作物杂志, 2025, 41(4): 65-74 doi: 10.16035/j.issn.1001-7283.2025.04.008

遗传育种·种质资源·生物技术

2000-2024年全国审定(登记)皮大麦品种的选育及特征特性分析

李亚婷,1,2, 贾世琦1,2, 姚立蓉1,2, 张宏1,2, 司二静1,2, 杨轲1,2, 孟亚雄1,2, 马小乐1,2, 李葆春1,3, 王化俊1,2, 郭刚刚,1,4, 汪军成,1,2

1省部共建干旱生境作物学国家重点实验室/甘肃省作物遗传改良与种质创新重点实验室,730070,甘肃兰州

2甘肃农业大学农学院,730070,甘肃兰州

3甘肃农业大学生命科学技术学院,730070,甘肃兰州

4中国农业科学院作物科学研究所,100081,北京

Analysis of Breeding and Characteristics of Nationally Approved (Registered) Hulled Barley Varieties in China from 2000 to 2024

Li Yating,1,2, Jia Shiqi1,2, Yao Lirong1,2, Zhang Hong1,2, Si Erjing1,2, Yang Ke1,2, Meng Yaxiong1,2, Ma Xiaole1,2, Li Baochun1,3, Wang Huajun1,2, Guo Ganggang,1,4, Wang Juncheng,1,2

1State Key Laboratory of Aridland Crop Science / Gansu Provincial Key Laboratory of Crop Genetic Improvement and Germplasm Innovation, Lanzhou 730070, Gansu, China

2Agronomy College, Gansu Agricultural University, Lanzhou 730070, Gansu, China

3College of Life Science and Technology, Gansu Agricultural University, Lanzhou 730070, Gansu, China

4Institute of Crop Sciences, Chinese Academy of Agricultural Sciences, Beijing 100081, China

通讯作者: 汪军成,主要从事作物逆境生理和分子生物学研究,E-mail:wangjc@gsau.edu.cn郭刚刚为共同通信作者,主要从事大麦种质资源保护与优异基因发掘研究,E-mail:guoganggang@caas.cn

收稿日期: 2025-03-10   修回日期: 2025-05-15   网络出版日期: 2025-05-30

基金资助: 国家大麦青稞产业技术体系(CARS-05-02A-10)
甘肃省现代寒旱特色农业麦类产业技术体系(GSARS-07)
甘肃省高等学校产业支撑计划项目(2021CYZC-12)
甘肃省科技厅科技计划―科技特派团专项(22CX8NA047)
甘肃省陇原青年英才项目(GSAU-2023-005)
甘肃农业大学伏羲青年英才计划(Gaufx-03Y06)
甘肃农业大学伏羲青年英才计划(Gaufx-04Y011)

Received: 2025-03-10   Revised: 2025-05-15   Online: 2025-05-30

作者简介 About authors

李亚婷,研究方向为作物遗传育种,E-mail:1308756437@qq.com

摘要

分析2000-2024年全国审定(登记)的347份皮大麦品种基本性状变化趋势,为高产优质大麦新品种选育和产业高质量发展提供参考依据。结果表明,审定(登记)品种数量呈逐年上升趋势,育种单位以地方农科院以及高校等科研院所为主力;统计发现5个高使用频率直接亲本,表明全国大麦审定(登记)品种的遗传基础较窄;育种方法普遍采用常规育种手段,后续仍需丰富育种方法;春大麦区啤酒大麦占比最高,冬大麦区啤酒大麦和饲料大麦品种数量接近;春大麦区全部为春性品种,冬大麦区育成品种中春性品种占比为67.08%;春大麦区的新疆干旱荒漠春大麦区平均产量最高,冬大麦区的黄淮冬大麦区平均产量最高,冬大麦区产量年均增加17.33 kg/hm2,千粒重基本不变,穗粒数大幅度上升,春大麦区千粒重呈上升趋势;春大麦区啤酒大麦的α-氨基氮含量均值高于冬大麦区,两生态区的啤酒大麦库尔巴哈值处于较好水平。自2008年后,抗病品种比例逐年提升,基本保持在70%以上,条纹病抗性最突出。在今后的大麦育种过程中需突破常规育种方法,以期在高产、优质、高效和安全的主要育种目标上获得新成就。

关键词: 中国; 皮大麦; 审定(登记)品种; 选育; 特征特性

Abstract

Temporal trends in basic traits of 347 nationally approved (registered) hulled barley varieties from 2000 to 2024 were analyzed to provide a scientific foundation for breeding high-yield, high-quality varieties and supporting industrial advancement. The results showed that the number of approved (registered) varieties has been on the rise over the years, and the breeding units are mainly local agricultural research institutes, universities, and other research institutions; five direct parents with high-frequency usage were identified by statistical analysis indicating that the genetic basis of the nationally approved (registered) barley varieties was relatively narrow; conventional breeding methods were generally used, and diverse breeding methods need to be enriched; the proportion of malting barley in spring barley area was the highest, while the number of malting barley and feed barley in winter barley area was similar; all varieties in spring barley area were spring varieties, and the spring varieties in winter barley area accounted for 67.08%; the average yield of Xinjiang barley region was the highest in spring barley area, and the average yield in Huanghuai winter barley region was the highest in winter barley area, the average yield in winter barley area was increased by 17.33 kg/ha, the 1000-grain weight was basically unchanged, the number of grains per spike increased significantly, and the 1000-grain weight in spring barley area showed an upward trend. The mean α-amino nitrogen content of malting barley in spring was higher than that in winter barley, the Kulbach values of malting barley in the two ecological areas were at a good level. Since 2008, the proportion of disease-resistant varieties had increased year by year, generally remaining above 70%, and the resistance of streak disease had been the most prominent. In the future barley breeding process, it is necessary to further expand the breeding methods in order to obtain new achievements in high-yield, high-quality, high efficiency and safety as the main breeding goals.

