小麦育种中快速加代技术探讨(一麦众承 许红星)

学术   2025-01-02 00:01   江苏  


各位老师好,我是许红星,在河南大学生命科学学院工作,代表“一麦众承”24号(以麦为海)组值日。我们小组还有连振民老师,张明辉老师、周桂英老师、王志刚老师,陈刚立老师,赵石磊老师,王习强老师,刘松涛老师,李淦老师,马红勃老师,何华纲老师等。

我自博士以来,一直从事小麦抗白粉病基因的挖掘和利用研究,对抗病分子育种非常感兴趣。目前,分子育种正在发展阶段,国内许多单位都开展起来了。个人认为,在分子选择育种过程中,表型鉴定的可靠性和重复性,标记的可检测性和实用性、综合育种目标性状的选择和快速加代技术等几个方面比较重要。这里,我想对小麦育种中的快速加代技术,向各位老师和同行学习和探讨。

小麦快速加代其实是一个很古老的名词,在国内外科学研究和育种中都早有利用,但自从2018年,两篇作物快速加代方法的高水平文章在国际顶级期刊上发表后,国内小麦界掀起了小麦快速加代的高潮,普遍受到同行研究者的重视,我们河南大学也有幸得到中国农科院作科所贾继增老师的帮助和指导,开展了小麦快速加代的尝试,现将其中的一些经验教训和心得列出来,请大家批评指正。

我们有两种培养室,一种是老式的可控温室,另一种是步入式植物培养箱,温度、光照等各种条件都是全自动可控的,一年365天从不间断培养。老式的温室是空调加自然光,一般可实现冬小麦2代/年,春小麦3代/年;步入式生长箱可实现冬小麦4代/年,春小麦6代/年,已达到国外发表文章中写到的水平。我们主要对后者做了一些梯度处理和条件摸索等等。

1.光照时间和光照强度对小麦分蘖的影响

    以前传统使用黑暗和光照时间各12小时,我们通过试验,感觉效果确实不好,所使用的河南省小麦区试对照品种周麦18植株变黄,下部叶片容易枯死,很多时候都独杆或者很少分蘖;然而,通过增加光照时间,植株颜色变得青绿,分蘖数开始增加,收获的籽粒也足够一般的研究使用。在Watson的文章中,使用的是光照22小时,黑暗2小时,光照时间的延长对加快作物生长起到很重要的贡献。考虑到生长箱负荷等因素,我们最终确定合理的光照时间为22小时。另外,光照强度也起到很关键的作用,通过100-500 umol不同梯度试验,300 umol时,有1-3个分蘖,而达到500 umol时候,分蘖数可达到5个以上。

2.不同土壤对小麦生长的影响

    我们试验了几个不同厂家的营养土以及大田的泥土,不同厂家的营养土效果还是有比较大的差异。单独使用,营养土明显不及大田泥土;考虑大田泥土太重不适合搬运,浇水后土质容易结块,我们摸索不同比例混合使用,两种土参半,各种效果都还不错,分蘖数都在5个以上,叶色鲜绿。我们现在使用的是PINDSTRUP ,价格和效果等都还可以。另外,除了缓释肥,速溶肥料也推荐大家使用,在苗期偏黄,或者进入生长旺期时,可以施一些,我们使用的是花无缺牌子。

3.春化温度和时间对分蘖的影响

传统春化温度在0-4度,幼苗几乎没有生长。后来,经贾老师指导,提高8度左右。春化过程在普通的培养箱即可进行,如果条件允许,可以设置光照黑暗和温差,光照12度,黑暗8度,效果更好,春化过程中幼苗没有停止生长,春化结束可以达到3叶期左右。我们利用不同冬性品种也设置了3-5周的春化时间梯度,3周的分蘖数更多,而5周分蘖数很少。因此,建议除非强冬性品种,并非春化时间越长越好,达到春化要求即可。

4.收获方式对生长周期影响

大田从授粉到籽粒完熟大概在40天左右,温室加代条件也是一个很漫长的过程,所以我们也采用了文献中报道的幼胚培养或者未成熟种子烘干等方法缩短生长周期,授粉后14天左右即可进行幼胚培养,或者受精30天左右也可收获烘干种子使用。

小结一下,通过调整光照时间、光照强度、春化时间、春化温度和土壤水肥条件,从而达到增加植株分蘖和缩短生长周期。我们的生长流程:8-12度春化3-5周(冬小麦)——17-22度培养3-4周(苗期,分蘖期,拔节期,抽穗期)——20-25度培养3周左右(开花期,灌浆期),烘干种子或者2周后幼胚培养。大家根据不同品种植株生长特性可做适当调整。

另外,提醒大家,加代虽然简单,还是要有责任心、专业的人精心管理,才能保证收获满满;整个生长期还要注意防病治虫,主要是白粉病和蚜虫,也不能小觑。我们对加代条件的摸索过程是整个河南大学小麦团队辛苦付出和贾老师悉心指导的结果,希望能与大家分享,欢迎批评指正,不吝赐教。现在正值小麦播种前后期,祝愿大家播种愉快,明年收获满满。

作者简介:许红星,河南大学特聘教授,博导,2008年毕业于南京农业大学作物遗传育种专业,2008-2017年在中国科学院遗传与发育生物学研究所农业资源中心工作,主要从事小麦抗白粉病新基因的发掘和利用研究。


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