一种冬小麦就地一年多代加代快速育种方法与流程

本发明涉及小麦育种领域，具体涉及一种冬小麦就地一年多代加代快速育种方法。

背景技术：

1、常规杂交育种是通过品种间杂交等手段创造遗传性变异，进而对经多代自交、基因纯合、性状稳定的后代进行选择，选育出具有特异性、一致性和稳定性的新品种的方法。在自交加代过程中，自交代数直接影响后代纯合比例。以1对独立遗传的基因为例，杂合后代自f1起连续自交5代后，产生的纯合基因型个体数占比可高达96.875％。对冬小麦而言，从亲本杂交到新品种审定，至少需要繁殖10-12个世代，导致冬小麦育种的过程相当漫长。随着人口增多、耕地面积减少和人们对生活质量的追求不断提高，对小麦育种效率提出了更高的要求，缩短冬小麦育种周期、提高育种效率成为冬小麦育种技术进步的大趋势。

2、冬小麦育种研究人员已经探索出多种小麦加速世代繁育的方法。已研究出充分利用不同生态条件的异地、就地加速世代繁育方法，在冬季温室或异季条件下，根据小麦不同时期所需条件，控制温度，给予特殊光照、水分等，打破季节与地点的限制，对冬小麦进行加代，特别是对冬性小麦f2代的单株选择，采用“三突出、四不选、五保留”的选株要点，“三突出”：一是突出株高的选择(即所选的单株应与邻近种植的对照和亲本行作比较，株高要低于他们)；二是突出抗病性的选择(特别是抗白粉病的选择，要好于亲本和对照)；三是突出产量结构的选择(主要是单株穗数和穗粒数的选择)。“四不选”：一是拔节快的不选(抗冻性差)；二是抽穗早的不选(偏春性)；三是杆子高的不选(不抗倒伏)；四是籽粒饱满的不选(春性强)。“五保留”：一是拔节稳健的保留；二是抽穗较晚的保留；三是植株较矮的保留；四是单株穗数多的保留；五是籽粒不饱满的保留。实现了一年两代。也有学者利用胚培养等技术，实现了一年多代的繁育。但是这些技术还有明显的不足，如异地加速世代繁育存在距离远、耗工耗时、管理不便等问题。而胚培养技术对操作人员技术要求高、试剂昂贵等问题也存在。因此，研发更加简便且高效的小麦就地加速世代方法对于快速选育优良小麦新品种具有重要作用。

技术实现思路

1、为解决以上技术上的不足，本发明提供了一种冬小麦就地一年多代加代快速育种方法。

2、本发明是通过以下技术方案实现的：

3、本发明创制一种冬小麦就地一年多代加代快速育种方法，可以加快冬小麦选育进程，促进北部冬麦区小麦育种技术的创新。

4、表1小麦各生育时期对温度的需求

5、 生育时期 最高温度 最低温度 适宜温度 萌芽期 32-37℃ 2-4℃ 15-25℃ 出苗期 32-35℃ 3-5℃ 15-18℃ 分蘖期 23-28℃ 0-3℃ 10-17℃ 越冬期 8-10℃ -4--8℃ 3-5℃ 拔节期 30-32℃ 8-10℃ 12-16℃ 抽穗期 32-35℃ 9-10℃ 13-20℃ 开花期 30-32℃ 9-11℃ 18-24℃ 灌浆至成熟期 32-35℃ 10-12℃ 18-22℃

6、亲本选择

7、通过选择不同优良性状的骨干亲本和中间材料，熟悉亲本优势，利用双亲互补配置组合。

8、杂交种获得

9、第一年，选择的具有优良性状的骨干亲本和中间材料整理好，于9月底播于大田。第一年12月初挖取麦苗，移栽到育种加代玻璃温室中。移栽前需做好准备工作：精细整地，底施复合肥600kg/hm2，平地起垄，垄高10cm，垄宽1.0～1.5m，然后划行，行距25～30cm，用锄按划的行开沟，移栽株距可根据分蘖多少而定，一般为8～15cm。移栽时注意保证移栽质量，覆土适中，移栽后撒施适量尿素(40kg/hm2左右)，及时喷灌补水，移栽后每7天浇水1次。缓苗一周，立即启动增温设施加温至小麦各生育期适宜温度(见表1)，每日补光至22小时。小麦生长最需要的是波长为660纳米的红光、波长为460纳米左右的蓝光以及掺杂少部分绿光的混合光谱。具体的光谱比例需要根据小麦的生长阶段、种类、环境等因素进行调整和优化，以达到最好的生长效果和产量水平。红光可以使小麦的株高增加，叶片变宽变厚，茎秆变粗壮，合适的红光比例可以提高小麦的生长速度和品质。蓝光可以促进小麦的叶绿素合成，增加光合作用效率和产量。同时，蓝光还可以影响小麦的植株型态和花期，使小麦更加健壮和花期更为稳定。绿光可以帮助小麦的植株进行呼吸作用，保持生命活力和代谢平衡。