Keywords: China; Hulled barley; Approved (registered) varieties; Breeding; Characteristics

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本文引用格式

李亚婷, 贾世琦, 姚立蓉, 张宏, 司二静, 杨轲, 孟亚雄, 马小乐, 李葆春, 王化俊, 郭刚刚, 汪军成. 2000-2024年全国审定(登记)皮大麦品种的选育及特征特性分析. 作物杂志, 2025, 41(4): 65-74 doi:10.16035/j.issn.1001-7283.2025.04.008

Li Yating, Jia Shiqi, Yao Lirong, Zhang Hong, Si Erjing, Yang Ke, Meng Yaxiong, Ma Xiaole, Li Baochun, Wang Huajun, Guo Ganggang, Wang Juncheng. Analysis of Breeding and Characteristics of Nationally Approved (Registered) Hulled Barley Varieties in China from 2000 to 2024. Crops, 2025, 41(4): 65-74 doi:10.16035/j.issn.1001-7283.2025.04.008

大麦(Hordeum vulgare L.)是全球第四大禾谷类作物,仅次于玉米、小麦和水稻,2022年全球产量1.55亿t[1]。大麦在食用、饲用和酿造等领域使用广泛,同时也用于医药工业原料和保健食品等新兴产业[2]。大麦在我国全境均可种植,具有地域广、跨度大的特点[3],2010年以来,内蒙古、甘肃、云南和新疆等省区的大麦产量比重逐渐上升[4]。基于我国大麦生产、栽培类型差异和品种演替规律,结合各地大麦实际播期的生态适应性,全国划分为裸大麦区、春大麦区和冬大麦区3个大区,其中,在春、冬大麦区下划分出东北平原春大麦区、晋冀北部春大麦区、内蒙古高原春大麦区、西北春大麦区、新疆干旱荒漠春大麦区、黄淮冬大麦区、秦巴山地冬大麦区、长江中下游冬大麦区、四川盆地冬大麦区、西南高原冬大麦区以及华南冬大麦区11个生态区[5]。大麦在缓解中、高海拔地区茬口矛盾、满足啤用和饲用需求、促进农业协调可持续发展等方面起到重要作用[6]

根据农业统计数据显示,2022年全国大麦种植面积持续大幅缩减至26万hm2,总产量下降至90万t[7]。与此同时,随着中国大麦消费需求不断增加,2024年大麦进口量攀升到1424.6万t[8],形成进口大麦不断挤压我国大麦市场空间的局面,这种变化主要源于农业结构调整和比较效益,大麦产业安全面临严峻挑战。高产稳产应作为当前大麦育种的核心目标,在保证基础产量的前提下加强对不同生态区以及逆境的适应性,改良籽粒品质。目前,大麦抗病育种过程存在资源抗性单一的问题,需通过常规育种与分子标记辅助选择相结合,将多个抗性基因聚合到优良品种中,提高品种的环境适应能力[9]。啤酒大麦要求籽粒蛋白质含量适中(9%~ 12%)和浸出率高等,而饲用大麦则追求高蛋白高能量[10],针对不同用途,需及时调整育种目标。对皮大麦品种进行特征分析是了解皮大麦资源最普遍且直接的方法。赵盟等[11]对152份中国大麦产量性状进行评价,发现大麦产量主要与千粒重呈正相关。张世鲍等[12]对云南的14个大麦品种的农艺性状进行分析,发现各农艺性状间存在复杂相关性,有效穗数与产量相关性最高。通过对不同地区的大麦审定(登记)品种统计分析,能够直观反映当地大麦育种发展进程,为新品种选育提供依据。2017年农业农村部开始实施《非主要农作物品种登记办法》,作为育种航向标对育种方向和数量均有影响,因而有必要对新登记标准实施前后的品种数据进行分析。此外,针对全国审定(登记)皮大麦品种的分析较少,缺乏育种成效和现状的系统性分析。本研究对全国2000-2024年审定(登记)的347个皮大麦品种的相关信息进行统计,以期为大麦高产优质育种提供参考。

1 材料与方法

1.1 数据来源

数据来源于中国种业大数据平台的官方品种登记数据库、2017-2024年非农作物品种登记公告以及参考中国知网(CNKI)收录的相关品种选育报告与学术论文。研究以2000-2024年为时间跨度,重点针对皮大麦品种,主要依据审定(登记)年份和生态区划2个维度,系统分析育种单位类别及地域分布、品种来源、育种方式、品种类型、籽粒产量、品质性状和抗病性等关键指标。在数据处理方面,对于既通过审定又在2017年后进行重新登记的品种,本研究统一依据审定年份进行统计,以保证数据的时间连续性。因未找到早期部分省份的大麦品种审定公告的完整记录,所以可能存在品种数据缺失的情况。

