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一、燕麦、荞麦育种

(一)燕麦育种

燕麦是禾本科燕麦属一年生草本植物,根据籽实是否带壳,可分为皮燕麦、对燕麦两大类,中国多数种植的是裸燕麦,世界上其他国家则以种植皮燕麦为主。因其喜冷凉,属低温类作物,所以多种植在北纬35°~50°的欧亚大陆及北美洲的高纬度、高海拔、高寒地区,南纬30°以南的澳洲也有种植。在世界八大粮食作物中,燕麦总产量居第5位,已成为人们生活水平明显提高后不可或缺的营养保健粮食,全世界有42个国家种植,年种植面积约为1283万公顷。在中国主要分布在华北和西北地区,尤其是内蒙古阴山南北地区、河北阴山和燕山地区、山西太行山和吕梁山区,其中华北是中国最大食用燕麦集中产区,种植面积约占全国的80%,产量占全国的70%以上,燕麦是产区主要的传统粮食作物和饲料、饲草作物。

1.中国燕麦育种阶段。

(1)农家固有品种收集利用阶段。20世纪50年代初,山西、内蒙古、河北、甘肃等省区的燕麦育种工作者在没有任何现成可利用资源和资料的基础上,开展了燕麦育种工作,他们首先对农家固有品种进行收集整理,通过筛选和鉴定,从中选出了产量突出、品质好的农家品种在主产区进行推广,代表品种有五寨三分三、李家场等。

(2)国外燕麦资源引进应用阶段。20世纪60年代初从苏联、加拿大、欧美等国家引进了大批燕麦品种资源。经过全国性区域适应性试验和生产鉴定试验,选出了一批抗性强、单产高的品种,代表品种有坝选3号、永492等。

(3)燕麦品种间杂交选育阶段。在20世纪50年代末60年代初,中国燕麦育种者在直接利用引进国外燕麦的同时,还开展了对燕麦品种间杂交技术的研究,并取得成功,使中国燕麦育种水平有了很大程度的提高,在此期间育成的代表品种主要有冀张莜1号、晋燕3号等。

(4)皮燕麦、裸燕麦种间杂交育种阶段。裸燕麦在中国有3000多年的历史,长期生长在高寒、干旱、贫瘠的生态环境下,形成了燕麦品种资源类型少、不耐高水肥、产量稳但不高的特点。为了改变这种现状,20世纪70年代初,首先从国外引进了抗倒、耐肥、抗病、高产、类型丰富的皮燕麦,然后与中国原有种质资源进行种间杂交,通过该途径创新了大量的品质资源,最后与生态育种方法相结合,使中国燕麦品种首次实现了“大中小”生育期、“高中低”肥力不同品种的系列化配套,平均单产提高了30%左右。其期间育成的代表品种有燕科1号、内莜1号、晋燕5号等。

(5)花培单倍体品种选育阶段。随着皮燕麦、裸燕麦种间杂交育种技术的广泛应用,问题逐渐显露,其后代分化严重,难以稳定,个别组合高达10多代,仍有很多带皮籽粒,影响了燕麦的育种进程。为了克服这一难题,从20世纪80年代开始国内多数燕麦育种单位开展了燕麦花药单倍体育种技术的研究,但未能成功。国外则对普通燕麦的花药进行培养研究,获得了花粉愈伤组织,但只分化出一株单倍体植株。河北省张家口市农科院杨才研究员经过多年研究,并与中国科学院植物所等单位协作取得了燕麦单倍体育种的成功,育成了世界上首批利用花培单倍体育成的燕麦品种花早2号、花中21号、花晚6号。

(6)综合育种技术高速发展阶段。进入21世纪后,随着国家对农业科技扶持力度的加大、国家级课题的增多,先后出现了燕麦方面的国家支撑计划、“948”计划、行业科技专项、农业产业体系等项目,这些项目的实施,使全国燕麦育种队伍从十几人发展到现在的50多人,育种技术也有了新的飞跃,如四、六倍体种间杂交技术,显性核不育材料的研究与应用,DNA导入育种技术,分子育种技术,育成了大批不同用途新品种,如冀张燕系列、冀张莜系列、白燕系列、蒙燕系列、晋燕系列等20多个燕麦新品种。

