超级小麦(英文名:Super wheat),是肥水利用率高、品质优良、高产、抗逆性好的小麦品种总称。超级小麦是个动态概念,一般认为,大面积(66700平方米)种植,能够连续2年实现每667平方米产量650~700千克,即为超级小麦。超级小麦的代表品种有中育978、中农小麦CK919、多穗小麦等。其分布在河南信阳、璧山区、陕西富平、保定市、安徽涡阳、云南富民等地,生长在平原、丘陵地带。
超级小麦的茎坚韧而粗、穗形宽厚长、叶片宽厚,根系健壮;每个穗头籽粒85~270粒左右,千粒重达到45~100克左右,穗长16~27厘米左右。其具有抗寒、抗倒、抗病、抗干热风等特性,根系活力强。超级小麦生产周期225—230天左右,亩用种量12公斤左右,亩产达到700~1000公斤左右。
1982年,沈天民在中国首次提出亩产750公斤超高产小麦育种课题。1992~1999年间,北京农学院小麦研究室先后育成了北农6号、北农9号、超优66等超高产小麦品种。2000年,为了与超级水稻的提法相一致,超高产优质小麦改称为超级小麦。2005年,中国开始实施“超级小麦”培育计划。2008年起,程魁团队获得了高产大穗大粒小麦、多穗小麦、高麦等超级小麦重要成果。截至2026年,中国已建立26个超级小麦育种试验中心,高产优质良种已实现规模化种植。
定义
超级小麦的概念在学术界没有统一的意见,但有3点可以达成共识:
(1)超级小麦是个动态概念,在不同时代、不同地区、不同种植季节于原品种基础上的创新与突破。
(2)超级小麦是肥水利用率高、品质优良、高产、抗逆性好的品种的总称。
(3)一般认为,在现阶段以每667平方米产量500千克为基数,能够增产30%~40%,也就是说,大面积(66700平方米)种植,能够连续2年每667平方米产量650~700千克,即为超级小麦。
培育历史
1982年,河南省育种专家沈天民在中国首次提出亩产750公斤超高产小麦育种课题。1992~1996年间,北京农学院小麦研究室先后育成了北农6号、北农9号和北农10号。它们的产量水平为550~600公斤/667平方米,与北京地区小麦平均300~350公斤/667平方米相比,都属于超高产小麦品种。1997~1999年又先后育成了超优66、超优69、北农49和北农30等品种,这些品种不但品质优良,而且产量水平可以达到550~650公斤/667平方米,称为优质超高产小麦品种。2000年,为了与超级水稻的提法相一致,改称为超级小麦。
2005年,中国开始实施“超级小麦”培育计划。2008年起,程魁团队瞄准突破种业难题,专注研究超级小麦的培育及实验,重点研究高产抗病、优质高产小麦品种,获得了高产大穗大粒小麦、多穗小麦、高麦、黑麦、绿麦品种中等超级小麦重要成果。截至2026年,中国已建立26个超级小麦育种试验中心,覆盖河南省、安徽、江苏省、河北省、湖北、浙江省、北京、新疆、云南省、陕西省等主要小麦产区,高产优质良种已实现规模化种植。
形态特征
超级小麦农艺性状八字诀:长、矮、宽、粗、厚、冲、抗、放,即茎坚韧而粗、穗形宽厚长、叶片宽厚,根系健壮。超级小麦每个穗头籽粒85~270粒左右,千粒重达到45~100克左右,穗长16~27厘米左右,亩产量在700—1000公斤左右。
分布栖息
超级小麦分布在河南信阳、璧山区、陕西富平、保定市、安徽涡阳、云南富民等地,生长在平原、丘陵地带。
生活习性
超级小麦具有抗寒、抗倒、抗病、抗干热风等抗性,根系发达、活力强。
生长繁殖
超级小麦生产周期225—230天左右,亩用种量12公斤左右,亩产达到700~1000公斤左右。
培育技术