1.2 数据处理

使用Excel 2016进行数据整理和统计图表绘制。

2 结果与分析

2.1 2000-2024年全国审定(登记)皮大麦基本情况

2.1.1 审定(登记)品种数量及分布

图1所示,全国共审定(登记)皮大麦品种347份,来自17个省(市、区),数量呈现出逐年上升的趋势。从年均审定(登记)数量来看,2000-2009年共审定品种77个,年均审定8个,2010-2019年共审定(登记)167个,年均审定(登记)17个,2020-2024年共登记103个,年均登记20个,其中2018年登记47个,2019年登记39个,年登记数量达到近24年峰值。自2017年非主要农作物品种登记办法开始实施,年登记数迅速上升,2017-2024年平均每年登记26个,2020-2021年数量出现短暂下滑。

图1

图1   2000-2024年全国审定(登记)皮大麦品种数量

Fig.1   Number of approved (registered) barley varieties in China from 2000 to 2024


从各省(市、区)审定(登记)数目来看,云南占比最高,为28.82%;江西和贵州占比最低,仅为0.29%(表1)。

表1   2000-2024年审定(登记)皮大麦品种数量及分布

Table 1  The number and distribution of approved (registered) barley varieties from 2000 to 2024

序号
Number
省(市、区)
Province (municipality,
autonomous region)
品种数量
Number of
varieties
占比
Percentage
(%)
1甘肃236.63
2云南10028.82
3江苏5616.14
4浙江298.36
5湖北339.51
6河南82.31
7新疆174.90
8黑龙江3710.66
9内蒙古82.30
10四川82.30
11安徽82.30
12上海61.73
13山西51.44
14福建51.44
15北京20.58
16贵州10.29
17江西10.29

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2.1.2 审定(登记)品种育种单位类别及分布

审定(登记)品种数量排名前3的省份依次为云南、江苏和黑龙江,其中以科研院所育成品种占比最多,黑龙江涉及11个育种单位,科研院所育成的31个品种占比达83.78%(表2)。2000-2010年科研院所育成品种数量逐年上升,由科研院所育成的品种数量占81.01%,2008年出现小高峰,而公司企业和联合育种育成数量少。2000-2020年科研院所和联合育成品种数量呈波动上升趋势,企业单位育成品种数量较少,变化浮动小。2021-2024年育成数量趋于稳定,呈增长趋势,可以看出育种进程明显加快(图2)。

表2   2000-2024年全国皮大麦审定(登记)品种育种单位类别

Table 2  Categories of breeding units of approved (registered) varieties of barley in China from 2000 to 2024

序号
Number
省份
Province
品种数量
Number of
varieties
育种单位Breeding unit
科研院所
Research
institute
公司企业
Company
联合育种
Joint
breeding
1甘肃231832
2云南10062038
3江苏5641105
4浙江292009
5湖北333012
6河南8602
7新疆171601
8黑龙江373115
9内蒙古8404
10四川8503
11安徽8800
12上海6123
13山西5500
14福建5500
15北京2200
16贵州1100
17江西1100

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图2

图2   2000-2024年全国皮大麦审定(登记)品种育种单位类别

Fig.2   Categories of breeding units of approved (registered) varieties of barley in China from 2000 to 2024


2.1.3 审定(登记)品种育种方法

全国审定(登记)的347份皮大麦品种主要育种方法有杂交(281,80.98%)、选择育种(31,8.93%)、引种(17,4.90%)、诱变育种(9,2.59%)、单倍体育种(9,2.59%)等类型,其中,诱变育种和单倍体育种占比较低。从育种方式的多样性分析,2000- 2024年的审定(登记)品种平均每年涉及3种育种方法,其中2002、2008、2017和2018年涉及4种方法,其余年份涉及的育种方法较为单一(图3)。综上所述,2000-2024年全国审定(登记)的皮大麦品种采用的育种方法主要为杂交,育种方式偏单一化。

图3

图3   2000-2024年全国皮大麦审定(登记)品种育种方式及比例

Fig.3   Breeding methods and proportion of approved (registered) varieties in China from 2000 to 2024


2.1.4 高使用频率直接亲本统计分析

2000-2024年全国育成的347份皮大麦品种,共来自324个配制组合,共涉及父母本648个,去掉重复亲本,涉及不同类型的亲本543个。育成品种多于4个的亲本共有5个,其中苏啤3号是扬农啤9号、扬农啤12号和扬农啤14号等14个育成品种的亲本,占所有审定(登记)品种的4.03%(表3)。

表3   高使用频率直接亲本及育成品种

Table 3  Direct parents and bred varieties with high frequency of use

高使用频率亲本High-usage parent育成品种Bred variety
苏啤3号Supi 3
扬农啤9号、扬农啤12号、扬农啤14号、扬农啤15号、盐麦6号、苏啤8号、苏啤10号、苏裸麦2号、盐师麦2号、米麦105、浙啤15号、浙啤27号、鄂单259、鄂单303
扬农啤2号Yangnongpi 2
扬农啤8号、扬农啤9号、扬农啤11号、扬农啤13号、申海麦2号、通麦9号、鑫盐农啤8号、东麦3号、扬农QS、苏饲麦1号
云大麦1号Yundamai 1云大麦10号、云大麦11号、云饲麦406、云饲麦407、云饲麦408、云饲麦410、云青606
云大麦2号Yundamai 2
云大麦9号、云大麦12号、云大麦13号、云大麦14号、云大麦15号、保啤麦26号、云青602
苏啤6号Supi 6扬农啤15号、苏啤14号、港啤9号、港啤10号、浙啤11号

