本發明涉及農業科學技術領域，尤其是指一種通過優選適宜濃度的don毒素處理雜交種植株小花從而特異性篩選高抗赤霉病的小麥育種家系、大大提高了赤霉病抗性鑒定的工作效率和準確度的赤霉病抗性小麥育種新方法。
背景技術：
小麥赤霉病（fusariumheadblight，fhb）又稱紅頭瘴、爛麥頭、麥穗枯、紅麥頭、小麥鐮刀菌穗枯病，是由鐮刀菌引起的一種世界性病害，是對小麥生產威脅最大的真菌病害之一。小麥赤霉病主要發生于東亞和南美具有溫暖潮濕氣候的地區，但最近十年來，由于全球氣候變暖和耕作制度的改變使北美和歐洲也頻繁發生。我國小麥赤霉病主要集中于我國長江中、下游地區和華南冬麥區及東北春麥區。近年來在黃河流域及其附近區域也時有發生，逐漸向北擴展蔓延。我國有三分之二的省份發生赤霉病，嚴重流行時，受害面積超過700萬公頃，占全國小麥總面積的1/4。在北美也造成麥類產業超過20億美元的損失，赤霉病在世界范圍內對禾谷類作物都造成了嚴重的損失。
赤霉病在小麥的各生育時期都可能發生，苗期形成苗枯，引起苗腐，苗腐的植株根鞘和芽鞘呈黃褐色水浸狀腐爛；成株期形成莖基腐爛和穗枯，引起莖基腐和穗腐。莖基腐主要發生在莖的基部，使其變褐腐爛，嚴重時整株枯死。在我國以穗腐危害最重，主要發生在小麥生育后期，若該時期多雨，溫度適宜，即可引起赤霉病的發生。引起小麥赤霉病的主要病原菌主要有禾谷鐮孢、黃色鐮孢、燕麥鐮孢、梨孢鐮孢和雪腐鐮孢5種。其中，最重要的是禾谷鐮孢和黃色鐮孢。在我國，禾谷鐮孢占小麥赤霉病病原菌的94.5%。小麥赤霉病是一種典型的氣候型病害，多發生在穗期多雨、氣候潮濕的地區，具有周期性流行的特點。在大流行年份病穗率50%～100%，可減產10%～40%；中流行年份病穗率30%～50%，可減產5%～15%。
赤霉病不僅可致使小麥生產的大量減產、品質破壞，而且其感病好粒中的真菌毒素還會對人畜安全造成危害，尤其是單端孢霉烯族毒素家族中的脫氧雪腐鐮刀菌烯醇（don）被人食入后，可使中毒者發化嘔吐、眩暈等癥狀，另外，don化學性質極其穩定，可耐高壓及高溫，又易溶于水和一些有機溶劑，因而在自然界廣泛地存在，對日常生活中的糧食污染率非常高。世界范圍內don的污染都普遍存在，在各國都有不同程度的don污染，因而赤霉病的發生已經嚴重威脅著世界糧食安全生產。
解決赤霉病問題需要從以下三個方面綜合治理：種植抗病品種、化學藥劑防治和栽培措施。通過耕作制度和栽培方式的改變，在一定程度上可以減輕赤霉病的發生及危害程度，但難以從根本上消除病害的蔓延和危害，而且隨著農業機械化程度的不斷提升，利用改變耕作制度和栽培方式降低赤霉病危害的空間也越來越小。利用科學預報，并在恰當時段內采用化學藥劑防治的手段，對防控小麥赤霉病的發生和危害具有一定的效果，然而化學藥劑防治不僅會增加農業生產成本，降低小麥生產效益，還不可避免地會造成農業環境污染，此外，藥劑防治的效果還取決于小麥品種，對赤霉病高感的品種，化學防治并不能有效控制小麥赤霉病的發生和危害。因此，對小麥品種進行赤霉病抗性改良是減輕小麥赤霉病危害最經濟環保的有效途徑。
