冀雜谷5號的選育及配套輕簡化栽培技術(shù)研究

李素英，劉 丹，李 強，陳 超，劉正理

（1. 唐山師范學(xué)院 生命科學(xué)系，河北 唐山 063000；2. 天津市農(nóng)業(yè)科學(xué)院 農(nóng)作物研究所，天津 300384）

我國谷子主產(chǎn)區(qū)之一的河北、河南、山東均為夏谷類型區(qū)，雖然有部分雜交種在生產(chǎn)上應(yīng)用，但由于存在“庫、源”不協(xié)調(diào)、結(jié)實性差、早衰嚴(yán)重，不抗倒伏，和谷瘟病重等諸多問題，使谷子雜交種的增產(chǎn)潛力得不到發(fā)揮，雜種優(yōu)勢不強，不能滿足上述類型區(qū)的需要[1-11]。研究發(fā)現(xiàn)，谷子雜交種早衰、不抗倒伏和谷瘟病較重主要是由于母本—不育系諸多缺點造成的[12-15]。廣泛應(yīng)用的不育系仍然為黃苗不育系 1066A及其簡單派生系，普遍表現(xiàn)根系平展、下扎深度不夠、機械組織不發(fā)達(dá)、秸稈軟、且谷瘟病較重[16]。在夏谷區(qū)和東北春谷區(qū)谷子生育期間，田間小氣候比較復(fù)雜，這些缺點充分暴露，內(nèi)因、外因共同作用，導(dǎo)致目前生產(chǎn)上缺乏適宜上述類型區(qū)應(yīng)用的雜交種。為解決這一問題，我們從改造不育系入手，依據(jù)項目組建立的雜種優(yōu)勢群劃分理論，以1066A為基礎(chǔ)，育成了根系比較發(fā)達(dá)、抗谷瘟病、不早衰的不育系“56A”、抗拿捕凈的恢復(fù)系“HK229”，組配成雜交種 56229（56A×HK229），定名“冀雜谷5號”。

1 材料與方法

1.1 高度雄性核不育系“56A”的選育

以1066A等不育系為不育源，依據(jù)雜種優(yōu)勢群初步分群結(jié)果[17,18]，與谷豐1號、谷豐2號、冀谷26、冀谷22、太選8號、濟谷12、冀谷12、鄭抗 2號、日朝谷、鐵 8240、朝 438、安 2367等主體親本，分別配制雜交組合，然后進行連續(xù)定向選擇，注重選擇能夠克服母本缺點、偏向父本、自交結(jié)實10%-15%不育單株，穩(wěn)定后成為不育系。

1.2 抗拿捕凈恢復(fù)系HK229的選育

以山西谷子所等單位引進的“JK6-9、JK4-227”等15份常規(guī)材料為基礎(chǔ)，通過輻射改造它們存在的缺點，然后，依據(jù)育種目標(biāo)，進行連續(xù)多代的定向選擇，選育符合目標(biāo)要求的穩(wěn)定的后代，穩(wěn)定后成為恢復(fù)系。

1.3 強優(yōu)勢雜交種“冀雜谷5號”的選育

依據(jù)雜種優(yōu)勢群理論，配制大量雜交組合，逐步參加間比試驗，表現(xiàn)突出的，制種參加所內(nèi)產(chǎn)量比較試驗，在所內(nèi)產(chǎn)量比較試驗表現(xiàn)突出的，繼續(xù)制種，參加多點產(chǎn)量比較試驗，在產(chǎn)量比較試驗中表現(xiàn)突出的，加大制種，參加國家谷子新品種區(qū)域試驗，表現(xiàn)突出的，成為符合育種目標(biāo)要求的高產(chǎn)、多抗強優(yōu)勢雜交種。

1.4 輕簡化栽培技術(shù)研究

利用該雜交種抗拿捕凈除草劑的特性，通過測定其純度、發(fā)芽率、出苗率和千粒重，依據(jù)適宜的田間留苗密度，確定適宜的田間播種量，通過除草劑浸種、拌種殺除假雜種，實現(xiàn)苗期輕簡化管理。