小麦中大约含有25000~30000个基因。现已查明小麦主效基因,例如Rh(矮化)、Vm(感温)、Ppd(感光)、Nra(氮利用率)基因,它们都对产量和产量构成因素起多数作用。对小麦加工品质起重要作用的Glh1D1、Glh1D2d、Glh1A2b、Glh1Bli和Glh1B2i等HMW谷蛋白亚基的基因都已经克隆,只是这些基因分散在不同品种中,没有发挥多基因聚合的累加效应。小麦基因转导工作虽然与双子叶作物的基因转化,甚至与同类水稻和玉米的基因转化相比仍有较大差距,但自1992年第1株转基因小麦(Vasil1992)问世以来,该方面的研究已取得了快速进展。
截至2006年,利用小麦基因转导的主要方法——基因枪法已获得40余种转基因小麦材料。曾被国际权威科学家判定为在小麦等单子叶植物中不能利用的农杆菌介导法也获得了突破,Cheng和夏光敏等先后用该方法得到了正常的转基因植株。花粉管通道法转导基因避免了复杂的组织培养和植株再生过程,是一种操作容易、成本低廉的有效方法。因此,利用现已成熟的基因枪法、农杆菌介导法和花粉管通道法,把决定产量性状的某些重要基因聚合在一起,可以培育出“超高产”品种;把决定品质性状的主要基因聚合在一起,可以培育出“超优质小麦品种”;把优质基因与高产基因聚合在一起,可以培育出兼有“高产、优质”性状的超级小麦品种。
常规杂交育种作为一种宏观基因调控的遗传工程,是超级小麦育种的主要方法。但是小麦的主要经济性状一般为数量性状,受微效多基因控制,仅靠常用的组合杂交方式,对育种材料进行1、2次杂交,选出超级小麦品系是很难成功的。因此,在掌握大量国内、外种质资源,并对其遗传特性进行详细研究的基础上,采用阶梯杂交、聚合杂交等育种方法。把控制同一性状的多个微效基因累加于一个杂种个体中,创造超亲性状,实现超亲育种;或者把分别控制成穗率、穗粒数和千粒重等主要产量性状的主效基因聚合于1个杂种个体中,培育超级小麦品系。苏联高产、优质春小麦品种萨拉托夫29就是通过3次阶梯杂交,分别把亲本白土尔卡的优质性状、波尔塔夫卡和留切申91的高产性状和印加早55/11的抗黑穗病性状聚合在一起,培育成了世界上推广面积最大的小麦品种。
周儒等利用“优良基因结合进行阶梯杂交(简称E.G.S.C)”育种方法,先后将几十个亲本10多次阶梯杂交,育成了兼有大穗、抗倒、广适性和增产显著的绵阳28号小麦品种,在1996~1997年全国区域试验中8省35点次比对照平均增产16.6%,居试验第1位。近几年以“超亲育种”为目标,通过阶梯式杂交、聚合、回交等方法已选出穗数600万/h平方米以上、穗粒数35粒/穗左右、千粒重55g以上、小区产量11220千克/小时平方米的“超级小麦”组合。再经过几年的选育鉴定,有可能培育出“超级小麦”品种。
40多年来,育种家们一直在寻找一种能使小麦杂交化的方法。但是,“三系法”由于育性恢复途径狭窄和保持核雄性不育困难,至今没有大面积应用于生产。化学杂交法(即“二系法”)由于药害和生产杂种的额外费用,近期也不可能大面积应用。无融合生殖固定杂种优势(即“一系法”)是杂种小麦生产利用策略。该方法一般结合常规育种进行。当发现强优势组合时,去除F1植株的雄蕊,利用某些物理化学方法诱导无融合生殖。如果无融合生殖植株来源于胚囊中的各种单倍体细胞,这些单倍体一般含有双亲的大部分优良显性基因。由这些无融合生殖发育而来的植株,经染色体加倍后可形成纯合二倍体,从而部分地固定杂种优势。如果无融合生殖植株为未减数胚囊中的孢子体细胞,这种专性二倍体孤雌生殖可使亲代的杂合基因完整地传递给后代,达到固定F1杂种优势的目的。因此,只要获得一个优良杂种单株,就可通过种子繁殖迅速地在大面积上利用小麦的杂种优势。
小麦孤雌生殖的诱导一般从去雄后4d开始,每天早或晚喷0.5%DMSO(二甲基亚砜)1次,连续处理3d,诱导纯合二倍体的频率为2.5%~2.9%。孙耀中等将0.2%Col(秋水仙碱)+2%DMSO药液注入颖花内,连续处理3d,诱导孤雌生殖结实率为0%~3.27%。山东农业大学于2001年5月选用了30个大田种植的F1组合,用0.2%Col+2%DMSO诱导,其中有22个组合产生了孤雌生殖籽粒,结实组合的结实率为0.78%~6.7%。
