谷子品種晉谷54號(hào)的創(chuàng)制方法及節(jié)本高效寬窄行種植研究

(山西省農(nóng)科院經(jīng)濟(jì)作物研究所，山西 汾陽(yáng) 032200)

20世紀(jì)80年代中期，中國(guó)科學(xué)院等離子體物理所余增亮研究員等提出低能離子束遺傳改良思想，開(kāi)展了離子束在生物技術(shù)上的應(yīng)用[1]，迄今離子束誘變技術(shù)已發(fā)展成為定向遺傳育種的新技術(shù)、新方法[2]。離子束生物效應(yīng)具有損傷輕、突變譜寬、突變率高的特點(diǎn)，這是傳統(tǒng)化學(xué)和輻射誘變育種所不可比擬的[3]。低能離子是指能量在104～105eV之間的離子[4-5]，常用的有N+、Ar+、Zn2+、Fe+、C5+、C2+等，具有突變隨機(jī)性小、突變概率及靶向性大的優(yōu)點(diǎn)[6-7]。在植物方面，低能離子束注入技術(shù)率先應(yīng)用了農(nóng)作物的誘變育種，目前離子束誘變育種已成功應(yīng)用于番茄、水稻、鳳仙花等作物上，在育種方面的研究也越來(lái)越廣泛和成熟，然而低能離子束在谷子育種上的應(yīng)用鮮少。晉谷54號(hào)是由山西省農(nóng)科院經(jīng)濟(jì)作物研究所利用低能離子束選育的第一個(gè)優(yōu)質(zhì)富硒谷子新品種。該品種的選育滿足了當(dāng)前市場(chǎng)上人民生活對(duì)富硒特色產(chǎn)品的需求。本著節(jié)本和優(yōu)質(zhì)高效的原則，針對(duì)品種特點(diǎn)，試驗(yàn)研究提出適合晉谷54號(hào)的寬窄行種植方式，為該品種的推廣生產(chǎn)提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

育種材料選用優(yōu)質(zhì)谷品種晉谷21號(hào)和高產(chǎn)高抗谷子品種晉谷20號(hào)，寬窄行種植材料選用晉谷54號(hào)。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1優(yōu)質(zhì)富硒晉谷54號(hào)的創(chuàng)制

2003年以晉谷21號(hào)為母本，晉谷20號(hào)為父本作雜交組合，F(xiàn)0代種子在山西省農(nóng)科院旱農(nóng)中心進(jìn)行N+離子束處理，離子能量為2×104eV，劑量輻射面積為5×1015cm2，當(dāng)年冬季海南加代，選留具有父本顯性標(biāo)記性狀的紫葉鞘真雜種MF1代。2004—2005年山西農(nóng)科院經(jīng)濟(jì)作物研究所種植MF2～MF3代，MF3代選擇紫葉鞘整齊不分離株系。2006年底進(jìn)行品質(zhì)分析，測(cè)試結(jié)果表明，糊化溫度為5 ℃，硒含量44.75μg·kg，命名富硒香；經(jīng)品嘗，色、香、味俱全，基本達(dá)到選育目的。2008年參加全國(guó)第七屆優(yōu)質(zhì)米評(píng)選，獲得“一級(jí)優(yōu)質(zhì)米”獎(jiǎng)。2010—2011年參加山西省中晚熟區(qū)域試驗(yàn)，2012年3月經(jīng)山西省農(nóng)作物品種審定委員會(huì)認(rèn)定，命名為晉谷54號(hào)。

1.2.2晉谷54號(hào)的寬窄行種植研究

試驗(yàn)地點(diǎn)選擇在山西農(nóng)科院經(jīng)作所試驗(yàn)田，前茬大豆。試驗(yàn)方采用小區(qū)面積26.8 m2，隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，3次重復(fù)，行距配置分別為A(33 cm，33 cm)，B(23 cm，43 cm)，C(16 cm，50 cm)。采用劃行器確定距離，應(yīng)用穴播免間苗機(jī)精量播種，留苗2.2萬(wàn)株·(667 m2)-1，5～6葉期和拔節(jié)封壟前人工中耕寬行，其他田間管理方式同常規(guī)田間試驗(yàn)。試驗(yàn)調(diào)查了不同處理的株高、穗長(zhǎng)、穗質(zhì)量、產(chǎn)量，分析了不同處理對(duì)株高、穗長(zhǎng)、穗質(zhì)量及產(chǎn)量的影響。抽穗后去掉頂部3片功能葉，通過(guò)分析不同處理對(duì)頂3葉葉面積的影響及單穗重量的影響。

表2 不同處理單穗重、單穗粒重及小區(qū)產(chǎn)量比較

試驗(yàn)結(jié)果采用PASW statistics 18軟件和Excel軟件統(tǒng)計(jì)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 晉谷54號(hào)的選育性狀