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2.1.5 审定(登记)品种类型及区域分布

据统计,春性品种共有251个、弱春性品种30个、冬性品种3个以及半冬性品种47个。审定(登记)品种年均有2个不同类型,2005、2011、2014和2016年审定品种仅有春性1个类型,2008、2017和2023年的登记品种类型最多,有4种(图4)。16个品种未查到其生长习性信息。根据春大麦区和冬大麦区2个栽培区进行分析,春大麦区审定(登记)品种均为春性大麦,无其他类型。冬大麦区品种类型丰富,数量占比最高的也是春性品种,为67.08%。春性品种在5个生态区均有审定(登记),长江中下游冬大麦区数量最多,占冬大麦区春性品种数量的43.56%,其次是西南高原冬大麦区,为36.81%。弱春性和半冬性品种分布在黄淮冬大麦区、长江中下游冬大麦区和西南高原冬大麦区,分布集中,而冬性品种仅分布在黄淮冬大麦区和长江中下游冬大麦区,且数量少(表4)。

图4

图4   2000-2024年全国皮大麦审定(登记)品种类型及比例

Fig.4   Types and proportions of approved (registered) varieties of barley in China from 2000 to 2024


表4   2000-2024年皮大麦审定(登记)品种类型及区域分布

Table 4  Types and regional distribution of approved (registered) varieties of barley from 2000 to 2024

品种类型
Variety type
春大麦区Spring barley area冬大麦区Winter barley area
ABCDEFGHIJ
春性Spring3783231721716605
弱春性Weak spring9615
冬性Winter12
半冬性Semi-winter141221

A:东北平原春大麦区;B:内蒙古高原春大麦区;C:晋冀北部春大麦区;D:西北春大麦区;E:新疆干旱荒漠春大麦区;F:黄淮冬大麦区;G:长江中下游冬大麦区;H:四川盆地冬大麦区;I:西南高原冬大麦区;J:华南冬大麦区;-:该生态区没有审定(登记)的皮大麦品种。下同。

A: spring barley area in the Northeast Plain; B: spring barley area of the Inner Mongolia Plateau; C: spring barley area in the northern part of Jinji; D: northwest spring barley region; E: arid desert spring barley area in Xinjiang; F: Huanghuai winter barley area; G: winter barley area in the middle and lower reaches of the Yangtze River; H: winter barley region in Sichuan Basin; I: winter barley region of the Southwest Plateau; J: south China winter barley region; -: there are no validated (registered) varieties of hulled barley in this ecological region. The same below.

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2.1.6 审定(登记)品种用途分析

2000-2024年全国审定(登记)的347份皮大麦品种中,啤用品种198个,饲用品种110个,粮用品种6个,啤饲兼用品种8个,粮草兼用品种5个,除此之外,上海市和山西省各有1个制曲品种,分别为空诱啤麦1号和神科麦1号。其中,啤用品种占比最高,达到了57.06%。18个品种未查到其用途信息。2017年登记品种用途类型有5种,2019和2023年登记品种用途类型有4种,其余年份品种用途类型较为单一(图5)。春大麦区审定(登记)的品种主要有啤用和饲用2种常见类型,啤酒大麦数量最多,占总春大麦区品种数量的88.64%,其中,东北平原春大麦区的啤酒大麦最多,占比37.50%。在春大麦区内仅东北平原春大麦区完成1例粮用大麦品种登记。冬大麦区审定(登记)的啤酒大麦有120个,占比49.79%;饲料大麦101个,占比41.91%,两类品种数量基本持平。冬大麦区在保持大规模培育啤用和饲用等常见用途品种的同时,在黄淮冬大麦区和长江中下游冬大麦区共审定(登记)了5个粮草兼用品种,长江中下游冬大麦区、四川盆地冬大麦区和西南高原冬大麦区共审定(登记)8个啤饲兼用品种,在长江中下游冬大麦区和四川盆地冬大麦区共审定(登记)2个制曲品种(表5)。由此可以看出,冬大麦区随着大麦育种方式的发展,不断研制出更多不同用途的大麦新品种,随着市场发展和消费需求的变化,啤酒大麦不再是大麦育种的主流,饲用和粮用大麦品种也逐渐增多。

图5

图5   2000-2024年皮大麦审定(登记)品种用途占比

Fig.5   Use proportion of approved (registered) varieties of barley from 2000 to 2024


表5   2000-2024年全国皮大麦审定(登记)品种功能性状区域分布特征

Table 5  Regional distribution characteristics of functional traits of approved (registered) varieties of barley in China from 2000 to 2024

用途
Use
春大麦区Spring barley area冬大麦区Winter barley area
ABCDEFGHIJ
啤用Beer3382171826352561
饲用Feed315849341
粮用Grain141
啤饲兼用Beer and feed dual-use215
粮草兼用Grain and grass dual-use14
制曲Koji-making11

