萬噸。長期看，由于生物質能源快速發(fā)展、金磚五國消費平穩(wěn)增長以及發(fā)展中國家食物結構升級，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，今后糧食總產增加更只能依靠提高單產、降低成本。

7XX11北京全國小麥栽培會議程順和院士二、超高產育種

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

建國初期小麥平均畝產僅54公斤，最高產量典型估算值畝產為134.6公斤，低于目前低產水平；2011年平均畝產已達325公斤，最高產量畝產為789.9公斤（2009年山東滕州）。因此必須在更高的水平上實行平衡增產，通過農田水利、土壤改良、科學施肥等措施實現中低產田改造，良種良法等措施提高糧食綜合生產能力。8XX11北京全國小麥栽培會議程順和院士2，產量形成的生物學基礎（與育種、栽培）光合特性生物量產量經濟系數×=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)內地面輻射冠層內部光強密度光強不早衰××株型生物量決定于育種與栽培的共同作用，育種的重點應該是株型。9XX11北京全國小麥栽培會議程順和院士株型改進能帶動產量提升，據報道:株型的改良可以使合理葉面積指數、凈同化率、光合勢、產量都得到明顯提高。平展型緊湊型合理葉面積指數3.0~4.05.5~6.0高產栽培最大葉面積指數3.5~4.05.0~7.0凈同化率g/m2·d5.537.79光合勢(m2·d)/hm2250萬350萬經濟系數0.4~0.450.5~0.55人工改變株型對產量的影響緊湊型改為平展型后產量下降平展型型改為緊湊型后產量提高玉米株型改進的效應XX11北京全國小麥栽培會議程順和院士

例：玉米株型現在株型以前株型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，超高產育種的思路在本生態(tài)區(qū)條件下，用現有品種創(chuàng)超高產典型（例1），研究動態(tài)群體的產量結構，擬定較大面積超高產群體模型（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)現有品種650-700公斤產量，穗數39-41萬，穗粒數42-44粒，粒重40克左右。2011年江蘇淮南麥區(qū)部分高產典型（江蘇大中農場）品種面積（畝）畝穗數(萬)×每穗粒數×千粒重(克)實際畝產（Kg/畝）揚輻麥4號3.3341×42.5×40697揚麥163.1238.98×43.5×40672揚麥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）超高產品種模型分析：1、畝穗數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42-44粒以上。增加穗基部和頂部結實性、小穗數、穗長；3、千粒重41克以上。熟相好、灌漿快，強度大、不早衰(高溫逼熟)；4、抗倒：株高降低些；莖稈厚、韌性強，提高對根、莖病害的抗性；5、提高對病、蟲、凍、漬、熱的抗耐性。分析現有品種高產典型；研究實現超高產目標的動態(tài)群體中的理想株型、產量結構，及其對病、蟲、逆的抗耐性?；茨陷^大面積常年獲得650-700公斤/畝的超高產量，可以設想模型：產量因素平衡增大。18XX11北京全國小麥栽培會議程順和院士寧0569兩年在區(qū)試中產量結構如下：說明：寧0569在區(qū)試中的畝穗數(33.1萬)，與36萬指標相比需再提高一些。每穗粒數(43.2粒)已接近實際指標—44粒，但千粒重相差甚遠(44g-36.3g=7.7g)。

（2）從大面積或多年多點試驗中物色接近超高產基因型（如寧0569）作為改良的基礎。19XX11北京全國小麥栽培會議程順和院士按超高產模型改造寧0569等品種的依據：1)、現有品種在高產栽培條件下高產典型的產量因素(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)、現有種質材料在穗、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的育種成果，這是育種的物質基礎，如：寧0569、濟麥22、北歐品種穗多穗大稈韌種質、實稈麥等種質。3)、育種家的經驗和理論基礎，如：滾動回交可以有效將目的基因導入豐產背景，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、綜合性狀豐產性好的供體親本回交，但其結果可能穗數、粒數會下降；2)、選用葉舉株緊、穗數粒數較多綜合性狀好的供體親本回交，但其結果隨著收獲指數的升高，倒伏風險增加；3)、選用基莖韌壁厚、矮稈綜合性狀好的供體親本回交，但可能產生根倒的問題，如寧麥9號系統(tǒng)矮稈、根倒；4)、選用根系強大(同時可能抗旱、抗凍、豐產)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)的超高產類型。