2.1.1主要特征性狀表現(xiàn)為生育期125 d，根系健壯發(fā)達(dá)，田間生長(zhǎng)整齊一致，生長(zhǎng)勢(shì)強(qiáng)。幼苗葉色綠，葉鞘紫色。一般年份單桿不分蘗，特殊年份莖基部有2～3個(gè)分蘗，主莖高158～170 cm，莖稈節(jié)數(shù)16節(jié)，葉色綠色，短剛毛，穗長(zhǎng)23～25 cm，穗棍棒形，穗碼松緊適中，主穗重28～32 g，穗粒重22～25 g，千粒重3.1 kg，出谷率77%，谷色白，米色黃，出米率72%，粳性?？购导澳婉け⌒詮?qiáng)，輕感紅葉病。該品種與母本晉谷21號(hào)的主要區(qū)別在于生育期較晉谷21號(hào)延長(zhǎng)5～10 d，適合無(wú)霜期較長(zhǎng)地區(qū)種植，可發(fā)揮晚熟品種的產(chǎn)量及品質(zhì)優(yōu)勢(shì)，幼苗具顯性遺傳紫葉鞘，可作為優(yōu)質(zhì)父本，易于F1代真雜種鑒定。

2.1.22010—2011年參加山西省中晚熟區(qū)域試驗(yàn)，2年13點(diǎn)次100%增產(chǎn)，平均產(chǎn)量3 823.5 kg·hm-2，比對(duì)照長(zhǎng)農(nóng)35號(hào)平均增產(chǎn)8.3%。其中，2010年7個(gè)參試點(diǎn)均表現(xiàn)增產(chǎn)，平均產(chǎn)量3 769.5 kg·hm-2，比當(dāng)?shù)貙?duì)照晉谷34號(hào)增產(chǎn)7.1%，2011年6個(gè)參試點(diǎn)均表現(xiàn)增產(chǎn)，平均產(chǎn)量3 877.5 kg·hm-2，比統(tǒng)一對(duì)照長(zhǎng)農(nóng)35增產(chǎn)9.4%。

2.1.3小米品質(zhì)經(jīng)農(nóng)業(yè)部谷物品質(zhì)檢驗(yàn)測(cè)試中心分析，蛋白質(zhì)含量11.23%、脂肪4.28%、直鏈淀粉13.98%、鈣161 mg·kg-1、鐵36.88 mg·kg-1、鋅30.29 mg·kg-1、硒44.78μg·kg-1、Vb10.51 mg·(100 g)-1、膠稠度125 mm、糊化溫度5 ℃；遠(yuǎn)高于晉谷21號(hào)(2.1 ℃)。RUV檢測(cè)結(jié)果表明，晉谷54號(hào)冷糊變稠值為800，而晉谷21號(hào)為1 800，結(jié)合米飯品嘗表明，冷糊變稠值越低糊化溫度越高，則黏糊性越強(qiáng)，煮粥快熟節(jié)能,因此較晉谷21號(hào)煮粥更為黏糊。

2.2 寬窄行種植效果分析

2.2.1不同處理對(duì)株高穗長(zhǎng)的影響

方差分析結(jié)果(表1)表明，處理A、B、C之間在株高、穗長(zhǎng)上無(wú)顯著性差異，不同的寬窄行種植和等行距種植對(duì)株高、穗長(zhǎng)的影響差異不明顯。

表1 不同處理株高、穗長(zhǎng)比較

2.2.2不同處理對(duì)穗質(zhì)量及產(chǎn)量的影響

由表2可知，A、B、C 3個(gè)處理水平對(duì)谷子單穗重的影響差異不顯著，處理A和處理B之間，處理B和處理C之間在穗粒重和小區(qū)產(chǎn)量上差異不顯著，處理A和處理C在穗粒重和小區(qū)產(chǎn)量上存在顯著差異，處理C單穗粒重平均28.7 g，顯著高于處理A的單穗粒重25.8 g。處理C小區(qū)產(chǎn)量9.50 kg，顯著高于處理A的產(chǎn)量8.41 kg。寬窄行C單穗粒重和小區(qū)產(chǎn)量顯著高于等行距A，由此分析認(rèn)為，寬窄行種植提高了單穗粒重/單穗重的比例，即凈谷率高，減少了秕谷，從而提高了產(chǎn)量，穗粒重是增產(chǎn)的原因之一。姚永平等研究表明，寬窄行方式比等行方式更能提高結(jié)實(shí)穎花數(shù)、結(jié)實(shí)率，協(xié)調(diào)穗粒質(zhì)量可促使產(chǎn)量的提高[13]，這與本研究結(jié)果一致。

2.2.3不同處理對(duì)頂3葉及單穗粒重的影響

谷子的頂部3片葉是主要功能葉，包括旗葉，倒2葉，倒3葉，抽穗后去掉頂部的3片功能葉(以下統(tǒng)稱(chēng)頂3葉)，測(cè)量頂3葉總?cè)~面積，分析不同處理對(duì)谷子主要功能葉葉面積的影響以及頂部3葉對(duì)谷子單穗粒重的影響，來(lái)分析頂3葉對(duì)最終產(chǎn)量的貢獻(xiàn)。在不同處理?xiàng)l件下，頂3葉葉面積之間無(wú)顯著性差異，但處理B(429.35 cm2)和處理C(422.68 cm2)的總?cè)~面積明顯高于處理A(406.40 cm2)，抽穗后，去掉頂3葉得出，不同處理?xiàng)l件下，單穗粒重間無(wú)顯著性差異(表3所示)，該結(jié)果表明谷子失去頂3葉后，單穗粒重間差異不顯著，單株產(chǎn)量受到影響，綜合分析表明，頂3葉面積直接影響谷子單穗產(chǎn)量，而寬/窄行種植能夠增加頂3葉的總?cè)~面積，頂3葉是決定谷子產(chǎn)量的原因之一。