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2.2 审定(登记)品种产量表现

不同的栽培区大麦产量及产量性状均存在差异。在2000-2024年春大麦区中的5个生态区域中,皮大麦平均产量由高到低依次是新疆干旱荒漠春大麦区(7484.26 kg/hm2)、内蒙古高原春大麦区(6642.80 kg/hm2)、西北春大麦区(6451.44 kg/hm2)、晋冀北部春大麦区(5600.33 kg/hm2)和东北平原春大麦区(4663.94 kg/hm2)。在2000-2024年冬大麦区中的5个生态区域(内蒙古高原春大麦区无审定或登记品种)中,皮大麦平均产量由高到低依次是黄淮冬大麦区(6612.79 kg/hm2)、长江中下游冬大麦区(6401.33 kg/hm2)、西南高原冬大麦区(5827.09 kg/hm2)、四川盆地冬大麦区(5472.75 kg/hm2)和华南冬大麦区(4877.40 kg/hm2)(表6)。线性拟合结果(图6)显示,自2000年以来,春大麦区育成品种的平均产量呈下降趋势,年均下降8.70 kg/hm2;冬大麦区育成品种产量呈逐年上升趋势,年均增长17.33 kg/hm2。春大麦区育成品种的千粒重呈缓慢上升趋势,年均升高0.05 g,穗粒数变幅基本保持水平,年均降低0.01 g。冬大麦区育成品种的千粒重基本保持不变,年均下降0.04 g,穗粒数则表现为大幅度增长,年均增长0.35。以上结果分析表明,春大麦区减产显著,需重点突破产量瓶颈,冬大麦区大麦育种的增产效果明显,并且穗粒数在增产方面起关键作用,后续需保持穗粒数增长趋势。

表6   2000-2024年全国皮大麦审定(登记)品种产量区域分布特征

Table 6  Regional distribution characters of the yield of approved (registered) barley varieties in China from 2000 to 2024 kg/hm2

年份
Year
春大麦区Spring barley area冬大麦区Winter barley area
ABCDEFGHIJ
20003661.005723.105969.003973.50
20016629.636489.00
20023998.406306.506375.006032.255550.006786.00
20036185.973906.00
20045120.015755.005684.20
20054517.826399.457500.00
20067744.506391.835874.57
20076416.256442.506057.75
20085109.206124.504991.256789.006937.505508.005167.427500.004284.95
20095439.005950.506576.005982.009054.004927.50
20106375.007422.036189.006686.50
20114749.405957.256290.507934.406975.006547.505735.25
20127689.986127.505792.506079.505942.25
20136039.005400.006660.006439.505496.65
20144565.506636.156630.006724.506174.756750.00
20155550.256880.506809.016860.787090.50
20167124.105526.004612.95
20177111.535507.675899.71
20184629.977724.817333.205731.506104.09
20194860.337914.005513.056307.06
20207319.857199.914668.005949.17
20214762.307797.746025.506060.90
20223876.006496.007593.004944.005633.777078.86
20237662.098838.007043.145835.955465.28
20243967.297176.236259.506804.005872.504535.43
平均值Average value4663.946642.805600.336451.447484.266612.795827.095472.756401.334877.40

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图6

图6   2000-2024年全国皮大麦审定(登记)品种产量水平演变

Fig.6   Evolution of yield levels of approved (registered) barley varieties in China from 2000 to 2024


2.3 审定(登记)啤酒大麦品种籽粒品质性状表现

啤酒酿造是大麦的主要用途之一,不同生态区啤酒大麦的籽粒品质特性存在差异。根据轻工业行业标准QB/T 1686-2008,春大麦区啤酒大麦有70.51%的品种α-氨基氮含量达到行业标准优级(≥150 mg/100 g),5.13%的品种达到行业标准一级(140~150 mg/100 g);52.56%的品种库尔巴哈值符合行业标准一级(40%~45%),19.23%符合行业标准二级(38%~47%)但未达行业标准一级。冬大麦区啤酒大麦α-氨基氮含量有48.33%的品种达到行业标准优级,11.67%达到行业标准一级。库尔巴哈值有40.00%的品种符合行业标准一级,16.67%符合行业标准二级,但未达行业标准一级(表7)。线性拟合结果显示,自2000年以来,春大麦区啤酒大麦的α-氨基氮含量呈缓慢上升趋势,年均增长0.46 g/100 g,库尔巴哈值同样表现为缓慢增加,增长率低于α-氨基氮含量,年均增长0.12%(图7);冬大麦区啤酒大麦的α-氨基氮含量和库尔巴哈值变化保持水平,年均分别下降0.94 g/100 g和0.03%(图8)。

表7   2000-2024年全国皮大麦审定(登记)啤酒大麦品质性状区域分布特征(QB/T 1686-2008)

Table 7  Regional distribution characters of quality traits of approved (registered) malting barley in China from 2000 to 2024 (QB/T 1686-2008)

产区
Producing area
品质性状
Quality trait
优级品种数
Superior quantities
一级品种数
Level 1 quantities
二级品种数
Level 2 quantities
春大麦区Spring barley areaα-氨基氮55(70.51%)4(5.13%)
库尔巴哈值41(52.56%)15(19.23%)
冬大麦区Winter barley areaα-氨基氮58(48.33%)14(11.67%)
库尔巴哈值48(40.00%)20(16.67%)

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图7

图7   2000-2024年春大麦区啤酒大麦审定(登记)品种籽粒品质分析

Fig.7   Grain quality analysis of malting barley varieties approved (registered) in spring barley area from 2000 to 2024


图8

图8   2000-2024年冬大麦区啤酒大麦审定(登记)品种籽粒品质分析

Fig.8   Grain quality analysis of malting barley varieties approved (registered) in winter barley area from 2000 to 2024


