伊利诺伊大学21年冬小麦育种遗传增益研究：产量与品质协同提升的育种策略解析

本研究通过控制群体法评估了伊利诺伊大学小麦育种项目21年（2001-2021年）的遗传进展，发现冬小麦(Triticum aestivum L.)在谷物产量(33 kg ha?1 year)、容重(0.91 g L?1 year?1)和抽穗期(?0.07 day year?1)均呈现显著遗传增益，同时揭示了非遗传因素对表型趋势的抵消作用，为小麦-大豆(Glycine max L.)双作系统提供了重要育种参考。

　　

遗传增益研究的背景与意义

在伊利诺伊州，冬小麦作为第三大种植作物，其与大豆形成的双作系统对农业生产至关重要。伊利诺伊大学小麦育种项目持续75年，旨在培育高产、早熟且品质优良的小麦品种。通过分析21年育种数据（1690个基因型，67,362次观测），研究揭示了关键农艺性状的遗传进展。

材料与方法创新

研究采用控制群体法（control population method），利用长期对照品种Kaskaskia分离遗传与非遗传趋势。通过混合模型（mixed models）分析六地点的表型数据，包括：

• 单试验分析：采用随机完全区组设计（randomized complete block design）获取最佳线性无偏估计量（BLUE）和预测值（BLUP）

• 趋势分析：建立包含群体、地点、年份互作的复合模型

• 遗传相关：通过多变量随机混合模型评估性状间关系

主要研究发现

遗传趋势方面：

• 谷物产量呈现显著正向趋势（33±5.4 kg ha^?1 year^?1）

• 抽穗时间每年减少0.07±0.02天

• 容重每年提高0.91±0.24 g L^?1

• 株高无显著变化

非遗传趋势显示：

• 抽穗时间呈现不利增加（0.19±0.02 day year^?1）

• 容重显著下降（-3.28±0.84 g L^?1 year^?1）

遗传相关性演变

对比2001-2005与2017-2021年数据发现：

• 产量与抽穗期相关性从0.47降至0.21

• 产量与株高相关性从0.40降至0.16

• 抽穗期与株高相关性从0.72降至0.27

  表明不利遗传关联随育种进程减弱

讨论与展望

研究发现：

1. 育种成功克服了产量与早熟性的负相关

2. 环境变化可能抵消遗传增益（如容重下降）

3. 镰刀菌赤霉病(FHB)抗性改良可能贡献了容重提升

4. 基因组选择(GS)和高通量表型(HTP)等新技术有望加速未来遗传增益

研究创新性地证实了传统育种方法在多重性状改良中的有效性，同时警示气候变化对作物生产的潜在威胁。这些发现为优化育种策略提供了重要依据，特别是针对小麦-大豆双作系统的特殊需求。