（3）設想遺傳改良步驟：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。只有遺傳物質改變造成的變異才是可以遺傳的。可遺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?；騼炔拷Y構發(fā)生改變稱為基因突變?；蛲蛔兪切禄虍a生的途徑，生物變異的根本來源，為生物進化提供原材料，是動植物品種遺傳改良的基礎。

基因突變在生物界中是普遍存在、隨機發(fā)生、方向不定的。適應環(huán)境的隨機變異被留下來，就是生物進化，即先有各種變異后有環(huán)境選擇。但是隨著分子生物學的發(fā)展人類可以逐漸做到使基因內部結構按人類需要發(fā)生改變，這是生物遺傳改良的質變（下例）。23XX11北京全國小麥栽培會議程順和院士錢永健在1995年完成的單點突變（Ser替代65The）。這個突變顯著提高了GFP的光譜性質，熒光強度和光穩(wěn)定性也大大增強。而Leu替代64Phe點突變則改善了GFP在37℃的折疊能力和水溶性，產生了增強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），現在有藍色熒光蛋白（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突變實現的。 事先怎么知道該點突變會改變光強和光譜？24XX11北京全國小麥栽培會議程順和院士

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

基因重組是進行有性生殖生物變異的主要來源，對生物進化具有重要意義。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上基因的改變這種改變在光學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，如染色體結構的改變、染色體數目的增減等。染色體發(fā)生的結構變異主要有缺失、重復、倒位、易位。

染色體數目的變異有兩類：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，是以分子遺傳學為理論基礎，以分子生物學和微生物學的現代方法為手段，將不同來源的基因按預先設計的藍圖，在體外構建雜種DNA分子，然后導入活細胞，定向改變生物原有的遺傳特性、獲得新種質、培育新產品。27XX11北京全國小麥栽培會議程順和院士根據育種需要，不斷創(chuàng)造綜合性狀好又各具特點的中間材料作親本，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，育種過程中抓住機遇定向選擇。2，把目的性狀向綜合性狀好的背景轉育的滾動回交。如：如揚麥系譜圖28XX11北京全國小麥栽培會議程順和院士揚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量比CK±%株高(cm)

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

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

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

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

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

√5.008343相仿中感-中抗中抗揚麥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記選擇，因此用好自然選擇和人工選擇是基礎，但分子標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

采用同一地點創(chuàng)造不同生態(tài)環(huán)境和不同生態(tài)區(qū)多點鑒定相結合可提高適應性育種效率。（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、同一生產季節(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）在產比、分離集團、株行甚至單株階段應用不同生態(tài)區(qū)多點鑒定的方法是廣適豐產育種的重要方法，可以“空間爭時間”，減少對經驗的過多依賴。揚麥158是突出的實例：在長江中下游（）個點的多點試驗中，63%試點產量第一，25%試點產量第二，平均比揚麥5號增產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）遺傳標記選擇：包括形態(tài)學標記、細胞學標記、生物化學標記、免疫學標記和分子標記。（3）基因和基因型選擇在回交中進行前景、背景選擇。34XX11北京全國小麥栽培會議程順和院士3，綜合性狀協調是品種（系）鑒定抉擇時的基本觀點，是確定和實施育種目標在品種選育中的體現對同一育種群體，觀點不同的育種家可以育出不同的品種,

甚至成敗兩種結果35XX11北京全國小麥栽培會議程順和院士第一：鑒定抉擇時要求產量、熟期、抗性、品質等多數性狀能好些,對于病、蟲、逆災害，只要大災之年不大減產,生產上就能接受,某方面具突出優(yōu)點更好,但不允許存在限制因子。例:揚麥5號,綜合性狀優(yōu)秀，1982年參加區(qū)試時,評委說“沒特點,要否參試？”1983、1984年兩年省區(qū)試,產量第四位,增產11.87%,1985年沒給審定,1986年才審定。面上推廣后，農民認為該品種易種好管,產量高,熟相好,種植面積很快擴大到兩千多萬畝。綜合性狀協調觀點有三：36XX11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)補差超高產品種熟期允許適當遲些,優(yōu)質品種其增產幅度可適當放寬些。例如:現在國審品種規(guī)定增產3%以上,但若優(yōu)質或某些抗病抗逆表現突出的品種（系）,與對照平產即可。37XX11北京全國小麥栽培會議程順和院士

第三:綜合性狀協調是相對于一定的時間(時期),空