10、在开花初期进行人工授粉工作，将去雄后的母本套袋并在纸袋上写上去雄日期。在父本群体内选取麦穗的中上部已经有一到两朵小花散粉并且健壮的父本穗，自下而上逐一将颖壳的顶端连同麦芒一起剪去，把它剪短插在土中，等待散粉。散粉后，剪去套在去雄母本穗上纸袋的上端，轻轻地将插在土中的父本穗拔出来，一手撑开纸袋口，一手小心地将父本穗剪口朝下，放入纸袋中，旋转、抖动几次，花粉就会洒落到雌蕊的柱头上，完成雌蕊人工授粉。授粉结束后，将纸袋剪口折叠、夹住，在标志牌上写上父、母本名称和杂交的日期等信息，挂好。第二年1月底开花授粉15天以后收获，整株拔出倒挂于温室，继续加温3天。烘干脱粒，在室内进行考种。

11、一次加代

12、将第二年1月底收获的f1的籽粒用1.5％过氧化氢浸泡24h，冲洗后晾至表面无水分。一般冬性和半冬性品种材料可直接进行田间撒播，或在种子萌动时放于1～3℃低温下处理7天以上再于大田开沟撒播。播种地是年前秋播时预留的地块，地块应在冬前整理好，浇水贮墒，冬季用大棚膜进行覆盖保墒保温。春播应尽可能早播，播后用地膜覆盖，出苗后揭膜，后期管理同大田。在第二年3月初，挖取一部分f1植株移栽入人工气候室，按照小麦各个时期最适温度调节人工气候室的温度，补充充足的光照，遇旱浇水，记载大田、人工气候室每个组合性状，根据杂种优势淘汰部分杂种优势不明显组合。人工气候室中材料于第二年4月中旬开花15天后收获f2籽粒，大田种植材料至第二年6月初收取f2籽粒，烘干脱粒在室内进行考种，根据考种结果再淘汰、选择。选择一部分种子在人工气候室中继续加代，一部分种子整理好，等待到10月初进行秋播。分成人工气候室和大田的收获种子两种处理，因为人工气候室小麦生长的性状可能会与大田有所出入。不同生长环境分开成两批，最后统一种植与大田，一方面是在大田检查是否漏下优良性状，是否错选，另一方面是观察各世代的表现情况，综合评价。

13、二次加代

14、将第二年4月中旬于人工气候箱中收获的加代f2(r)籽粒，以及第二年6月初大田成熟的f2(d)代籽粒及时收获并充分晒干后分批(次)进行过氧化氢处理打破休眠。用1.5％过氧化氢浸泡种子24h，清水冲洗后播种于穴盘中，f2(r)种植若干行，f2(d)种植若干行，每行种植若干株。。穴盘中的基质为营养土、大田土、蛭石，比例为1:1:1。先放在人工气候室中培养，待两叶一心时移到在3～5℃低温光照培养箱内。低温光照培养箱内遇旱浇水并每隔3天喷淋水1次，经过35天以上低温春化处理，到第二年5月中旬和7月中旬春化完成(大田稍晚，后续步骤有类似)，在人工气候室中按照小麦各个时期最适温度调节人工气候室的温度，补充充足的光照，遇旱浇水。需要注意的是，夏季加代时间有限，应尽可能提早进行。根据研究，小麦开花15天后的种子就可正常发芽，因而可在上代籽粒成熟前提早收获，及时晒干种子，及时打破休眠和进行春化处理。生育期内根据苗情适当进行肥水管理，以喷淋为好，并注意防治病虫害，记载不同批次中每个组合的性状。开花授粉15天以后，分别于第二年6月底收获f2(r)单株，获得f3(r)籽粒；8月底收获f2(d)单株，获得f3(d)籽粒。性状表现优异组合整株拔出(记载株高、分蘖、穗数)倒挂于人工气候室中三天，进行收获籽粒，按照单株烘干脱粒在室内进行考种。根据考种结果再淘汰或选择杂交组合。

15、三次加代

16、第二年6月底以及8月底f3籽粒收获后，f3籽粒分成两部分，一部分在10月初进行秋播，播种于大田(见下一步骤)；另外一部分在人工气候室进行三次加代。三次加代部分的f3籽粒及时晒干并用过氧化氢处理破除休眠，冲洗后播种于穴盘中，在人工气候室中培养。培养至两叶一心时放置在3～5℃低温光照培养箱内，进行为期35天以上的低温春化处理。于8月中旬、10月中旬在人工气候室中，启动增温补光设施维持小麦各生育期适宜温度，遇旱浇水并注意防治病虫害。记载每个组合性状，包括抗性、病虫害、分蘖等。9月底和11月底开花授粉15天以后收获性状表现优异组合的籽粒f4(r)和f4(d)。整株拔出倒挂于人工气候室，烘干脱粒，在室内进行考种，根据考种结果选择产量优异、性状优良的组合。