抗病育種是控制赤霉病最經濟有效的措施。目前，我國栽培品種中尚未發現免疫品種，但各地已培育出許多農藝性狀良好的耐病品種。如蘇麥3號、望水白、湘麥1號、鄂恩1號、萬年2號、揚麥4號等，可因地制宜選用。培育和種植赤霉病抗病品種是控制小麥赤霉病危害最為經濟環保的有效途徑。然而目前小麥赤霉病抗性改良進程較慢，難以滿足生產上對抗性品種的要求。雜交育種是育種的最基本方式，也是使用最廣、育成品種最多的方式，通過抗病基因的重組和累加，可以育出赤霉病抗性超親的品種。小麥赤霉病的抗性鑒定是抗病雜交育種的基礎工作之一，直接影響抗病親本、抗性子代篩選的準確性。小麥對赤霉病抗性是多基因控制的數量性狀，其表現易受環境條件的影響，故抗病鑒定的難度較大，這也是目前小麥赤霉病抗性改良進程緩慢的主要原因。
目前常用的小麥赤霉病抗性鑒定方法有兩大類：自然發病鑒定和人工接種鑒定。自然發病鑒定要有適宜的氣候條件：小麥生育期雨水多，濕度大，溫度高，日照少，赤霉病菌源豐富。自然發病鑒定的代表性鑒定區域有福建南平市農科所，江蘇蘇州市農科所等，其它非常年發病區，氣候條件不滿足，鑒定結果不可靠。田間自然鑒定受環境的影響很大，特別是對某些生育期遲、抽穗開花晚的品種，往往因錯過發病期而影響鑒定結果。在自然條件下鑒定，常因缺乏病害流行的必要條件而得不到預期的結果，因此需要采用人工接種誘發病害進行鑒定，并以相應的記載標準客觀地反映抗性程度。田間單花接種及麥穗離體室內接種不能滿足世代大群體的需要。通用的土表接菌或花期噴菌法，沿用常規的病穗率和病情指數為記載標準，但由于病情指數是一個波動性指標，受環境影響大，對大量選種材料進行鑒定顯得復雜。田間接種時，外界條件及生育期難控制離體條件下可控制外部條件，但品種本身的生理變化可能不同，從而影響鑒定結果。目前，除用孢子懸浮液單小花接種鑒定的方法鑒定抗擴展比較令人信服外，其它類型和鑒定方法尚需研究。因此，無論是自然發病鑒定和人工接種鑒定，鑒定手段復雜，鑒定結果不準確，均需要多年多點鑒定，鑒定周期長，成本較高。
技術實現要素：
本發明的目的是針對目前小麥赤霉病抗病鑒定的鑒定結果不準確、鑒定周期長、鑒定成本高而導致的赤霉病抗性小麥育種進程緩慢的缺陷，提供了一種通過優選適宜濃度的don毒素處理雜交種植株小花從而特異性篩選高抗赤霉病的小麥育種家系、大大提高了赤霉病抗性鑒定的工作效率和準確度的赤霉病抗性小麥育種新方法。
本發明的目的是通過以下技術方案解決的：
一種赤霉病抗性小麥育種新方法，其特征在于：該育種新方法的步驟如下：
（1）選取待改良小麥品種/系和小麥赤霉病抗源，雜交獲得f1：選擇農藝性狀優良、赤霉病抗性待改良的小麥品種/系作為雜交母本，選擇高抗赤霉病的小麥赤霉病抗源作為雜交父本，大田種植父母本，抽穗后雜交獲得f1；
（2）采用梯度濃度的don毒素處理父母本抽穗期植株小花，確定赤霉病抗性篩選壓：采用梯度濃度的小麥赤霉病純毒素脫氧雪腐鐮刀菌烯醇（don）分別處理父本和母本抽穗期植株的小花，處理完成后將植株回栽到大田，待小麥籽粒灌漿結束后統計結實率，由于父本的赤霉病抗性要遠遠高于母本，因此父本自交受精卵對don毒素的耐性要高于母本自交受精卵，選擇母本小麥籽粒結實率為0且30%＜父本小麥籽粒結實率＜60%的濃度的don毒素作為赤霉病抗性篩選壓；
（3）f1雜交種與母本回交獲得bcf1：將上步收獲的f1雜交種和母本大田種植，抽穗后回交獲得bcf1雜交種；
（4）采用赤霉病抗性篩選壓處理bcf1植株小花，獲得bcf2：將bcf1雜交種正季大田種植，采用赤霉病抗性篩選壓處理抽穗期bcf1雜交種小麥植株小花，處理完成后將植株回栽到大田，結實后收種，獲得bcf2；