2.燕麦育种目标。根据品质需求,燕麦育种主要分为三个方面:工业用途的燕麦选育(麸皮、β-葡聚糖和淀粉特性)、人群消费的燕麦全籽粒(膳食纤维、脂肪含量和组成)、动物饲料(纤维素、油脂含量和组成)。

中国燕麦新品种选育要多样化。在中国60多年的燕麦育种历程中,始终以抗旱高产为目标,以传统食用型为主线,以裸燕麦育种为重点,这一育种方案显然不适应目前多样化燕麦产业发展的需要,因此必须调整育种目标和方向,制定包括2个种、3个类型、3个熟期、3个生态型的多样化育种方案。2个种,即“大粒裸燕麦”和“普通栽培燕麦”;3个类型,即麦片加工专用型、传统食品加工专用型、饲草专用型品种;3个熟期,即早熟、中熟、晚熟;3个生态型,即抗旱耐瘠型、抗倒耐瘠丰产型、高产超高产型。

3. “十二五”期间中国燕麦育种成果。通过中国燕麦高效育种技术体系创建,育成了以下4种不同熟期、6种不同加工用途的10类燕麦新品种。

(1)双季极早熟品种。白燕8号、白燕9号、白燕10号、白燕15号通过吉林省农作物品种审定委员会认定。这4个品种具有光照不敏感基因,因而具有极早熟特性,生育期少于75天,可在有效积温高于3100℃或与吉林省西部气候相似的地区进行两季种植,收获两季籽实,使燕麦由原来的一年一熟变为一年双熟,大大提高土地、光、温资源利用率,增加单位面积生产率,可显著增加种植户收入,同时延长耕地的植被覆盖时间,有效降低土壤风蚀,具有显著的生态效益。

(2)避旱早熟品种。华北地区是全国燕麦主产区之一,也是京津风沙源头之一。为缓解京津地区的沙尘暴。近年来研究证实,燕麦田采取免秋耕晚播(比传统播期晚1~2个月)技术有很好的蓄沙固土和缓解沙尘暴的效果。而采用该项技术的关键是选育适宜晚播的早熟品种。如花早2号、冀张莜12号、冀张莜14号、坝莜6号、白燕5号、白燕6号、白燕12号、晋燕14号、晋燕16号,这9个品种的生育期在76~90天,是适宜华北地区采取燕麦免秋耕晚播栽培技术的优良品种。

(3)抗倒中熟品种。在一般平摊地和沟湾地,燕麦生产的主要问题是倒伏严重,应种植91~100天的抗倒伏中熟品种。花中21号、坝莜8号、晋燕13号、燕科1号、冀张莜11号、白燕13号、定莜6号这7个品种生育期为91~100天,植株高度90~110cm,抗倒性强,既适宜在一般平摊地和沟湾地种植,也可在水浇地与其他作物进行间作或套作种植。

(4)抗旱晚熟品种。燕麦产区80%以上种植在干旱瘠薄的坡梁地上,干旱是影响产量的主要问题,抗旱、晚熟品种在该产区占据主要地位。这类品种有坝莜3号、蒙燕2号、品燕2号、同燕1号、远杂1号、定莜9号,这6个品种生育期101天以上,产量高、籽粒性状好,而且植株高度高于110cm,产草量也多,具有粮草兼用的特点。

(5)大众化磨粉用加工品种。传统的、大众化的加工产品是燕麦粉,即莜面。燕麦粉也是燕麦加工的初级产品,作为传统食品、保健食品、功能性食品、休闲食品等的原料。这类品种有坝莜1号、花草2号、核育3号、定莜9号、燕科1号、燕科2号、晋燕8号、品燕2号等。

(6)高蛋白优质加工专用型品种。在育成新品种中,籽粒蛋白质含量在18%以上的品种有8个,分别是晋燕9号、晋燕12号、品燕1号、定莜5号、定莜8号、冀张燕1号、白燕1号、白燕3号。这些品种的蛋白质含量显著高于一般品种(15%左右),其中晋燕9号、定莜5号、定莜8号三个品种的蛋白质含量达到20%以上,可作为燕麦饮品加工专用品种。

