白粒全糯性小麥品種的選育實踐與體會

劉愛峰，韓冉，程敦公，李豪圣，曹新有，宋健民，劉成，郭軍，劉建軍

（山東省農業科學院作物研究所／農業部黃淮北部小麥生物學與遺傳育種重點實驗室／小麥玉米國家工程實驗室，山東 濟南 250100）

小麥是保障國家糧食安全的重要作物。人們在實現美好生活的過程中對飲食多樣化的要求也隨之增強，其中糯性食品因其獨特的特性受到青睞，糯性小麥品種的選育及其在食品加工業中的應用也逐漸成為社會關注的焦點。糯小麥有別于普通小麥的主要差異是淀粉組成成分，普通小麥淀粉中含有20%～30%的直鏈淀粉和70%～80%的支鏈淀粉，而糯小麥不含直鏈淀粉或直鏈淀粉的含量很低（＜2%）［1-3］。

小麥糯性是由位于7A、4A和7D染色體上的3對隱性基因Wx-A1b、Wx-B1b和Wx-D1b控制的，只有當這3對基因同時隱性純合或缺失時才成為全糯質突變體即糯小麥［4-6］。自然界中不存在糯小麥突變體，需要采用一定的育種手段和方法來實現。人工雜交遺傳重組是最早應用的育種方法，第一個全糯小麥就是用這種方法培育而成［4］。隨后，利用EMS（甲基磺酸乙酯，ethylmethane sulfonate）誘變技術也獲得了全糯植株［7］。隨著育種技術的發展和輔助育種手段的多樣化，全糯小麥品種的數量不斷增多［8-11］。采用輪回選擇育種技術和碘試劑染色跟蹤、分子標記技術選出了糯質小麥新品系［12，13］，常規育種技術選育出農大糯麥1號和2號［14］，玉米誘導小麥單倍體技術選育出糯性新品系［15］。糯性小麥的培育技術和手段呈現多樣化，但相對比較零散，還沒有形成完整的育種技術體系。本文以我們選育的白粒全糯性特色小麥品種濟糯116為例，總結了白粒全糯性小麥的選擇過程和運用的技術手段，以期為白粒全糯性小麥品種的培育提供育種技術參考。

1 親本選擇及后代選育

1.1 親本優優配置是基礎

糯小麥的培育首先需要收集和鑒定篩選優異糯性種質資源，選擇合適親本是培育新品種的首要工作和基礎。本團隊對收集的糯性種質資源進行了綜合農藝性狀和適應性的田間鑒定，篩選出表現較好的冀糯200作為母本；在多年觀察鑒定的基礎上，選擇綜合農藝性狀優良的普通小麥鄭麥366作為父本，配制雜交組合。

1.2 F1代的精細選擇是關鍵

F1代采用單株收獲，挑選出表皮顏色為白色的籽粒（圖1），鑒定籽粒的胚乳外觀，淘汰胚乳渾濁不清或者半透明的籽粒，保留胚乳為乳白色不透明的籽粒。然后用1.0%的碘-碘化鉀溶液對選留的籽粒胚乳進行染色，淘汰胚乳染色深（藍黑色）的籽粒，保留胚乳染色淺（棕紅色）的籽粒（圖2）。之后再種植入選的籽粒有胚部分，利用多余的種子測定直鏈和支鏈淀粉含量，直鏈淀粉含量低于2.0%時說明這些籽粒為糯性。

圖1 粒色

圖2 胚乳染色

1.3 F2～F5代的輔助選擇是保障

F2代按照單株取葉片提取DNA，分析糯蛋白的3個位點WxA、WxB和WxD分子標記的基因型（圖3、圖4、圖5），篩選Wx-A1位點突變型的擴增片段長度為317 bp，Wx-B1位點突變型的擴增片段長度為668 bp，Wx-D1位點突變型的擴增片段長度為260 bp，篩選3個位點均為突變型的單株。同時對選留單株的籽粒進行碘-碘化鉀溶液染色，選留胚乳染色呈棕紅色的籽粒并將有胚的部分進行種植。多余的種子混合用于測定直鏈和支鏈淀粉含量及淀粉糊化特性，直鏈淀粉含量須低于2.0%，淀粉糊化特性曲線的峰值時間短、終粘度低、回升值低。在F3-5代家系綜合農藝性狀鑒定的基礎上進行單株選擇，每個單株隨機取20粒進行碘-碘化鉀溶液染色，選留籽粒染色呈棕紅色的單株。