2.4 审定(登记)品种抗病性分析

在347个皮大麦品种中,抗条纹病品种198个,占比最高(57.06%);抗白粉病品种165个,占47.55%;抗赤霉病品种147个,占42.36%(表8)。抗病品种比例自2008年后逐渐增大,基本保持在70%以上(图9)。通过年际间分析,发现2013和2014年审定的抗病品种占比最大,其次为2019年,占当年登记品种的92.76%;而2008年与2003年审定的感病品种分别占当年品种的57.14%和50.00%。2000-2024年抗病品种占比呈上升趋势,但年际间波动较大;除2005年和2016年审定品种中无高抗病品种外,其余年份高抗品种数量占比保持稳定增长。

表8   2000-2024年全国皮大麦审定(登记)品种抗病性分析

Table 8  Disease resistance analysis of approved (registered) barley varieties in China from 2000 to 2024

病害
Disease
总计
Total
品种数Number of varieties品种占比Proportion of varieties (%)
高抗
Highly
resistance
中抗
Moderately
resistance

Resistance

Susceptible
高感
Highly
susceptible
高抗
Highly
resistance
中抗
Moderately
resistance

Resistance

Susceptible
高感
Highly
susceptible
条纹病Streak disease245656568371026.5326.5327.7615.104.08
条锈病Stripe rust76403301252.633.9539.471.322.63
白粉病Powdery mildew21847625645816.9728.5725.8120.743.69
黄矮病Yellow dwarf15547542524530.3234.8416.1315.483.23
赤霉病Scab19127893140414.1446.6016.2320.942.09
根腐病Root rot7215152513420.8320.8334.7218.065.56

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图9

图9   2000-2024年全国皮大麦审定(登记)品种对病害的抗性水平分析

Fig.9   Analysis of resistance levels of approved (registered) barley varieties to different diseases in China from 2000 to 2024


3 讨论

宋俏姮等[13]对四川省鲜食玉米品种的选育单位分析发现,由科研院所选育品种占总审定数量的47.4%,说明科研院所在四川省鲜食玉米的育种研究中占主导地位,这与本研究中全国皮大麦品种选育特征较为相似。线性拟合结果显示,各类科研机构(单位)是审定(登记)品种的主导力量,联合育种呈现波动式上升,说明该方式可以充分拓宽合作渠道,共享先进的育种技术和资源,是未来育种的发展趋势。自2008年起,科研机构育成品种数量出现小高峰,并呈现上升趋势,分析其原因可能与国家大麦青稞产业体系的建立等因素有关。共享先进的育种手段是有效突破作物种质资源局限性的重要方式[14]。2000-2024年全国审定(登记)的皮大麦普遍采用常规育种方法选育,由于单位条件、人员等诸多因素不能开展其他辅助育种手段[15]。而联合育种的优势表现在科研机构负责基因挖掘的深度突破,种子企业主导品种测试的优化和加工企业制定品质标准,通过专业化分工,可以有效解决研发与市场脱轨的痛点。因此,应在常规育种的基础上,开展联合育种攻关行动,激发各主体创新活力,加强现代分子育种技术在大麦育种上的应用。

据本试验统计,在347个品种中有324种亲本配制组合,发现5个高使用频率直接亲本主要集中在江苏、云南及甘肃,表明这3个地区审定(登记)品种遗传背景较为狭窄,具有极高的遗传相似性。多数地区依赖少数骨干亲本和过多利用已审定品种作为亲本,遗传基础狭窄导致遗传脆弱[16]。Koebner等[17]对来自英国的134个主要大麦品种的表型特征用分子标记(SSR和AFLP)手段进行了研究,结果表明品种间遗传差异较大,说明采用该方法可以避免亲本遗传背景狭窄的情况。

全国皮大麦品种审定(登记)呈现明显的生态区差异化特征。据统计,春大麦区审定(登记)品种均为春性类型,在东北平原春大麦区和西北春大麦区分布较广。冬大麦区同样以春性大麦为主,主要集中在长江中下游冬大麦区和西南高原冬大麦区。从品种用途分布来看,春大麦区以啤酒大麦为主,冬大麦区则呈现啤酒大麦和饲用大麦并重的格局,主要分布于长江中下游冬大麦区和西南高原冬大麦区2个生态区,值得注意的是,特色功能品种在冬大麦区广泛分布。基于生态区品种审定(登记)特征,本研究提出差异化育种策略:对于春大麦区,应重点巩固啤酒大麦优势,在保持原有优质麦芽品质的基础上,提升α-氨基氮含量、浸出率等关键指标[18];对于冬大麦区,则建议构建“啤饲兼用”体系,同时加强特色功能品种的选育工作。这种定向育种策略有助于优化全国皮大麦品种结构,提升产业竞争力。

数据分析表明,春大麦区的新疆干旱荒漠春大麦区表现出较高的区域平均产量,而冬大麦区的黄淮冬大麦区平均产量表现最为突出。线性拟合结果显示,冬大麦区的品种产量逐年上升,春大麦区的千粒重呈上升趋势,穗粒数基本保持不变,与之相反,冬大麦区的千粒重基本保持不变,而穗粒数呈大幅度上升趋势。赵加涛等[19]对保大麦25号的产量构成要素分析发现,对大麦产量直接影响程度最高的2个性状为穗实粒数和千粒重,本研究结果与其相似。针对新疆干旱荒漠春大麦区,应保持该生态区的高产优势,并重点挖掘抗旱基因资源(如HvMYB2[20])以提高大麦耐旱性;针对黄淮冬大麦区应继续延续增产趋势,通过分子手段,如克隆分蘖调控相关基因BTRL[21],来突破穗粒数遗传瓶颈,实现产量潜力的持续提升。