2.2.4不同種植方式田間投工比較

與等行距相比，寬/窄行種植模式不僅產(chǎn)量有所增加，而且寬窄行種植只在寬行進(jìn)行中耕操作，較等行距種植節(jié)省一半的人力投入。傳統(tǒng)等行距種植，中耕1 hm2地需要30個(gè)工，每個(gè)工按70元計(jì)，需要2 100元，寬/窄行種植只耕作寬行，可節(jié)省一半的人工投入，效率提高兩倍。如果和普通的播種方式相比，采用免間苗播種，則又可節(jié)省間苗人工投入，做到了節(jié)本增效，是適合晉谷54的種植方式(表4)。

表3 不同處理頂3葉及單穗粒重的比較

表4 寬窄行與等行距種植田間投入比較

3 結(jié)論與討論

3.1雜交系選結(jié)合離子束誘變創(chuàng)制了晉谷54號(hào)，其寬窄行技術(shù)是適合的理想種植方式。優(yōu)質(zhì)谷選育是育種者始終追尋的目標(biāo)，其選育方法包括常規(guī)雜交系選，化學(xué)誘變EMS誘導(dǎo)、物理60Co-γ輻射、等離字體誘變、低能離子注入誘導(dǎo)等，其最終目的皆是創(chuàng)制變異而獲得好的農(nóng)藝性狀，由此，選育品種的針對(duì)性就尤其重要。本試驗(yàn)采用常規(guī)雜交系選結(jié)合離子束誘變的方法，選育出既具有母本晉谷21號(hào)的優(yōu)質(zhì)特性，又具有父本晉谷20號(hào)高產(chǎn)特性，且具顯性遺傳紫葉鞘的晉谷54號(hào)，該品種米質(zhì)金黃、外觀可媲美晉谷21號(hào)、米飯粘香可口、煮飯節(jié)能省時(shí)、富硒，是符合現(xiàn)代農(nóng)業(yè)生產(chǎn)品質(zhì)要求及營(yíng)養(yǎng)觀念的可選佳品。本著使該品種更好的應(yīng)用于生產(chǎn)，使農(nóng)民增產(chǎn)增收，又節(jié)約成本，從而推動(dòng)品種的產(chǎn)業(yè)化和市場(chǎng)化發(fā)展，研究寬窄行種植技術(shù)，可做到節(jié)本高效，本試驗(yàn)結(jié)果表明，寬窄行距(16 cm，50 cm)配置種植方式較傳統(tǒng)的等行距(33 cm，33 cm)配置高產(chǎn)，又節(jié)約田間用工成本，寬窄行技術(shù)是適合晉谷54號(hào)的理想種植方式，該技術(shù)的推廣應(yīng)用可為品種在生產(chǎn)上更大面積的推廣及產(chǎn)業(yè)化發(fā)展提供有力的技術(shù)支撐。

3.2基于晉谷54號(hào)性狀特質(zhì)和便于推廣應(yīng)用，研究提出了適合寬窄行優(yōu)選種植方式。行栽作物的光合特性受冠層結(jié)構(gòu)調(diào)節(jié)，而種植方式是影響冠層結(jié)構(gòu)的重要手段[8]，不同的種植方式通過(guò)調(diào)整作物栽培行向、間距配比、密度等，形成了不同的冠層結(jié)構(gòu)，繼而影響作物的葉片發(fā)育、消光系數(shù)等特性[9]。董鉆等研究證明，行距和密度影響小麥的群體結(jié)構(gòu)、光能利用和凈初級(jí)生產(chǎn)；同時(shí)種植密度決定了群體的大小，而行距配置決定群體的均勻性，品種和作物群落對(duì)不同行距的反應(yīng)會(huì)影響產(chǎn)量[10]，姚永祥等研究認(rèn)為，在種植密度相同的情況下，采用不同的種植方式同樣影響產(chǎn)量，寬窄行種植可以?xún)?yōu)化群體冠層結(jié)構(gòu)，提高群體通風(fēng)、透光性，提升群體養(yǎng)分及光能利用率，從而提高產(chǎn)量[11]；王節(jié)之等研究表明，長(zhǎng)生7號(hào)谷子寬窄行(16 cm、50 cm)配置，較傳統(tǒng)均行(30 cm、30 cm)種植增產(chǎn)、谷子抗倒伏性增強(qiáng)，同時(shí)節(jié)本增效，是適合機(jī)械中耕的最理想模式[12]。基于晉谷54號(hào)特質(zhì)的發(fā)揮和便于推廣應(yīng)用，本試驗(yàn)研究提出適合晉谷54號(hào)的寬窄行優(yōu)選種植方式，以為該品種的推廣生產(chǎn)提供參考。