谷子高度雄性不育系高51A 的選育與應(yīng)用研究

李會霞 田 崗 劉 鑫 劉 紅 王振華 鄭向陽

（山西農(nóng)業(yè)大學(xué)谷子研究所，長治 046000）

谷子（Setaria italica（L.）P.Beauv.）是C4作物，但是與玉米、高粱等C4作物相比產(chǎn)量偏低。利用雜種優(yōu)勢是大幅度提高谷子產(chǎn)量的有效方法之一，20世紀(jì)60 年代育種家們就開始了谷子雜種優(yōu)勢利用研究。谷子每穗穎花數(shù)量大，開花不整齊且花器很小，人工去雄生產(chǎn)雜交種極其困難，同時利用化學(xué)殺雄也存在很多弊端，如殺雄效果不理想或多次殺雄影響柱頭正常授粉結(jié)實等。因此，選育不育系是谷子利用雜種優(yōu)勢最有效的手段，但目前為止，谷子還未做到三系配套?，F(xiàn)有谷子不育系大多屬于高度雄性不育系，有5%～10%的自交結(jié)實率，可以用來繁殖不育系；生產(chǎn)上生產(chǎn)谷子雜交種只有不育系和恢復(fù)系，故稱之為高不育“二系法”雜交種生產(chǎn)[1-3]。

在谷子高度雄性不育系選育方面，張家口農(nóng)業(yè)科學(xué)院和山西農(nóng)業(yè)大學(xué)谷子研究所（原山西省農(nóng)業(yè)科學(xué)院谷子研究所）做了大量工作[4-7]。2000 年以前山西農(nóng)業(yè)大學(xué)谷子研究所也選育出多個谷子高度雄性不育系[8-9]，但因不育系大多屬于春播中晚熟類群，與恢復(fù)系類群基本一致，配置的雜交種雜種優(yōu)勢不明顯；后來利用河南、河北等夏播類型品種進行雜交轉(zhuǎn)育，選育出多個夏播類型的不育系，提高了雜交種的優(yōu)勢幅度。這些不育系中就包括配合力高、抗逆性強的不育系高51A。

1 谷子高度雄性不育系高51A 的選育

1.1谷子高抗、高配合力高度雄性不育系選育思路2000 年前后育種技術(shù)手段比較落后，山西農(nóng)業(yè)大學(xué)谷子研究所育種科研人員根據(jù)親本來源及株高、抽穗期等農(nóng)藝性狀表現(xiàn)，對親本種質(zhì)進行了大致的類群劃分，把谷子種質(zhì)資源劃分為兩大類，夏播早熟類群和春播中晚熟類群。然后篩選夏播早熟類群中抗病性好、農(nóng)藝性狀優(yōu)良的親本對高度雄性不育系進行雜交轉(zhuǎn)育F1，選可育株（真雜種）自交轉(zhuǎn)育F2，盡量多地篩選性狀優(yōu)良單穗套袋自交，在后代中系譜法選育新不育系；也可篩選農(nóng)藝性狀表現(xiàn)接近原父本的優(yōu)異不育單株與原親本回交，BC1F1選擇可育株自交，BC1F2篩選優(yōu)良不育單株自交多代，系譜法選育新不育系；不育株系從F4篩選優(yōu)異穗行與春播中晚熟、抗拿捕凈除草劑谷子品系進行測配，結(jié)合一般配合力篩選優(yōu)異高抗穗行自交，穩(wěn)定后即為穩(wěn)定不育新品系。然后用其與春播中晚熟恢復(fù)系大量測配組合，鑒選高抗、強優(yōu)勢雜交組合參加區(qū)域試驗，登記并應(yīng)用于生產(chǎn)。此技術(shù)選育谷子不育系，采用邊分離、邊穩(wěn)定、邊測配的方法篩選高配合力強優(yōu)恢復(fù)系，在一定程度上縮短了育種年限，具有一定的創(chuàng)新性。

1.2谷子高抗、高配合力高度雄性不育系高51A選育過程高51A 是山西農(nóng)業(yè)大學(xué)谷子研究所2015 年選育的谷子高度雄性不育系。2012 年利用高236A 不育系為母本材料，與矮稈、抗病優(yōu)良品種（系）安5498 進行雜交，冬天在海南種植F1，選可育單株收獲。F2出苗后隨機留苗，開花期觀察花粉育性，將植株較矮、性狀優(yōu)異的不育單穗套袋自交，成熟后單株收獲、單穗脫粒，收獲后對米質(zhì)進行鑒定。2013-2015 年種植其F3～F6穗行（冬天海南加代）。2014 年篩選出本組合的5 個穗系與6 個西北中晚熟區(qū)抗拿捕凈谷子品系進行不完全雙列雜交，配制出30 個組合。2015 年根據(jù)各組合產(chǎn)量結(jié)果測定不育穗系的一般配合力（表1）。2015 年選擇優(yōu)異、高配合力且表現(xiàn)穩(wěn)定的穗系定名為高51A。2016 年對高51A 進行擴繁，同時進行強優(yōu)組合選配工作（圖1）。