1.4.1 適宜拌種濃度及悶種時間研究

試驗拌種藥劑為冀雜谷5號抗的特定除草劑拿捕凈。拿捕凈由中農(nóng)住商（天津）農(nóng)用化學(xué)品有限公司生產(chǎn)，推薦使用濃度為 0.035%（一瓶100 mL，有效成分含量為12.5%，每瓶兌35 kg水）。拌種處理冀雜谷 5號的除草劑初篩濃度分別為產(chǎn)品推薦濃度（0.035%）、產(chǎn)品推薦濃度的0.5倍（0.0175%）、2倍（0.07%）、3倍（0.105%）、四倍（0.14%）5個水平，悶種時間統(tǒng)一為12 h，播種于長0.5 m、寬0.3 m的種子盒中，二次重復(fù)；出苗后于4葉期，先統(tǒng)計成活谷苗數(shù)量；然后，按照拿捕凈生產(chǎn)商的推薦劑量，噴施拿捕凈，噴藥1周后統(tǒng)計成活的谷苗數(shù)。

再從上述初篩結(jié)果中選取殺除假雜種效果較好的處理濃度和悶種時間進一步試驗，最終獲得最佳的拌種濃度和悶種時間。

1.4.2 適宜輕簡化栽培的精準(zhǔn)播種量的確定

首先根據(jù)適宜的留苗密度、千粒重計算出需要的有效播種量；然后，通過測定雜交種的純度、發(fā)芽率、田間出苗率，確定適宜的總播種量。計算谷子雜交種適宜播種量的經(jīng)驗公式為：

播種量=(所需留苗密度×千粒重)/(雜交種的純度×發(fā)芽率×出苗率）

2 結(jié)果

2.1 冀雜谷5號及其雙親的選育

選育過程如圖1所示。以1066A為母本，依據(jù)雜種優(yōu)勢群初步分群結(jié)果，分別從各類群材料中，選擇能克服其缺點的常規(guī) 12份材料與其雜交，配制雜交組合。選擇各種性狀偏向于父本，根系較發(fā)達(dá)、抗倒、對谷瘟病等病害的抗性較強、不早衰、自交結(jié)實率在 10-15%之間的單株，收獲、脫粒，供來年繼續(xù)選擇。經(jīng)歷4輪定向選擇，對其中表現(xiàn)穩(wěn)定的單株混合收獲，進行配合力測定，得到 20100056A，后定名為“56A”，該不育系來源于“1066A×濟谷12”。

田間調(diào)查結(jié)果表明，“56A”株型緊湊、根系比較發(fā)達(dá)、抗谷瘟病、不早衰、自交結(jié)實率15%左右，既可提高不育系繁種產(chǎn)量，又可提高雜交種制種產(chǎn)量。

以山西農(nóng)科院谷子所引進的抗拿捕凈恢復(fù)系“JK4-227”為基礎(chǔ)材料，通過輻射，改造其株高偏高、抗倒性差的缺點，然后，經(jīng)過連續(xù)多年的定向選擇、選育、測定配合力，取各符合要求的單株單獨收獲的同時，混合收獲整齊一致、符合目標(biāo)要求的穗行，成為穩(wěn)定的恢復(fù)系。其中201200229穗行表現(xiàn)整齊一致、且符合目標(biāo)要求，定名為HK229，成為穩(wěn)定的恢復(fù)系。

通過共配制雜交組合、參加華北夏谷區(qū)雜交種組國家谷子新品種區(qū)域試驗，進一步鑒定其豐產(chǎn)性、適應(yīng)性和抗逆性，結(jié)果表明：“56229”豐產(chǎn)性比較突出、且抗倒、抗病、不早衰，并最終定名為“冀雜谷5號”。

圖1 冀雜谷5號選育程序圖

2.2 冀雜谷5號的特征特性

表1 冀雜谷5號各級試驗產(chǎn)量結(jié)果

表1給出了冀雜谷5號各級試驗產(chǎn)量結(jié)果。該品種 2015-2016年區(qū)域試驗的平均單產(chǎn)為 5 846.25 kg·hm-2，較對照張雜谷8號增產(chǎn)13.30%，居2015- 2016年參試品種第1位。2015年區(qū)域試驗平均單產(chǎn)為5 550.0 kg·hm-2，較對照張雜谷8號增產(chǎn) 1.79%，居 2015年參試品種第 6位；2016年區(qū)域試驗平均單產(chǎn)6 139.95 kg，較對照張雜谷8號增產(chǎn)26.25%，居2016年參試品種第1位，9個試點全部較對照張雜谷8號增產(chǎn)，增產(chǎn)幅度分別為 10.55%-78.4%，變異系數(shù)28.90%。兩年22點次區(qū)域試驗中，15點次較對照張雜谷8號增產(chǎn)、增產(chǎn)幅度為0.78%-78.4%，增產(chǎn)點率為68.2%。

