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English科研进展
亮文解读 | 十三代小麦复合杂交种群对病害和气候变化的响应
Crop Diversity and Sustainable Agriculture
· 第四篇 ·
英文题目：Response of Wheat Composite Cross Populations to Disease and Climate Variation over 13 Generation
中文题目：十三代小麦复合杂交种群对病害和气候变化的响应
期刊名称：Frontiers of Agricultural Science and Engineering(FASE)
发表年份：2021年
第一作者：Weedon Odette Denise，Finckh Maria Renate
通讯作者：Weedon, OD；
: odetteweedon@uni-kassel.de
作者单位：University of Kassel
Cite this article
Odette Denise WEEDON, Maria Renate FINCKH. RESPONSE OF WHEAT COMPOSITE CROSS POPULATIONS TO DISEASE AND CLIMATE VARIATION OVER 13 GENERATIONS. Front. Agr. Sci. Eng., 2021, 8(3): 400‒415 https://doi.org/10.15302/J-FASE-2021394
Highlights
1. 混播体系（CCPs）的农艺性状可与现代品种相媲美。
2. 群体的表现取决于亲本品种的选择（基因）。
3. 特定环境胁迫下CCPs有农艺优势。
4. 混作对于胁迫环境的适应能力更强。
研究背景
多样性种植的优势来自于不确定环境下物种间的“互补、协同、补偿、兼容性”。复合杂交种群（CCPs）将会对未来的多样化农业和粮食体系以及饮食方面做出重大贡献。复合杂交种群是指不同亲本的品种混作为原始亲本，一代代回交，自交重组，杂交过程中产生的群体。它们可以保证获得有生产性力的复合杂交群体。相比于单一种植品种具有较高的遗传多样性，因此在经历自然选择时，可能提供适应环境的基因资源。CCPs可以用来培育适合当地多样化遗传的作物从而对农业系统的多样性以及基因库的持续发展和保持做贡献。同样，他们还能应对气候变化改变病原体群落。
本文研究了John Innes Centre (Norwich, UK) 与Elm Farm Research Centre (Newbury, UK)在2001年合作研发的三个小麦CCP ：第一个群体（Y-CCP，Y代表产量）由9个高产亲本品种的半双列杂交组成；第二个群体（Q-CCP，Q代表品质）由12个已知具有高烘焙品质的亲本品种的半双列杂交组成。第三个群体（YQ-CCP，YQ代表产量和质量）是由11个Q亲本杂交8个Y亲本，再加上这19个亲本与Bezostaya杂交的产物。自2005/2006（F5）以来，将三个种群分开，并在有机（O）和常规（C）管理下生长（总共六个种群）。在下一代（F6）中，为每个种群（即i和II）创建了两个亚种群，此后分别种植，总共形成12个种群（6个有机种群和6个常规种群）。
两个对照品种Achat和Capo自2007/2008年起与有机管理的CCP一起种植，自2008/2009年起在常规管理下与Capo一起种植。
1.气候数据及传染病年份
2010/2011年，2013/2014年，2016/2017年及2017/2018年的冬季春季气温高于正常水平，2017/2018是有记录以来第二热的年份同时也是最干旱的年份，季节性降水量只有471mm。2011/2012年冬季/早春出现了极端气候事件，二月初发生为期两周的黑色霜冻期导致50cm深的冻土加上二三月天气炎热干燥导致该地区严重霜冻（表2）。除天气变化外，2009年和2018年爆发褐锈病，2014年以来条锈病流行。
表2 每个种植季的月和总体平均降水以及气温信息，和长期观测的气温与降水平均值
2. CCPs及参考品种的农艺表现
2.1 病害
2.2 产量及千粒重
在有机管理下OQ组平均产量最低（4.8t/ha），OYQ和OY的产量更高（都5.1t/ha）（表4和表6）。在2012的极端冬季，相较于其他季节，OY组产量最低（3.7t/ha），OYQ与OQ组产量都是4.1 t/ha，Achat和Capo在当年的产量最高。在2018年的极端干旱季节，OY组产量显著高于两个参考品种及OQ和OYQ组。
在常规管理下CQ组产量4.6t/ha最低，其次是CY组4.8 t/ha，CYQ组5t/ha最高。此外在常规管理下，CCPs与Capo差异不显著（表3）。在2018年的极端干旱年份，CY组及CYQ组显著超过了参考品种Capo。
综合年份和管理方式，YQ-CCPs获得了最高的产量，Q-CCPs的产量最低，证实了亲本遗传随着时间的推移产生了一致的影响。OY_CCP在2011/2012年异常低的产量是由于其遗传背景受极端黑霜的影响。在2011/2012年，OYQ群体的产量与OQ群体相似，表明了在极端霜冻条件下，YQ_CCP种群中的Q基因缓冲了Y基因较差的抗寒性。在2014/2015年和2017/2018年这两个特别干旱的季节，特别是在有机管理下，这两个系统的产量明显降低。就病害而言，尽管CCP的遗传背景相当“古老”，但其表现通常与现代品种相似。在2017/2018年，是实验季节中最干燥的季节，OY种群的产量明显高于OYQ和OQ种群，在常规管理下的CY和CYQ群体产生类似的结果。随着时间的推移，对YQ群体的初步分子分析表明，这一气候事件没有改变群体的总体遗传组成。
直到2012/2013年，Saurasen上的常规产田均产为4.1t/ha，远低于自2013/2014年以来在Teilanger上的常规产田的产量（5.2t/ha）（表4）。在2006-2009年，Saurasen上种植常规产田而Teilanger上进行有机管理时，CCP组的产量在两个地方遵循相同规律（图2(a)）。Q_CCP的产量（4.3t/ha）显著低于Y_CCP（4.6t/ha）和YQ_CCP（4.9t/ha）组的产量。在2013-2017年当所有有机和常规管理的CCP都种植在Teilanger上时，CCP类型间的差异不再存在（图2(b)）。然而，一旦在同一地点种植，常规种植的CCP组产量显著高于有机种植的。2006-2012，当在Saurasen及Teilanger两地分别种植CCPs种群时，YQ_CCP和Q_CCP的平均千粒重显著高于Y_CCP。在2013-2017当所有种群都在Teilanger生长时，千粒重无差异。有机管理下的千粒重产量始终显著高于传统管理下的产量，与场地无关。
图2 在两种管理下CCP(t.ha-1)的平均产量及TGW(g)
由于未来的种植制度需要在进一步减少外部投入的同时维持或提高当生产力，在气候变化的大背景下，增加种内和种间多样性，能代替部分外部投入，为提高作物产量作出贡献。尽管对异质作物种群育种的研究比较少，但据报告，它们在大麦、小麦和玉米等各种作物上的表现出很大潜力，特别是在低投入系统中，有必要加强对各种农业系统的遗传育种研究。
文章链接
原文链接：https://doi.org/10.15302/J-FASE-2021394
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