大麦品种的麦芽质量决定啤酒的酿造品质[22]。本研究通过对不同生态区及年份间啤酒大麦品质性状的系统分析发现,春大麦区品种在α-氨基氮含量上符合标准的比例高于冬大麦区品种,尤其在符合行业标准优级的品种占比上表现更为明显。两产区间库尔巴哈值表现差异较大,春大麦区品种表现同样较好,整体达标率相对较高。根据轻工业行业标准QB/T 1686-2008,冬大麦区育成品种符合行业标准次级,即α-氨基氮含量达行业标准一级、库尔巴哈值达行业标准二级的数量较多。说明这些处于行业标准次级的皮大麦品种品质仍具有较大的提升空间。在后续育种过程中,应将提升啤酒大麦的α-氨基氮含量和控制库尔巴哈值稳定作为育种方向,以行业标准为基准,着重针对次级标准品种的优化升级,有助于提升全国大麦产业的整体品质水平,加快大麦在酒酿行业新发展。

选育和推广优质高效的抗病作物品种是防控病害最有效环保的方法之一[23]。统计发现,自2008年后,抗病品种比例保持较高水平,基本维持在70%以上,尤其是条纹病抗性最为突出,但年际间波动较大。抗性稳定性、高抗品种的持续选育及多抗品种的开发仍是未来育种的重点方向。Hordeum spontaneum是栽培大麦的祖先,其抗性位点具有丰富的遗传杂合特性,可能可以被用作优质亲本培育抗多种病害的大麦新品种[24]。然而,当前主要农作物的抗病育种大多都用少数专化型小种作为亲本,抗病单一化的特点增大了品种抗病性变异的不稳定性[9]。为解决这一问题,可以系统开展不同遗传背景的种质资源抗性鉴定,挖掘并利用基因资源[25],改善大麦抗病单一化的现状,提升品种抗性的持久性。

4 结论

2000-2024年全国审定(登记)大麦品种以当地农科院以及高校等科研院所为育种主干力量,与企业的联合育种为育种资源整合的发展趋势。普遍采用引种、杂交、选择育种等常规育种方法育种,育种方法较为传统,加之品种的遗传背景较为狭窄,在一定程度上制约了突破性新品种的选育效率。不同生态区的品种育种目标存在一定的差异,春大麦区以啤酒大麦为主要选育方向,年均千粒重逐渐上升;冬大麦区则呈现啤酒大麦和饲料大麦并重的格局,年均产量与穗粒数同步增长。春大麦区育成啤酒大麦的品质性状达标率表现突出,展现出较强的发展潜力。育成的品种大部分都具有复合抗性,且育种策略具有显著的地域针对性。今后应加大育种资源交换,加强现代生物技术及分子设计育种方法的应用,以高产、优质、高效和安全为主要育种目标,通过提高千粒重和增加穗粒数实现增产,强化专用品质性状的精准改良,提高复合抗病能力,促进全国大麦产业高质量发展。

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以近年育成的11个大麦新品种为材料,在浙江省海宁、秀洲、嘉善、平湖、慈溪和温州等地开展品种比较试验。结果表明,新品种浙皮25号、19-39和秀20-11在温州试点的生育期短于130 d,适合麦-稻-稻三熟制种植。新品种浙皮23号、浙皮28号和浙皮37号的平均产量超过5 500 kg·hm<sup>-2</sup>,株高较矮且生育期较短,在浙北地区有较为良好的推广种植前景。

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【目的】分析来自世界各地的栽培番茄和野生种质资源表型遗传多样性,并进行聚类分析和口感表现综合评价,筛选特异、优质的番茄资源,为番茄优异基因挖掘及番茄育种提供种质和理论支撑。【方法】以国内外收集的169份番茄资源为研究对象,测定全生育期38个表型性状,通过遗传多样性指数、主成分分析、权重、系统聚类、隶属函数等多元统计分析方法,对番茄种质表型进行遗传多样性分析、聚类分析及口感综合评价。【结果】169份番茄表型性状变异系数在18%—368%、遗传多样性指数在0.036—2.302,遗传多样性指数>1的性状有26个,其中成熟果色的遗传多样性指数最高(2.302),说明本研究中的169份番茄类型多样、遗传多样性丰富。相关性分析表明株高较高、单花序花数多、果实小的番茄糖酸比更高。主成分分析表明16个表型性状(单果重、心室数、果肩形状、果肩棱沟、商品果纵横径、糖酸比、可溶性固形物、木栓化大小、生长习性、株高、第二花序节位、花序类型、成熟果色、花序花数、株型)对资源变异的贡献率比较大,可作为聚类分析的主要指标;聚类分析结果表明:169 份番茄资源在欧氏距离5.0处划分为10大类群,第Ⅰ、Ⅱ类群为奇斯曼尼番茄,第Ⅲ、Ⅹ类群为不同果实大小的直立番茄,第Ⅳ、Ⅴ类群为无限生长的普通大果型番茄,第Ⅵ类群是直立型的大果番茄,第Ⅶ、Ⅷ类群多为樱桃番茄、少部分醋栗番茄,第Ⅸ类群为有限生长型的大果番茄。利用隶属函数法和权重对番茄果实口感风味进行综合评价,根据综合评价D值排名筛选了10份风味甜酸、口感好的醋栗番茄、樱桃番茄,5份口感甜、肉质沙软的大果番茄资源。【结论】研究结果明确了169份番茄种质资源表型特异性和丰富的遗传多样性,聚类分析筛选出各类群特异的番茄资源,利用果实口感相关指标筛选了表现较好的樱桃番茄和普通大果番茄资源,可为优异番茄资源的遗传改良提供参考,并为新品种选育提供物质基础。