（5）再次采用赤霉病抗性篩選壓處理bcf2植株小花，獲得bcf3：次年正季種植bcf2，農藝性狀篩選淘汰部分bcf2（如株高不適、分蘗力差、抽穗期過遲），再次采用赤霉病抗性篩選壓處理抽穗期bcf2小麥植株小花，結實后收種，獲得bcf3；
（6）bcf3農藝性狀篩選，高世代自交篩選獲得改良的赤霉病抗性小麥新品系：bcf3大田種植，農藝性狀篩選優良的單株，單株自交加代，高世代自交篩選，以待改良小麥品種/系親本為對照，篩選獲得農藝性狀良好且赤霉病抗性得到改良的赤霉病抗性小麥新品系。
所述步驟（1）中的農藝性狀優良、赤霉病抗性待改良的小麥品種/系是指產量高、米質優良、抗倒伏、赤霉病抗性有待改良的小麥品種/系；小麥赤霉病抗源是指多年多點赤霉病抗性鑒定試驗中，感病指數不高于抗病對照蘇麥3號感病指數的小麥品種/系。
所述步驟（2）中的采用梯度濃度的don毒素處理父母本抽穗期植株小花從而確定赤霉病抗性篩選壓時，若梯度濃度范圍設置過大，未篩選到母本小麥籽粒結實率為0且30%＜父本小麥籽粒結實率＜60%的濃度的don毒素，僅能確定赤霉病抗性篩選壓所處的濃度區間，此時，將此步驟延遲到次年，次年繼續大田種植父母本，父母本植株抽穗后，將此don毒素濃度區間劃分成更精細的梯度濃度，分別處理父本和母本抽穗期植株的小花，處理完成后將植株回栽到大田，待小麥籽粒灌漿結束后統計結實率，便可以選擇到母本小麥籽粒結實率為0且30%＜父本小麥籽粒結實率＜60%的濃度的don毒素，確定為赤霉病抗性篩選壓。
所述的don毒素和赤霉病抗性篩選壓處理抽穗期小麥植株小花的具體操作流程為：前天下午挖取小麥抽穗期植株，于當天晚上剪掉已經開花的小花，第二天下午開花后再剪掉未開花的幼嫩的小花，只留取當天開花的小穗用于don毒素浸泡處理，浸泡處理時間為挖取植株的第二天晚上18點到第三天早上8點，浸泡結束后將麥穗用流水沖洗10min。
所述的don毒素為購自sigma公司的小麥赤霉病純毒素脫氧雪腐鐮刀菌烯醇單成分標準溶液。
所述的感病指數的獲取方法為：小麥赤霉病抗性鑒定試驗中，根據病穗上發病小穗數占全部小穗數的比例，將病情嚴重度分為5個級別：
0：感病小穗無或極少，不擴展到穗軸；
1：病部占全穗1/4以下；
2：病部占全穗1/4～1/2；
3：病部占全穗1/2～3/4；
4：病部占全穗3/4以上或全穗枯死；
感病指數=各級病穗數（0～4）×相應級別的總和/（調查穗數×4）。
本發明相比現有技術有如下優點：
本發明的赤霉病抗性小麥育種新方法與常規育種方法相比，成功挖掘到don毒素對小麥籽粒發育的超敏時期-受精卵第一次分裂期，進而發現小麥家系的植株赤霉病抗性與小麥家系受精卵第一次分裂期don毒素耐性之間具有良好的相關性。本發明進一步通過優選適宜濃度的don毒素處理抽穗期的雜交種植株小花的受精卵第一次分裂期，從而特異性篩選到高抗赤霉病的小麥育種家系，從源頭上大大減少了篩選工作量，從而大大提高了赤霉病抗性鑒定的工作效率和準確度，具有較大的育種應用價值。
附圖說明
附圖1為本發明的赤霉病抗性小麥育種新方法的技術路線圖。
具體實施方式
下面結合附圖1與實施例對本發明作進一步的說明。
如圖1的技術路線圖所示：一種赤霉病抗性小麥育種新方法，其特征在于：該育種新方法的步驟如下：
（1）選取待改良小麥品種/系和小麥赤霉病抗源，雜交獲得f1：
