小麦种子繁育过程中育种家对种子保纯容忍度的研究

张建周, 王继民, 李春盈, 刘 明,宋万献, 张天兴, 齐建双

(1.河南省农业科学院小麦研究所, 郑州 450002;2.河南省农业科学院粮食作物研究所, 郑州 450002;3.长葛市种子管理站, 河南 长葛 461500)

小麦是我国重要的粮食作物,种子质量尤为重要[1-2],在小麦种子生产的诸多系统和环节中,育种家种子保纯繁育技术是确保小麦种子质量达到国家标准的最重要环节[3]。上世纪80年代,我国良种繁育实行“四化一供”的方针, 建立了一套完整的良种繁育技术体系,加速了我国农业现代化的进程[4]。2017年始,全国小麦品种审定渠道相继增加,审定品种数量逐年上升,市场上小麦品种量“井喷式”增加。由于品种审定速度的加快,导致审定的小麦品种出现种性不稳定,纯度下降快,为小麦大田生产带来隐患[5-6]。为保持优良小麦种性和纯度的持续稳定,迫切需要对小麦种子繁育技术体系中的关键环节——育种家种子[7]保纯繁育技术进行改革。本试验从市场中选择销售量相对较大的4个自育小麦品种为研究材料,协同育种家和授权销售企业一起开展对小麦育种家种子关键农艺性状异质容忍度的研究,以期找出授权经营企业和育种家在种子保纯和繁育中允许存在的异质程度,从而对育种家种子进行快速繁育满足市场需求,进而将大田用种的种性和质量把控提前到基础种源,延缓优良品种的种性退化,提高大田用种的质量[8]。

1 材料与方法

1.1 试验材料

供试小麦品种4个(表1),均为近几年国家或者河南省新审定的具有自主知识产权的自育小麦品种,目前在市场上销售量相对较大。

表1 4个供试小麦品种的基本信息

1.2 试验方法

试验于2018、2019连续两年在河南省新乡、滑县种植大户种植繁种材料试验田进行。试验地土壤类型为壤土,肥力均匀地势平整,排灌设施良好。前茬作物为玉米,玉米收获后秸秆全部粉碎还田,深耕整理后播种小麦。试验种子稀播于试验田,每个品种播种面积6.7 hm2,分别由授权企业和育种家在生育期内开展以株高、株型、叶色、穗型、芒长这5个关键农艺性状为研究对象,分别抽取1～5个关键农艺性状对其一致性进行鉴别和筛选,单独混收并对其进行纯度检测,各自找出符合育种家种子标准的鉴别性状,对于其他性状允许存在的变异和分离异质容忍程度。

1.3 调查项目及方法

对4个试验材料,在生育期内以5个关键农艺性状(株高、株型、叶色、穗型、芒长)为研究对象,分别选择1～5个关键农艺性状在田间对其一致性进行鉴别和筛选,成熟后分别混收随机取样3个重复并对其进行纯度检测。在选择农艺性状时,由于芒长在区别上过于精细、耗时长、难度大等与研究目的不相符;而株高作为种子繁育中最为突出的一个关键性状,必须考虑进去。因此,把这些农艺性状组合分类为8种,分别是按品种株高(编号为A1);株高和株型(编号为A2);株高和叶色(编号为A3);株高和穗型(编号为A4);株高、株型和叶色(编号为A5);株高、株型和穗型(编号为A6);株高、叶色和穗型(编号为A7); 株高、叶色、株型和穗型(编号为A8)。

授权企业和育种家采取上述同样的研究内容和方法开展工作。主观上,双方分别依据自己的标准在田间对品种1～5个性状的一致性进行调查;客观上,品种收获之后进行纯度检测,比对授权企业与育种家在育种家种子之间的差异,确定授权企业在繁种育种家种子过程中与育种家种子之间的容忍度,结合田间工作量和劳动力的投入,确定合适的标准。

1.3.1农艺性状组合分类设区处理

在新乡、滑县安排种植大户种植试验材料郑麦1860、郑麦7698、郑麦0943、郑麦1354各6.7 hm2。根据五大关键农艺性状8个组合分类,以不做任何处理为对照区;把每个品种一共划分为9个区,每区面积设立1.3 hm2。授权企业和育种家分别对种植的4个品种随机选取0.67 hm2地,按品种农艺性状组合的8个分类实施,结合各个品种的特征特性对繁育田进行去杂调查。在苗期,对叶色(深绿、绿、黄绿)、株高(高、中、低)和株型(匍匐、半直立、直立)等3个性状进行调查;在灌浆中期,对株高(高、中、低)、株型(紧凑、适中、松散)、穗型(大穗、中穗、多穗)3个性状进行选择。