2016年灤南、遷西、青縣3點試驗結(jié)果表明：冀雜谷5號谷草產(chǎn)量達(dá)7 443.0 kg·hm-2，較對照冀谷31增產(chǎn)24.1%。

2016年9月21日專家組對灤南縣胡各莊鎮(zhèn)東莊店村種植的0.135 hm2（2.02畝）56229（冀雜谷5號）進行實打測產(chǎn)，結(jié)果表明：0.135 hm256229示范田在留苗密度68.4萬株·hm-2，脫粒后實收谷子1 703.12 kg，測定水分含量21.5%，按含水量13%折算，實際生產(chǎn)谷子1 536.72 kg，折合單產(chǎn)11 411.25 kg·hm-2，創(chuàng)造了我國谷子實打高產(chǎn)新紀(jì)錄。

經(jīng)國家谷子新品種區(qū)域試驗自然鑒定：冀雜谷5號對谷瘟病、紋枯病抗性為1級，抗旱性、耐勞性1級，抗倒伏，抗銹性2級，白發(fā)病、紅葉病、線蟲病發(fā)病率以及蛀莖率分別為0.17%、0.43%、0.08%、0.02%，對逆境條件抗性較強。

表2 冀雜谷5號與張雜谷8號葉片功能對照表

表2是冀雜谷5號與張雜谷8號葉片功能對照表。由表中可見，冀雜谷5號成熟時青枝綠葉，葉片功能期長，不早衰，較對照“張雜谷8號”功能期延長14 d，能制造更多的營養(yǎng)物質(zhì)，后期灌漿充足，單穗重18.09 g，穗粒重15.34 g；千粒重2.92 g；出谷率84.81%，出米率78.73%，利于奪得高產(chǎn)。

冀雜谷5號小米粒大、整齊，色鮮黃，食味、商品品質(zhì)兼優(yōu)，綜合評定達(dá)一級優(yōu)質(zhì)米標(biāo)準(zhǔn)。

冀雜谷5號幼苗淺紫色，生育期89 d，株高127.9 cm；在畝留苗 3-3.5萬的情況下，成穗率102.57%；紡錘型穗，穗子偏松；穗長26.77 cm，穗粗2.74 cm，單穗重18.09 g，穗粒重15.34 g；千粒重2.92 g；出谷率84.81%，出米率78.73%；黃谷黃米，綜合性狀優(yōu)良。

冀雜谷5號抗拿捕凈除草劑，其母本不抗除草劑，可通過用適當(dāng)濃度的拿捕凈悶種或苗期噴施拿捕凈，殺除雜交種中包含的假雜種-不育系，而且，可殺除大部分雜草，省工、省時，進而實現(xiàn)簡化栽培。

2.3 冀雜谷5號配套輕簡化栽培技術(shù)

表 3、4給出了處理方式對殺除谷子雜交種中假雜種效果的影響。

拌種悶種試驗的初步檢測結(jié)果表明（見表3），用拿捕凈生產(chǎn)商推薦劑量的 2倍、3倍、4倍效果較好，但是，用產(chǎn)品推薦劑量4倍拌種后悶種12 h處理后，4葉期再噴施拿捕凈后，部分谷苗邊緣干枯，出現(xiàn)藥害。

表3 不同處理拿捕凈拌種、悶種殺除谷子雜交種中假雜種效果比較（I）

按照相同的方法，對其中殺除假雜種效果較好的3個再次進行試驗，篩選最佳的拿捕凈處理種子方式，結(jié)果見表4。

表4 不同處理拿捕凈拌種、悶種殺除谷子雜交種中假雜種效果比較（II）

由表4可見，用產(chǎn)品推薦劑量3倍拌種后悶種12 h，殺除假雜種的效果最好，兩次重復(fù)，4葉期噴施拿捕凈前和噴藥后谷苗數(shù)基本相同；用產(chǎn)品推薦劑量4倍拌種后悶種12 h，殺除假雜種的效果也很好，兩次重復(fù)，4葉期噴施拿捕凈前和噴藥后谷苗數(shù)相同，但是，噴藥前谷苗數(shù)明顯少于其它2個處理，且噴藥后出現(xiàn)藥害；用產(chǎn)品推薦劑量2倍拌種后悶種12 h，仍有部分假雜種未被殺除，殺除假雜種效果不理想。