選擇農藝性狀優良、赤霉病抗性待改良的小麥品種/系，具體指產量高、米質優良、抗倒伏、赤霉病抗性有待改良的小麥品種/系，作為雜交母本；多年多點赤霉病抗性鑒定試驗中，根據病穗上發病小穗數占全部小穗數的比例，將病情嚴重度分為5個級別：
0：感病小穗無或極少，不擴展到穗軸；
1：病部占全穗1/4以下；
2：病部占全穗1/4～1/2；
3：病部占全穗1/2～3/4；
4：病部占全穗3/4以上或全穗枯死；
進而計算感病指數=各級病穗數（0～4）×相應級別的總和/（調查穗數×4）；
感病指數不高于抗病對照蘇麥3號感病指數的小麥品種/系歸類為高抗赤霉病的小麥赤霉病抗源，選擇此類小麥赤霉病抗源作為雜交父本；大田種植父母本，抽穗后雜交獲得f1；
（2）采用梯度濃度的don毒素處理父母本抽穗期植株小花，確定赤霉病抗性篩選壓：
采用梯度濃度的小麥赤霉病純毒素脫氧雪腐鐮刀菌烯醇（don毒素，購自sigma公司的小麥赤霉病純毒素脫氧雪腐鐮刀菌烯醇單成分標準溶液）分別處理父本和母本抽穗期植株的小花，具體操作流程為：前天下午挖取小麥抽穗期植株，于當天晚上剪掉已經開花的小花，第二天下午開花后再剪掉未開花的幼嫩的小花，只留取當天開花的小穗用于don毒素浸泡處理，浸泡處理時間為挖取植株的第二天晚上18點到第三天早上8點，浸泡結束后將麥穗用流水沖洗10min；
處理完成后將植株回栽到大田，待小麥籽粒灌漿結束后統計結實率，由于父本的赤霉病抗性要遠遠高于母本，因此父本自交受精卵對don毒素的耐性要高于母本自交受精卵，選擇母本小麥籽粒結實率為0且30%＜父本小麥籽粒結實率＜60%的濃度的don毒素作為赤霉病抗性篩選壓；
進行此步驟時，當季若梯度濃度范圍設置過大，未篩選到母本小麥籽粒結實率為0且30%＜父本小麥籽粒結實率＜60%的濃度的don毒素，僅能確定赤霉病抗性篩選壓所處的濃度區間，此時，將此步驟延遲到次年，次年繼續大田種植父母本，父母本植株抽穗后，將此don毒素濃度區間劃分成更精細的梯度濃度，分別處理父本和母本抽穗期植株的小花，處理完成后將植株回栽到大田，待小麥籽粒灌漿結束后統計結實率，便可以選擇到母本小麥籽粒結實率為0且30%＜父本小麥籽粒結實率＜60%的濃度的don毒素，確定為赤霉病抗性篩選壓；
（3）f1雜交種與母本回交獲得bcf1：
將上步收獲的f1雜交種和母本大田種植，抽穗后回交獲得bcf1雜交種；
（4）采用赤霉病抗性篩選壓處理bcf1植株小花，獲得bcf2：
將bcf1雜交種正季大田種植，采用赤霉病抗性篩選壓處理抽穗期bcf1雜交種小麥植株小花，處理完成后將植株回栽到大田，結實后收種，獲得bcf2；
（5）再次采用赤霉病抗性篩選壓處理bcf2植株小花，獲得bcf3：
次年正季種植bcf2，農藝性狀篩選淘汰部分bcf2（如株高不適、分蘗力差、抽穗期過遲），再次采用赤霉病抗性篩選壓處理抽穗期bcf2小麥植株小花，結實后收種，獲得bcf3；
（6）bcf3農藝性狀篩選，高世代自交篩選獲得改良的赤霉病抗性小麥新品系：
bcf3大田種植，農藝性狀篩選優良的單株，單株自交加代，高世代自交篩選，以待改良小麥品種/系親本為對照，篩選獲得農藝性狀良好且赤霉病抗性得到改良的赤霉病抗性小麥新品系。
實施例1