圖1 高51A 的選育過程

表1 2015 年不育系的一般配合力測定結(jié)果

2 高51A 的特征特性

幼苗深綠色，葉鞘綠色，株高中等，約120cm；生育期118d，中晚熟類型；穗型筒形，穗長22.0cm，穗粗2.8cm，穗子松緊度中等，短岡毛。葉片細(xì)長，上沖性好。分蘗數(shù)1～2 個，分蘗成穗率高，自交結(jié)實率8%～10%。籽粒淺黃色，米色亮黃、粳性。田間表現(xiàn)中抗白發(fā)病，高抗谷瘟病、黑穗病。

3 高度雄性不育系高51A 的應(yīng)用研究

3.1高51A所配組合的整體表現(xiàn)2016 年利用高51A 與西北中晚熟抗拿捕凈除草劑品系配置組合103 個，2017 年種植F1，間比排列，2 次重復(fù)，小區(qū)面積12.6m2。3 葉1 心期田間噴施拿捕凈去除假雜種苗，成熟后小區(qū)全部收獲測定產(chǎn)量。小區(qū)產(chǎn)量高于對照長農(nóng)35 號的有64 個，其中產(chǎn)量高于對照15%以上的組合有8 個（表2），高51A 表現(xiàn)出了良好的配合力。

表2 高51A 的優(yōu)勢組合

3.2優(yōu)勢組合篩選與登記經(jīng)2017-2018 年田間農(nóng)藝性狀、抗病性調(diào)查和產(chǎn)量結(jié)果測定，高51A×K410 是一個抗病性好、豐產(chǎn)性好的理想組合，其穗子長筒形，成熟期上籽好，綠葉黃谷穗，熟相好。2017 年田間鑒定和2018 年所內(nèi)品比試驗，分別比對照長農(nóng)35 號增產(chǎn)18.3%、22.8%，定名為長雜谷333。2022 年9 月通過非主要農(nóng)作物品種登記，登記編號：GPD 谷子（2022）140131；2023 年3 月轉(zhuǎn)讓給山西德利農(nóng)種業(yè)有限公司進行開發(fā)推廣，轉(zhuǎn)讓費20 萬元。

長雜谷333 的抗逆性優(yōu)良。聯(lián)合鑒定試驗中，田間自然鑒定抗旱性、耐澇性均為1 級，抗倒性、谷銹病、紋枯病均為2 級，谷瘟病為3 級，白發(fā)病發(fā)病率為2.32%，紅葉病發(fā)病率為1.33%，線蟲病發(fā)病率為0.56%，蛀莖率為5.42%，其他病害未見發(fā)生。2021-2022 年經(jīng)河北省農(nóng)林科學(xué)院谷子研究所抗病鑒定，該品種抗白發(fā)?。≧），中抗谷瘟?。∕R）。

長雜谷333 于2019-2020 年參加國家西北區(qū)中晚熟組聯(lián)合鑒定試驗，2 年每hm2平均產(chǎn)量6249.8kg，比對照長農(nóng)35 號增產(chǎn)26.83%，居參試品種第1 位；2019 年聯(lián)合鑒定試驗中，平均產(chǎn)量5866.5kg，比對照長農(nóng)35 號增產(chǎn)26.67%，居參試品種第1 位；2020 年續(xù)試，平均產(chǎn)量6633.0kg，比對照長農(nóng)35 號增產(chǎn)26.98%，居參試品種第1 位；2 年14點區(qū)域試驗全部增產(chǎn)，增產(chǎn)幅度為1.44%～59.27%，增產(chǎn)點率100%。2022 年長雜谷333 在呂梁、忻州等地示范20 多hm2，平均產(chǎn)量7950kg/hm2，表現(xiàn)優(yōu)良。

4 高51A 的改良方向

降低株高是高51A 的主要改良方向。高51A株高120cm 左右，在常規(guī)種生產(chǎn)中，此株高為適宜類型，但在不育系中，株高屬偏高類型，因為不育系在配置組合時，父本株高要求高于母本20cm 以上以便于異交授粉，有利于制種產(chǎn)量提高，而株高又是加性效應(yīng)為主的農(nóng)藝性狀，雜交種的株高較高，不適于機械化收獲。因此，下一步研究中，應(yīng)在保持高配合力的前提下，適當(dāng)降低高51A 的株高，以便鑒選中矮稈、宜機收的雜交種用于生產(chǎn)。

降低株高可以通過與矮稈品系進行雜交，在F2中選擇優(yōu)異矮稈不育單株，連續(xù)自交5～7 代完成；也可以采取理化誘變的方法進行，其中甲基磺酸乙酯（EMS）誘變是行之有效的方法之一[10-11]，從誘變后代中鑒選優(yōu)異矮稈不育單株自交多代，即能選育出與原不育系近似的矮稈不育系，以便組配出更具市場潛力的雜交種用于生產(chǎn)。