1.3.2农艺性状的调查方法

株高是以起身拔节速度作为判断依据,对于过快或过慢的都要整株拔除,后期再从株高上进一步拔除遗漏或突发异变植株。叶色是在苗期进行鉴别筛选,苗期植株矮,易观察、易判断、易做到整株拔除。

1.3.3收获、纯度检测

授权企业和育种家依据各自的鉴定标准,每个品种按照性状组合分类收获,然后取样,在样品袋上标注对应品种及组合分类编号,由项目组委托河南华诚农业质量检测有限公司对所有样品利用聚丙烯酰胺电泳法,开展纯度检测。

1.3.4鉴别筛选人工费用计费方式

试验田均在同一个区域,田间人工费用授权企业和育种家统一标准,按照10元/h的标准进行核算,超过0.5 h的记为1 h,不足0.5 h的记0.5 h。8种组合处理分别按照投入时间合计用工费用,统计结果见表2。

表2 人工费用

1.4 数据处理与统计分析

数据处理分析采用DPS7.5软件进行。

2 结果与分析

2.1 纯度检测结果

由河南华诚农业质量检测有限公司对9个处理(8种组合+对照)样品纯度检测。育种家鉴选后的种子检测结果见表3,授权企业鉴选种子检测结果见表4。

表3 不同农艺性状鉴别筛选后检测结果均值(育种家)

表4 不同农艺性状鉴别筛选后检测结果均值(授权企业)

2.2 纯度检测分析

分别对育种家和授权企业4个品种8个组合处理鉴别筛选检测结果进行双因素方差分析,然后分别对达到国家标准的组合处理进行多重比较,结果如下。

2.2.1育种家鉴选的结果与分析

表5结果表明,8个性状处理A3、A5、A7和A8均值都在99.9%以上,关键农艺性状鉴定的越多纯度越高。按照国家标准[9],原种要求具备与育种家种子同样的品质,在种子纯度上应尽可能接近育种家种子,种子纯度不低于99.9%。上述4个组合处理中,A3到A8纯度均值从99.952 5%到99.990 0%,纯度逐渐接近育种家种子,A3的纯度99.952 5%在8个处理中能够满足国家最低标准。

表5 8个性状组合间多重比较分析(育种家)

对4个小麦品种在A3、A5、A7和A8共4个组合处理的多重比较(表6～表9)结果表明,A3处理条件下,5%显著水平下4个品种中存在三种差异,1%极显著水平下4个品种表现两种差异;A5处理条件下,在5%显著水平下4个品种中存在两种差异,在1%极显著水平下4个品种表现三种差异;A7和A8处理条件下4个品种无差异。说明A3和A5处理方法对不同的育种家小麦品种有差异,但是差异不大,而A3处理条件对于A5处理条件农艺性状减少,考虑人工投入的减少,A3处理可以作为能够最低保障育种家种子纯度的一种有效处理方法。

表6 A3农艺性状处理中4个品种的多重比较(育种家)

表7 A 5农艺性状处理中4个品种的多重比较(育种家)

表8 A7农艺性状处理中4个品种的多重比较(育种家)

表9 A8农艺性状处理中4个品种的多重比较(育种家)

2.2.2授权企业鉴选的结果与分析

表10结果表明,8个组合处理条件下A3、A7和A8均值都在99.9%以上,与育种家在田间开展关键农艺性状鉴选的结果有差异,这可能与授权企业在田间开展小麦农艺性状鉴定时对株型这个农艺性状把握不准确有关。但是从小麦品种繁育角度分析,授权企业对于两个比较明显的农艺性状株高和叶色把握比较准确,A3组合处理也能够满足国家要求的原种标准。

表10 8个性状组合间多重比较分析(授权企业)

表11 A3处理中4个品种的多重比较(授权企业)

表12 A7处理中4个品种的多重比较(授权企业)

表13 A8处理中4个品种的多重比较(授权企业)

4个小麦品种在A3、A7和A8组合处理的多重比较结果表明,A3处理条件下,5%显著水平下4个品种中存在三种差异,1%极显著水平下4个品种表现两种差异;A7和A8处理条件下,4个品种都有两个差异。说明A3农艺性状处理条件下,授权企业鉴选结果对不同的育种家小麦品种也存在差异,这点和育种家在相同条件下处理的一致。但是A7和A8处理条件下出现的差异,说明授权企业在田间对性状的把握与育种家存在一定差距。A3处理条件下对育种家小麦品种的纯度也能够达到国家规定的育种家种子标准,这与育种家在此条件下得到的结论一致。

纯度检测结果及数据多重比较结果表明,育种家和授权企业在不同的农艺性状处理条件下,郑麦0943的纯度都在100%,说明该品种一致性和稳定性好,无变异株出现,其他3个品种虽然都接近育种家种子,仍然存在差异。