2007年，分別采用煙農19號（大田表現抗赤霉病）、連麥5號（大田表現感赤霉病）進行don毒素處理小麥不同花藥發育時期的試驗，設置了梯度濃度don毒素分別處理5個小麥不同花藥發育時期進行試驗，分別為未受精花粉期、受精卵第一次分裂期、受精后5天籽粒胚發育期、受精后15天籽粒“多半仁”期、受精后25天籽粒灌漿期。由于不同時期對don毒素的敏感度不同，因此煙農19號、連麥5號小麥不同花藥發育時期試驗均設置了系列梯度濃度don毒素進行試驗。
don毒素處理未受精花粉具體操作流程為：下午挖取小麥抽穗期植株，當天剪掉已經開花的小花用于don毒素浸泡處理，設置梯度濃度的don毒素進行花藥浸泡處理，浸泡處理時間為晚上18點到第2天早上8點，浸泡結束后將麥穗用流水沖洗10min；
don毒素處理受精卵第一次分裂期花藥的具體操作流程為：前天下午挖取小麥抽穗期植株，于當天晚上剪掉已經開花的小花，第二天下午開花后再剪掉未開花的幼嫩的小花，只留取當天開花的小穗用于don毒素浸泡處理，浸泡處理時間為挖取植株的第2天晚上18點到第3天早上8點，浸泡結束后將麥穗用流水沖洗10min；
don毒素處理受精后5天籽粒胚發育期花藥的具體操作流程為：前天下午挖取小麥抽穗期植株，于當天晚上剪掉已經開花的小花，第2天下午開花后再剪掉未開花的幼嫩的小花，回栽到大田，第6天挖取回來進行don毒素浸泡處理，浸泡處理時間為晚上18點到第2天早上8點，浸泡結束后將麥穗用流水沖洗10min；
don毒素處理受精后15天籽粒“多半仁”期花藥的具體操作流程為：前天下午挖取小麥抽穗期植株，于當天晚上剪掉已經開花的小花，第2天下午開花后再剪掉未開花的幼嫩的小花，回栽到大田，第16天挖取回來進行don毒素浸泡處理，浸泡處理時間為晚上18點到第2天早上8點，浸泡結束后將麥穗用流水沖洗10min；
don毒素處理受精后25天籽粒灌漿期花藥的具體操作流程為：前天下午挖取小麥抽穗期植株，于當天晚上剪掉已經開花的小花，第2天下午開花后再剪掉未開花的幼嫩的小花，回栽到大田，第26天挖取回來進行don毒素浸泡處理，浸泡處理時間為晚上18點到第2天早上8點，浸泡結束后將麥穗用流水沖洗10min。
小麥結實后統計梯度濃度don毒素處理的5個小麥不同花藥發育時期試驗的煙農19號、連麥5號小麥結實率，統計結果如下表：
由上表1中don毒素處理抗病代表品種煙農19號和感病代表品種連麥5號未受精花粉后統計所處理小麥的結實率可以發現，抗病小麥和感病小麥對don毒素的敏感度出現明顯的差異，但是浸泡的處理方式會嚴重降低小麥的結實率，煙農19號和連麥5號的平均結實率由92.3%降低為64.4%，因此未受精花粉時期不宜采用don毒素處理。
由表2到表5的對比可以發現，受精卵第一次分裂期、受精后5天籽粒胚發育期、受精后15天籽粒“多半仁”期和受精后25天籽粒灌漿期小麥籽粒結實率對don毒素浸泡處理的敏感度迅速降低，而且抗、感性品種don毒素處理后相同水平的結實率表現所對應的don毒素濃度差逐漸縮小，這反映出選擇受精卵第一次分裂期小麥花藥采用don毒素處理既能最大程度的節約don毒素，又是區分植株對赤霉病抗感性的最佳時期。
實施例2
2009年到2015年，采用本發明的技術路線，優選了蘇麥3號作為雜交父本，成功改良了育種主干親本w0533的赤霉病抗性，成功培育出4個赤霉病抗性小麥新品系。
（1）分別篩選w0533和蘇麥3號作為雜交母本和父本：