圖3 Wx-A1位點

圖4 Wx-B1位點

圖5 Wx-D1位點

1.4 高代穩定系的綜合性狀選擇是最終抉擇

對F6代以后的高代穩定系的產量性狀和綜合農藝性狀等進行接近生產條件的小區種植鑒定，并加強對淀粉品質的測定研判。按照山東省小麥品種區域試驗對產量的要求（增產幅度＞3.0%），選留產量潛力高、綜合農藝性狀表現優良的株系，同時對株系的淀粉糊化特性進行測定分析，選留淀粉糊化特性明顯不同于普通小麥（非糯性系）的株系（圖6），最終選留株系128116為濟糯116的出圃高代穩定系。在2017—2019年度山東省小麥品種區域試驗和生產試驗中其666.7m2平均單產552.13 kg，比對照品種增產8.13%，2020年在山東德州陵城的1.07 hm2大田生產中666.7m2平均單產503 kg，在濱州陽信26.67 hm2大田生產中666.7m2平均單產超過600 kg。

圖6 糯性系與非糯性系的淀粉糊化曲線的差異

2 選育體會

2.1 優異Wx基因種質資源是培育新品種的基礎

Wx蛋白資源是糯小麥遺傳育種的物質基因。隨著現代生物技術的發展和應用，蘊藏在小麥地方品種及近緣物種里的Wx蛋白被逐漸挖掘和利用，為糯性小麥品種的培育提供了新型Wx蛋白資源和優異的中間材料。優質強筋小麥一直是生產優質面粉的首選原糧，在這類品種的培育過程中常注重蛋白質和面筋的改良，而忽略了淀粉的重要作用，尤其是糯小麥的淀粉構成和性質。濟糯116成功聚合了Wx的3個基因和優質高分子量麥谷蛋白亞基對5＋10。在今后小麥品質改良尤其是優質專用小麥的培育中應該充分考慮淀粉的作用，將更多優良的蛋白亞基和Wx基因聚合到同一個品種中，實現蛋白品質與淀粉品質的最優組合。

2.2 綜合運用現代育種技術進行全世代選擇是育種關鍵

一個小麥新品種的育成從配制雜交組合到穩定世代出圃要經過5～8年的時間，在整個生育期間，需針對育種目標的不同性狀采用不同的技術手段進行鑒定分析和篩選，糯性小麥的培育更是如此。早世代是小麥糯性選擇的關鍵時期，F1代的鑒定篩選至關重要。籽粒胚乳外觀是鑒定篩選的第一步，同時佐以胚乳染色鑒定篩選以及直鏈淀粉含量分析結果。F2代中采用Wx基因標記進行分子標記跟蹤檢測，同時考慮利用胚乳染色、直鏈淀粉含量和淀粉糊化特性等指標。高世代是農藝性狀和產量性狀的抉擇時期，需綜合考察綜合農藝性狀、產量性狀和淀粉品質特性，確保糯性、農藝性狀、產量等育種目標實現同步選擇。

2.3 優異淀粉特性奠定廣闊的產業化開發前景

糯性小麥由于其獨特的淀粉特性被廣泛應用于食品加工業，其面粉可以用做“修飾”淀粉食品的原料，調整直鏈淀粉含量、提高面食質量，這在改變居民的膳食結構和組成方面將起到重要作用［16］。糯小麥粉的添加能夠改善面條的感官和質構特性［17-19］，改善普通小麥粉的饅頭口感和儲藏性能［20-22］。特別是由于糯質淀粉具有較高的持水能力、較低的凝沉和老化速度，能夠增加面粉制品的保鮮能力，同時優良的凍融穩定性使其非常適宜制作冷藏及速凍食品［23-26］。濟糯116的淀粉糊化特性和回升特性不同于普通小麥（圖6），直鏈淀粉含量近乎為零、回升值很低（284.0 cP）。研究發現，濟糯116在濟麥22和濟麥229面條中的適宜添加比例可以控制在20%～30%，而在濟麥44面條中的適宜添加比例可以控制在30%～40%；在濟麥22和濟麥44速凍面條中的適宜添加比例可以控制在20%～30%，而在濟麥229速凍面條的適宜添加比例可以控制在30%～40%；在紫麥全粉面條中的最高添加比例為20%；在紫麥全粉饅頭中的適合比例可以控制在10%～20%。濟糯116作為配粉在改良普通小麥面粉的面包、面條、速凍面條以及紫麥全粉饅頭和面條等品質方面能夠充分發揮其獨特的淀粉特性作用。隨著濟糯116種植面積的擴大和總產量的增大，必將被面食品企業利用充分發揮其配粉特性和作用。

眾所周知，糯質糧食作物是我國傳統釀酒工業的重要原料。近年來，我國糯小麥品種選育取得重要進展，因而糯小麥在釀酒工業中的優勢逐漸得以顯現。糯小麥具有與傳統白酒工藝相適應的特性，且相對于粳高粱和普通小麥而言其出酒率更高，白酒的氣味和口感更佳［27］，在中國傳統白酒釀造中具有廣闊的開發利用潛力。白酒釀制行業對糯小麥的青睞為濟糯116開辟了新的開發利用空間，同時，濟糯116的高拍賣成交額引起了國內白酒釀制企業的高度關注，部分白酒釀制企業已進行小樣品量的試用。這方面的應用和開發需要繼續深入研究。