綜上，產(chǎn)品推薦劑量3倍拌種后悶種12 h，殺除假雜種的效果最理想，這樣試驗了通過種子處理即可實現(xiàn)殺除假雜種的目的，保證幼苗均為真實雜交種的谷苗，為開展分子生物學(xué)研究等試驗和雜交種推廣提供了重要支撐。

按照試驗方案確定播種量的影響因素和計算方法，在測定發(fā)芽率的基礎(chǔ)上，首先數(shù)取300粒飽滿的種子，播種后統(tǒng)計出苗數(shù)，測定田間出苗率，然后于4葉期噴施拿捕凈，一周后，根據(jù)成活苗數(shù)統(tǒng)計雜交種的純度，上述過程均為2次重復(fù)。結(jié)果表明：56229純度39.4%，發(fā)芽率、出苗率分別為83.2%、56.9%，千粒重3.12 g，一般留苗密度45萬-52.5萬株·hm-2，根據(jù)經(jīng)驗公式：

播種量=(所需留苗密度×千粒重)/(雜交種的純度×發(fā)芽率×出苗率)，

計算56229適宜播種量為0.57 kg·畝-1。

2016年6月6日，按照上述確定播種量和種子處理方式對56229種子進行處理、并播種，結(jié)果，不用人工間苗，0.5 m谷苗數(shù)為9棵，折合公頃苗數(shù)45萬，正好達(dá)到45萬-52.5萬株·hm-2的田間留苗密度，實現(xiàn)了化控間苗，從而實現(xiàn)了苗期輕簡化管理。

圖2 冀雜谷5號輕簡化管理技術(shù)效果

3 討論

3.1 冀雜谷5號及其雙親育成的意義

冀雜谷5號突出豐產(chǎn)性能和抗谷瘟病、抗倒伏、青枝綠葉成熟不早衰等特點解決了我國夏谷雜交種優(yōu)勢不強和制約夏谷雜交種增產(chǎn)潛力發(fā)揮的谷瘟病重、倒伏、早衰三大難題。通過創(chuàng)制新型不育系來解決雜交種的系列缺點，并取得成功，為谷子乃至作物雜交種的選育提供了一條先進、可行的思路，但是，關(guān)于冀雜谷5號高產(chǎn)的生理機制仍需進一步研究，以期為進一步選育高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、多抗的強優(yōu)勢雜交種提供更有力的技術(shù)支撐。

3.2 雜種優(yōu)勢群在強優(yōu)勢谷子雜交種選育中的應(yīng)用效果

雜種優(yōu)勢群劃分在玉米、水稻等作物上已有報道[19-21]，且對玉米、水稻雜交種的選育起到了較大的指導(dǎo)作用。項目組綜合運用分子聚類、數(shù)理聚類和系譜聚類，于 2013年完成了谷子雜種優(yōu)勢群的構(gòu)建及雜優(yōu)利用模式創(chuàng)新工作，并通過了河北省科技廳組織的專家鑒定。54A和HK229是項目組依據(jù)完成的谷子雜種優(yōu)勢群劃分結(jié)果，按照群內(nèi)雜交創(chuàng)制新型不育系的思路創(chuàng)制的新型不育系和恢復(fù)系，而冀雜谷5號是依據(jù)項目組建立的雜優(yōu)利用模式，按照優(yōu)勢類群間配制雜交組合、選育雜交種的思路育成的強優(yōu)勢谷子雜交種。項目組依據(jù)谷子雜種優(yōu)勢群劃分結(jié)果和雜優(yōu)利用模式還育成了冀雜谷1號、冀雜谷2號、冀雜谷3號、冀雜谷4號，在國家區(qū)試中均表現(xiàn)比較突出，且冀雜谷1號、冀雜谷2號、冀雜谷3號已通過國家審（鑒）定，說明雜種優(yōu)勢群的劃分及雜優(yōu)利用模式創(chuàng)新結(jié)果是可靠的。

3.3 谷子雜交種苗期輕簡化栽培技術(shù)對雜交谷子推廣及谷子產(chǎn)業(yè)發(fā)展的促進作用

項目組建立的谷子雜交種苗期輕簡化栽培技術(shù)，集精準(zhǔn)播種和殺除假雜種于種子一身，解決了苗期需要人工間苗、費工費時的難題，且可降低苗期除草用工，實現(xiàn)了谷子苗期管理的輕簡化，既可推動谷子雜交種大面積推廣，促進谷子的產(chǎn)業(yè)化、集約化發(fā)展，也能為雜交種的分子生物學(xué)等基礎(chǔ)研究提供真雜交苗，保證實驗結(jié)果的真實可靠。

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