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Genetic-diversity assessments, using both phenotypic and molecular-marker data, were made on a collection of 134 barley varieties (both winter and spring types), chosen on the basis of their representation on the NIAB "Recommended List" over the period 1925-1995. Genotypic (AFLP and SSR) and phenotypic (UPOV characters) data were analysed to determine short- and long-term temporal trends in diversity over the period. A consistent pattern emerged demonstrating that only a minor proportion of the overall variance appears to be the result of any temporal drift, although there were strong indications of qualitative shifts in diversity, probably related to the changing relative acreage of winter and spring barleys over the study period. Our overall conclusions are that systematic plant breeding does not inevitably lead to a reduction in the genetic diversity of agricultural crops, and that diverse breeding programmes and the variety delivery systems in place in the UK have generally been successful in maintaining sufficient genetic diversity to allow the steady rise in genetic potential that has been a feature of 20th century crop breeding. The concentration of breeding effort into a smaller number of independent programmes is likely to be prejudicial to the maintenance of the genetic diversity of a crop.

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Hordeum spontaneum, the progenitor of cultivated barley, is known to be a rich source of disease resistance genes. The objective of this study was to assess the diversity of H. spontaneum accessions from Israel and Jordan for their reaction to six fungal pathogens of importance to cultivated barley in the United States and Canada. Overall, a high level of macro-scale (across collection sites) and micro-scale (within a collection site) diversity for disease reaction was found in the 116 accessions of H. spontaneum evaluated at the seedling stage. Additionally, genetic heterozygosity for resistance loci was common in H. spontaneum. The frequency of resistance in accessions from Jordan and Israel was high for Septoria speckled leaf blotch (77 and 98%, respectively), leaf rust (70 and 90%), net blotch (72 and 68%), and powdery mildew (58 and 70%); intermediate for spot blotch (53 and 46%); and low for stem rust (2 and 26%). The level of disease resistance in H. spontaneum was not strongly correlated with any of the weather variables (temperature, precipitation, and humidity) monitored near the collection sites. However, in general, resistance was more often found in germ plasm from mesic (e.g., Mediterranean coast) than in xeric (e.g., Negev Desert) areas. Two H. spontaneum accessions (Shechem 12-32 and Damon 11-11) were resistant to all six pathogens and may be useful parents in programs breeding barley for multiple disease resistance. The high level of diversity and heterozygosity for disease reaction found in this study indicates that H. spontaneum is an extraordinarily rich and largely untapped source of unique disease resistance alleles for cultivated barley improvement.

王帅, 张如养, 王荣焕, .

玉米南方锈病抗病育种研究进展

中国农业科学, 2024, 57(14):2732-2743.

DOI:10.3864/j.issn.0578-1752.2024.14.003      [本文引用: 1]

玉米是全世界也是我国种植范围最广、用途最多、总产量最高的作物,玉米生产对保障我国粮食安全具有重要意义。玉米南方锈病是由多堆柄锈菌(Puccinia polysora Underw.)引起的一种气传性真菌病害,主要发生在热带、亚热带玉米种植区。近年来,由于气候变化,该病害开始向高纬度地区蔓延,已逐渐成为我国黄淮海夏玉米区的主要病害,直接导致玉米籽粒品质变差、产量降低,对玉米生产造成严重威胁。目前,我国玉米生产上推广种植的玉米品种大多不抗玉米南方锈病,一旦南方锈病发生和流行,将会导致在短时间内大面积蔓延,而常规化学防治难以控制。因此,挖掘和利用玉米种质资源中的南方锈病抗性基因,进一步选育抗病品种是应对南方锈病为害最经济有效的技术途径。玉米资源中高抗南方锈病的种质较为匮乏,主要来自热带、亚热带,可直接利用的温带种质极少。与国外玉米种质相比,我国玉米种质中的高抗材料较少,主要来自农家种或含有热带血缘的P群材料,遗传基础狭窄。玉米南方锈病抗性基因的鉴定与克隆,对开展分子标记辅助育种、加快育种进程及抗病新品种选育具有重要促进作用,目前,已有多个南方锈病抗性基因被鉴定和克隆,为分子标记辅助选择育种奠定了基础。多年来,我国育种家利用有限的抗性种质资源,选育了多个抗南方锈病的优良玉米自交系,并成功育成抗病杂交种。近期,南方锈病病原菌基因组方面的研究揭示我国多堆柄锈菌群体已分化出高毒谱系,从而逃逸抗病基因的识别。因此,挖掘和利用抗性种质中蕴涵的丰富基因资源仍需进一步加强。本文概述了南方锈病的生物学特性及危害,系统梳理了南方锈病抗性种质资源鉴定、抗性基因定位与克隆,以及抗性品种选育的研究进展,并展望了玉米南方锈病未来研究方向,以期为玉米南方锈病防治和抗病品种选育提供参考。

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