小麦一生有3个主要发育阶段:播种到顶端小穗分化期(营养生长阶段),顶端小穗分化到开花期(穗发育阶段),开花期到成熟期(籽粒灌浆阶段)。后2个阶段决定小麦穗数、粒数和粒重,其中末端小穗形成到开花的时期对产量最重要。因此,在操纵物候期育种方面,可以开展以下工作:
①研究不同类型(大穗型、多穗型和中间型)、不同冬性(强冬、弱冬、春性)小麦品种各生育阶段相对长度,以及影响该长度的光、温生理生态因素,找出物候期与产量构成因素及产量的关系,确定各阶段长度对产量的贡献;
②利用拔节期对光周期和温度的敏感性以及灌浆期对温度的敏感性,决定粒数和粒重的临界期,通过光、温调节操纵物候期的形成培育超级小麦品种;
③鉴定光周期基因(Ppd)、春化作用基因(Vm)对物候期的调节效应,并转化这2个关键基因,控制起身、拔节期和籽粒灌浆期的长短,选育拔节早、成穗率高、大穗多粒的品系。
Scarth发现控制光周期反应的Ppd1、Ppd2和Ppd3基因分别位于2D、2B和2A染色体上。大多数对日长不敏感的欧洲小麦品种携带来自日本赤小麦品种的Ppd1基因,中国春小麦品种则含有Ppd2基因。Snape报道,通过转化Vrn1位点上春化作用不敏感基因,已将英国的冬小麦变成春小麦,而对产量和农艺性状均无不利影响。由此可知,小麦拔节期对光周期、温度的敏感性及灌浆期对温度敏感性都存在着遗传变异,而且这一时期的反应与其他时期的反应似乎是独立的,即任何发育阶段的持续期都能被改变,而且与其他阶段的持续期无关。因此,通过操纵小麦的物候期可有效改变小麦的生长习性,延长对产量潜力重要的阶段,即拔节期和籽粒灌浆期的长度,从而培育超级小麦品种。
超级小麦育种是在产量已经很高的水平上进一步提高产量。将生理生化特性作为选择标准可加速小麦的遗传改良。作物产量来自于光合作用。尽管研究表明时间和地点所测定的单叶光合速率与产量无相关性,但小麦群体的净光合速率与产量呈正相关。通过选择理想的株型、叶型,可进一步改良作物的光合性能,提高光合速率。现已证明,施氮情况下小麦品种间的光合放氧激发率有明显差异,可作为超级小麦品种选育的一个生理指标。中午强光胁迫下,高蛋白小麦品种的PSⅡ(光系统Ⅱ)的光化学反应显著高于低蛋白品种,可用于高蛋白小麦品种的选择。现代小麦品种的收获指数已提高至0.45左右,选育超级小麦品种必须在进一步提高收获指数的同时,注重生物产量的增加,协调影响产量的源(叶片等)、库(产品器官)、流(输导组织)问题。
去除一半“源”的小麦籽粒重基本不受影响的试验表明,小麦的光合作用是在非常保守和有潜力可控的情况下进行的,因此扩大库的容量在超级小麦育种中十分重要,单位面积粒数可作为选择产量的一个主要指标。“源”与“库”之间的“流”,即输导组织结构、物质运输机理、单位输导组织的运输速率及其调控因素也是超级小麦育种中要加强研究的方面。原因是“流”的通畅和速率直接与经济系数、小麦生长中后期植株早衰有关。超级小麦品种必须具有“源足、库大、流”通畅的生理特性。
代表品种
国审麦“中育978”(国审麦20251049)为2025年通过国家审定的高产小麦品种,属半冬性多穗型中晚熟品种,幼苗半匍匐、长势健壮,茎秆粗壮抗倒伏,纺锤型大穗,穗层整齐,抗寒性好,灌浆快,熟相好,高抗条锈病,属中筋优质小麦。
中农小麦CK919小麦穗长可达35厘米,单穗籽粒高达180粒,远超普通小麦的45至65粒,亩产在700至1000公斤之间。
多穗小麦品种单株可分蘖8至18个穗头,用种量仅为常规品种的一半,节本增效优势明显。
高麦96高秆小麦株高近3米,粮食产量高的同时,秸秆还可用于青贮饲料、草帽编织、工艺品制作及天然吸管加工。
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