(7)高β-葡聚糖加工专用品种。β-葡聚糖是燕麦的功能成分之一,对预防糖尿病、高血脂具有重要的作用,裸燕麦青莜2号、坝莜9号的β-葡聚糖为6.85%和6.12%;这两个品种β-葡聚糖明显高于其他品种(3%~4%),可作为β-葡聚糖饮品和化妆品加工专用品种。

(8)大粒型燕麦片加工专用品种。裸燕麦白燕2号、白燕4号、花晚6号、晋燕12号的千粒重达到27~30g,明显高于一般品种皮燕麦品种冀百燕3号、安珍的千粒重达到40.1g和42g,明显高于一般品种,这6个品种可作为大粒型燕麦片加工专用品种应用。

(9)燕麦米加工专用品种。燕麦米是近年来非常走俏的加工产品,该产品可与大米一起煮粥食用。坝莜1号、晋燕15号、晋燕17号、品燕3号、定莜4号、白燕11号这6个品种的籽粒大小适中,千粒重24~26g,是适宜加工燕麦米的优良品种。

(10)燕麦饲料、饲草专用品种。燕麦在中国青海、甘肃、内蒙古、新疆、西藏产区是重要的饲用作物。近年来,随着北方高寒山区产业结构的调整和“一退双还”政策的实施,畜牧业日渐成为该区农业和农村经济的重要支柱产业。目前,这些地区天然草原和人工草地处于缓慢恢复和逐步发展时期,还不能满足畜牧业和养殖业的需要。皮燕麦历来就是传统的饲草饲料作物,在整个北方地区均有大面积种植,对于缓解畜牧业发展和生态保护间矛盾具有重要作用。近年来随着中国奶业的迅速发展,作为优质的饲草,燕麦青干草供不应求。

上述4种不同熟期、6种不同加工用途的10类燕麦新品种的育成,为中国燕麦生产提供了全面的品种支撑,满足了中国燕麦生产对燕麦品种多元化和加工品种多样化需求,同时还促进了中国燕麦栽培技术的创新和推广,解决了产量低、品质差、效益低、加工原料缺等难题。通过品种与农艺的系统整合创新,突破了干旱、倒伏、盐碱和贫瘠土地对燕麦生产的制约,创建了抗旱晚熟稳产、抗倒中熟高产、早熟免秋耕晚播避旱抗风蚀、复种间作高效、有机优质栽培5大类全新栽培技术体系,满足了中国复杂种植生态环境对燕麦多样化栽培的技术需求,解决了燕麦种植低产低质低效的问题。

1998—2015年,中国燕麦研发团队先后选育出多种生态类型(抗旱晚熟、抗倒中熟、避旱早熟、两季极早熟),适于不同加工需要(燕麦米、燕麦片、燕麦饮品、燕麦粉等)的裸燕麦新品种48个,适于饲草生产的皮燕麦新品种12个。随着新品种、新技术的推广应用,使中国燕麦生产实现了两个翻一番:燕麦种植面积由33.3万公顷左右增加到70多万公顷;全国平均亩产从65kg增加到135kg。保障了中国燕麦原料供给、生态改善和农民增收,提升了国际市场竞争力,促进了中国燕麦产业的全面、健康发展。

4.国内外燕麦育种研究现状及趋势。国外燕麦育种主要集中在培育高产、高抗和高品质的燕麦新品种,利用分子标记辅助育种研究连锁标记和功能标记,尤其在品质育种以及抗旱、抗病虫等相关性状的研究方面。与燕麦籽粒的胚乳质地相关的二氢吲哚的生化和分子特征及其编码基因成为国外近期品质育种研究的热点。在专用燕麦新品种选育、栽培、加工、产业发展等方面统筹发展,在燕麦产品的安全性、商品性、健康性、大众性、实用性等方面稳步发展。越来越多国家的育种家把β-葡聚糖含量、蛋白质含量和产量三个指标连动起来作为燕麦品种选育的指标体系。澳大利亚育种家已经关注中国燕麦饲草的应用,并在育种上予以研究。

国内在燕麦种质资源的遗传多样性、突变体库的构建、遗传转化体系建立、抗性基因的标记与克隆等方面的研究有一定进展。目前国内外燕麦的分子遗传学研究主要集中在遗传多样性及抗性基因的分子标记等方面。

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