17、第二年10月初大田秋播

18、将留存的加代的部分f2代籽粒、f3代籽粒、9月底加代获得的f4(r)籽粒以及亲本材料均在10月初播种于大田，供后续性状调查验证，避免遗漏材料。f2代采用小群体多类型个体优选法进行f2单株选育，其要点是：每个杂交组合的种植群体较小(115～680粒)、所选单株类型多、性状优。f2播种方式分条播和点播，条播2～3行，全收测产；点播粒距较大(10～15厘米)，个体生长发育好，产种量多。f3代采用多处理方式多环境鉴定筛选株系法进行筛选，其要点是：采用多种处理(不同播量、不同播种方式和不同重复数)、在水地和旱地等多种环境条件下对f3株系进行培育鉴定与筛选。具体做法是将f3种子分为3～4份，高肥水地种2份(重复)，1份点播，每行100粒，种2行，另1份条播，每行150粒，种3行；旱肥地种1～2份，全部条播，每行150粒，种2～3行，行长2.2米。水旱两地均设对照，便于产量比较。(若加代产的种子不够，分两次加代的种子为重复，但是种植环境不同，分离可能不同，应分别比较鉴定不同株系群)。f4代播种按不同的播量，50粒和100粒进行点播和条播，并且在水地、旱地分别播种。

19、四次加代

20、将人工气候室中第二年11月底收获的f4(d)的籽粒用1.5％过氧化氢浸泡24h，冲洗后晾至表面无水分，直接进行田间撒播(地膜覆盖)，或在种子萌动时放于1～3℃低温下处理7天以上再于大田开沟撒播(地膜覆盖)。播种地是年前秋播时预留的地块，与第二年10月初秋播的各世代材料种植地块相连，便于后期调查性状。地块应做好保墒保温处理。f4代播种时也按不同的播量，50粒和100粒进行点播和条播，并且在水地、旱地分别播种。将在f3世代表现优异的株系种子f4(混系种子)放在高肥和旱肥两地同时进行多重复的小区试验，即水旱两区混系产量比较试验。春播应尽可能早播，播后用地膜覆盖，出苗后揭膜，后期管理同大田。利用无人机搭载多光谱相机进行性状采集并进行田间验证，提取各世代中各种不同性状的组合进行标记，选择性状优异组合。各个世代进行比较，可以检查是否有遗漏优异组合。保证每个世代的种子都在大田有鉴定，避免因人工气候条件与大田气候不一致造成材料丢失。记载每个组合性状，如产量及抗病等。至第三年6月初收取稳定f5籽粒，烘干脱粒在室内进行考种。根据f4代的产量、抗性、熟期、广适性等各种性状表现，选出较优异且稳定表达的品系。进行f4小区比较，设置两个重复，将性状表现较差的组合淘汰。对收取的f5代籽粒进行综合评价，表现极为优异的组合参加各种试验。

21、通过将光谱技术和遥感技术用到小麦植株性状检测当中能够大大节约人力成本，减少的人员频繁进出入小麦育种基地的频率，避免了人员携带病原引入传染性疾病，保证了小麦能够健康生长发育。在小麦新品种培育过程中，通过将遥感技术应用到病虫害防治领域，也能够做到及时发现病虫害，及时处理病虫害并且利用图像处理技术和自动化识别技术对常见病虫害的发生严重程度进行准确的鉴别(提前淘汰不抗病组合和品系)，相较于传统的处理方式，识别率能够达到80％以上。无人机技术与无人遥感技术有效结合，能够更好地得到小麦新品种在生长发育过程中的生长性状，如倒伏现状，叶面指数，产量指标，冠层温度等信息，进而为小麦育种工作优化调整、改善提供相应的信息参考，为小麦育种工作的高效开展提供坚实保障。

22、本发明的有益效果是：本发明提供的一种冬小麦就地一年多代加代快速育种方法，是针对北方冬小麦生育特性，综合利用冬麦育种区当地环境和玻璃温室以及人工气候室等适宜冬小麦生长发育的条件，配合人工打破休眠和春化处理措施，在一个年周期内通过当地种植完成多个世代繁种的方法。本发明合理调整小麦发育期，将多个世代的材料统一种植在同一块大田，便于比较性状，筛选优异组合变异。本发明保证每个世代的种子都在大田有鉴定，避免因人工气候条件与大田气候不一致造成材料丢失。本发明提供的方法，不仅加代简单、迅速，而且配合加代进行性状调查和比较，有利于筛选优异组合。