小麦品种纯度多重比较结果表明,在不同的农艺性状处理中,A3处理下,4个小麦品种不论是育种家还是授权企业都能得到接近育种家种子的纯度标准,但在不同的育种家种子之间存在差异,而A7和A8的处理条件下,4个品种无差异,适用于所有的品种。

2.2.3不同农艺性状对种子纯度的影响

育种家和授权企业鉴选的结果表明,郑麦7698、郑麦1860和郑麦1354三个品种,在A3、A5、A7和A8组合处理下种子纯度都达到或超过99.9%。表14和表15结果表明,株高对育种家种子纯度的影响平均值分别是0.18%和0.14%,叶色对育种家种子纯度的影响平均数据分别是0.24%和0.18%;穗型对育种家种子的影响平均值分别是0.22%和0.10%;株型对育种家种子的影响平均值分别是0.03%和0.02%。这说明,穗型、株型这两个性状对育种家种子纯度影响较小,而株高和叶色这两个性状对育种家种子纯度影响较大。

表14 育种家种子不同农艺性状对种子纯度的影响(育种家)

表15 育种家种子不同农艺性状对种子纯度的影响(授权企业)

3 讨 论

3.1 育种家种子种性退化

育种家种子种性退化主要有三个原因。一是生物学退化明显[10]。小麦品种审定渠道增加、速度加快,审定品种的数量增多,一些品种在杂交四代就开始进入产量比较试验,参试品种整体长势参差不齐,难以通过DUS测试。甚至有些通过审定的小麦品种因世代短,种子量不够而采取多系混合,导致种子纯度下降。新审定品种的育种家种子在市场运行中不断提纯,等到品种在生产上稳定与品种审定时已经有较大差异[10]。二是育种家种子在交给授权企业销售的同时,多数授权企业没有采用标准三圃田种子繁育体系,导致育种家种子种性衰退[11-12]。市场上推广的小麦品种,除非其产量及其他性状特别突出,否则3年之后品种就会淘汰。三是收获时机械混杂,纯度下降。目前小麦收获最大的问题是机械混杂[13],小麦种子繁育过程中,成方连片,田间去杂均可以实现,但是在小麦最终收获的时候,同一时间大量的收割机同时开展收割,很难实现单一品种机械专用,机械混杂难以避免。

3.2 不同农艺性状组合处理对种子纯度的影响存在差异

在8个组合处理条件下,育种家鉴选结果A3、A5、A7和A8共4个处理能够满足国家对育种家种子纯度的要求标准;而授权企业的鉴选结果A3、A7和A8共3个处理能够满足国家对育种家种子纯度的要求标准。两种鉴选结果说明育种家和授权企业在株高和叶色的鉴选结果一致,对其他几个农艺性状鉴选出现偏差,从而导致纯度下降。因此,在育种家种子保纯繁育中,以小麦的株高和叶色为鉴别筛选依据,对于其他性状的变异和分离异质容忍,即可达到保纯目的。结合人工费用统计结果(表2),A1～A3处理合计投入人工费用不超过80元;A4～A8人工费用超过100元。说明A3组合处理不但能够满足国家对育种家种子纯度要求,而且在鉴选时性状容易掌握,鉴选更准确,用时更短节省成本。同时,育种家和授权企业各自开展种子繁育鉴选结果表明,4个品种纯度的平均数相差最小的是A3处理,4个品种纯度相差仅0.005%,且差异不显著,说明A3作为育种家和授权企业种子纯度鉴别指标误差小,容忍度高。小麦群体较大,一个小麦品种在合理的株型范围内,株型的变化对纯度的影响不大,所以在小麦繁育中,除非特别明显的株型,一般不会被繁育工作者作为去杂的主要指标。在小麦繁育过程中,株高高出整体小麦一个穗是不能被育种家所接受的,高出整体小麦穗子的二分之一以下均能被育种家所认可;按照河南省小麦品种审定要求,审定小麦品种的叶色分为浅绿、深绿两种,二者有明显的界限,品种审定中,田间出现两种叶色类型就认定为非同一品种,市场繁育中,繁育田出现两种叶色就不被育种家接受。

4 结 论

株高和叶色作为育种家种子保纯及繁育技术指标,其在保纯和繁育过程中纯度差异误差小,容忍度高。小麦种子繁育过程中,收获的小麦品种纯度和国家小麦品种纯度标准(99.99%)之间差异范围在0～0.005%之间,能被育种家所接受。同时,以株高和叶色作为鉴别指标容易辨别,人工费相对较低。因此,株高和叶色相结合的鉴别方式适合作为育种家种子纯度鉴别指标。