w0533是本單位多年沿用的小麥育種主干親本，具有產量高、米質優良、抗倒伏等多種優點，成株從下往上呈典型的“v”字形，穗幅寬而稍松散，實際的穗幅要明顯的大于播幅；麥腳處呈收緊狀，空間呈典型的倒“v”字形，植株基部表現出了很好的通透性，但是w0533對赤霉病抗性較差，多年赤霉病重災區抗性鑒定顯示，w0533病穗率35%～65%，一般減產8%～20%。蘇麥3號系江蘇省太湖地區農科所于1962年以豐產性好的阿夫為母本、較耐赤霉病的中國臺灣小麥品種為父本進行雜交經多年選育而成。蘇麥3號高抗赤霉病，國內外鑒定一致表現高抗，是公認的赤霉病優秀抗源，蘇麥3號在重病區和一般肥力水平條件下有一定的利用價值，但是由于植株偏高，耐肥抗倒性差，產量潛力受到限制，以致未能進一步擴大種植。2009年正季大田種植w0533和蘇麥3號作為雜交母本和父本，抽穗后雜交配組獲得f1。
（2）赤霉病抗性篩選壓的確定：
2009年，同期進行don毒素處理父母本抽穗期植株小花的試驗，由于前期采用其它品種進行過don毒素處理父母本抽穗期植株小花的試驗，試驗中不同品種抽穗期植株小花對don毒素的半致死區間在1.5g/l～25g/l，因此，采用2、4、6、8、10、12、14、16、18、20、22、24、26、28、30g/l的梯度濃度的don毒素處理w0533和蘇麥3號的抽穗期植株小花，處理完成后將植株回栽到大田，待小麥籽粒灌漿結束后統計結實率，結果如下表6：
根據父本和母本的籽粒結實率表現，優選20g/l的don毒素作為雜交種赤霉病抗性篩選壓。
（3）采用赤霉病抗性篩選壓處理bcf1植株小花，獲得bcf2；次年再次采用赤霉病抗性篩選壓處理bcf2植株小花，獲得bcf3：
2010年正季w0533和蘇麥3號的f1雜交種與母本w0533回交獲得bcf1，2011年正季將bcf1雜交種正季大田種植，采用20g/l的don毒素處理抽穗期bcf1雜交種小麥植株小花，處理完成后將植株回栽到大田，結實后收種，獲得bcf2家系102份；2012年正季種植bcf2，農藝性狀篩選淘汰38份株高不適、分蘗力差、抽穗期過遲的bcf2，再次采用20g/l的don毒素處理抽穗期bcf2小麥植株小花，結實后收種，獲得64份bcf3。
（4）bcf3農藝性狀篩選，高世代自交篩選獲得改良的赤霉病抗性小麥新品系：
2013年正季bcf3大田種植，農藝性狀篩選優良的單株，2014年、2015年所收獲單株自交加代，高世代自交篩選，2015年家系性狀穩定，以親本w0533為對照，農藝性狀鑒定獲得4份農藝性狀良好且赤霉病抗性得到改良的赤霉病抗性小麥新品系，分別命名為w1581、w1582、w1583、w1584，進入小麥品種預試試驗。
本發明的赤霉病抗性小麥育種新方法與常規育種方法相比，成功挖掘到don毒素對小麥籽粒發育的超敏時期-受精卵第一次分裂期，進而發現小麥家系的植株赤霉病抗性與小麥家系受精卵第一次分裂期don毒素耐性之間具有良好的正相關性。本發明進一步通過優選適宜濃度的don毒素處理抽穗期的雜交種植株小花的受精卵第一次分裂期，從而特異性篩選到高抗赤霉病的小麥育種家系，從源頭上大大減少了篩選工作量，從而大大提高了赤霉病抗性鑒定的工作效率和準確度，具有較大的育種應用價值。
以上實施例僅為說明本發明的技術思想，不能以此限定本發明的保護范圍，凡是按照本發明提出的技術思想，在技術方案基礎上所做的任何改動，均落入本發明保護范圍之內；本發明未涉及的技術均可通過現有技術加以實現。