常海霞，王高鴻

(山西省農(nóng)業(yè)科學(xué)院 谷子研究所，山西 長(zhǎng)治 046000)

谷子是自花授粉作物，其花較小而多，且穗碼排列緊，小花間密擠，這些特殊的穗部形狀和開(kāi)花習(xí)性，給谷子的有性雜交及后代選擇增加了諸多困難[1]。以往種質(zhì)間通過(guò)人工雜交獲得的后代主要存在種植和篩選兩大困難，第一由于其后代不能人為間苗要進(jìn)行大面積的人工單粒點(diǎn)播，其次后代真假雜種篩選要根據(jù)雙親的顯性性狀進(jìn)行分辯，難度較大。大大限制了谷子的雜交頻率和育成種的速度。如何使谷子種質(zhì)資源通過(guò)人工雜交快速的獲得新的種質(zhì)很長(zhǎng)一段時(shí)間是谷子育種的瓶頸[2]。

抗除草劑材料的發(fā)現(xiàn)并引入為谷子育種提出了新的育種思路，其特殊性給谷子人工雜交獲得的后代進(jìn)行篩選提供了準(zhǔn)確、便捷的方法。由于抗除草劑材料的特殊性，在人工有性雜交中其只能作為父本應(yīng)用[2]。運(yùn)用抗除草劑材料作父本與其它材料進(jìn)行人工有性雜交后在F1代苗期用專用除草劑噴施葉面，不抗除草劑的假雜種會(huì)逐漸死亡，而真的雜種會(huì)自然保留存活，大大提高了真雜種的篩選率，加速了谷子育種進(jìn)程，是一種快速有效的谷子雜交技術(shù)。目前我所應(yīng)用此法已獲得多個(gè)谷子新種質(zhì)材料，并加以利用選育出多個(gè)適合我省種植的谷子新品種[2]。現(xiàn)將此技術(shù)進(jìn)行規(guī)范。

1 雜交圃種植

在進(jìn)行谷子人工雜交育種前應(yīng)提前做好雜交計(jì)劃，選擇好雙親并通過(guò)一定的種植方式種植于雜交圃中[3]。

1.1 親本的選擇

此技術(shù)中由于抗除草劑材料的特殊性，其在人工雜交中只能作為父本應(yīng)用，其它優(yōu)異性狀材料作為母本。

1.2 種植方式

谷子雜交圃親本的種植方式根據(jù)就近取粉和配對(duì)原則而確定。根據(jù)試驗(yàn)得出采取父母本以1∶2的行數(shù)間隔種植是最佳種植方式。另外兩母本行距間可適當(dāng)加寬，為正常行距的1.5倍(約45 cm)便于人工雜交操作；株距也比大田留苗要大，一般在10～12 cm左右為宜。

1.3 播期調(diào)節(jié)

在谷子有性雜交過(guò)程中，雙親的花期是否能如期相遇，是人工雜交成功的關(guān)鍵條件[3]。因此，為了保證雙親能夠同時(shí)進(jìn)入盛花期，在雜交選種時(shí)要對(duì)雙親的生育期做到充分的了解和詳細(xì)的記錄，以便通過(guò)錯(cuò)期播種的方式調(diào)節(jié)播種期，從而達(dá)到雙親同時(shí)開(kāi)花[3]。此次人工雜交技術(shù)應(yīng)用中主要以抗除草劑材料做父本為主，正常播種，對(duì)其它材料(品系)做母本的進(jìn)行播期調(diào)整，分為與父本同期和早期二期調(diào)播種植。

2 母本株的選擇與整穗

雜交前進(jìn)行母本株的選擇與整穗是人工雜交兩個(gè)重要的環(huán)節(jié)[3]。母本株的選擇優(yōu)劣決定谷子雜交成功率的高低，而整穗則可以提高真雜種的占比率，兩項(xiàng)工作在人工雜交中意義特別，因此要精心準(zhǔn)備。

2.1 母本株的選擇

在谷子抽穗后要每天對(duì)母本株進(jìn)行選擇并掛牌標(biāo)記，在雜交前二天將準(zhǔn)備做雜交的母本果穗用玻璃紙袋封套。母本株的選擇主要注意兩點(diǎn)，第一要選擇能代表本品種主要特征特性且生長(zhǎng)健狀的植株。第二要選擇近期即將開(kāi)花多而集中的小穗為主要對(duì)象標(biāo)記。選擇的標(biāo)準(zhǔn)主要觀察果穗中上部小花的稃是否已膨脹、飽滿和發(fā)亮，如已達(dá)到，翌日即可開(kāi)花。

2.2 整穗

在對(duì)谷子雜交母本株選定后，雜交前一天要對(duì)谷穗穗碼進(jìn)行預(yù)先修整。谷子是一穗多花作物，每穗穗碼大約在100左右，每碼上又有幾十個(gè)小花，單株果穗小花多達(dá)數(shù)千。小花間不僅排列較緊而且開(kāi)花不統(tǒng)一，因此在雜交前一天一定要進(jìn)行穗碼提前疏理預(yù)留，將穗上部及中下部未發(fā)育飽滿的穗碼全部去除，開(kāi)花多的穗碼也要去除，預(yù)留的中上部穗碼要根據(jù)穗碼的排列行數(shù)隔行保留，最后再間隔去除每行的穗碼，一般預(yù)留總碼數(shù)在10～15個(gè)為宜。

谷子整穗應(yīng)仔細(xì)進(jìn)行，其穗碼上小花集中擁擠，與分枝連接比較牢固，因此在剪或鑷時(shí)一定要做到精準(zhǔn)，以免傷及其它小花及分枝。另外在選擇工具上也要特別注意，一定要選醫(yī)用級(jí)手術(shù)小剪刀及針式鑷子，在人工雜交中才能做到得心應(yīng)手[3]。

3 雜交方法

由于抗除草劑種質(zhì)介入谷子人工雜交，其后代鑒定簡(jiǎn)單快捷，從而對(duì)雜交方法也放寬了要求。本次人工雜交技術(shù)涉及的簡(jiǎn)易雜交法和直接配對(duì)法就是專門針對(duì)抗除草劑材料研制的雜交方法。兩種方法既簡(jiǎn)單又實(shí)用。

3.1 簡(jiǎn)易雜交法

簡(jiǎn)易雜交法又稱浸泡雜交法。此法相對(duì)簡(jiǎn)單粗放只適合在有抗除草劑材料介入的情況下使用。用此方法省時(shí)省工，能提高雜交效率[4]。

3.1.1 浸泡 簡(jiǎn)易雜交法是將已簡(jiǎn)單預(yù)留修整好的母本果穗在不經(jīng)過(guò)去雄的情況下，次日清晨待果穗剛剛開(kāi)花，立即用常溫清水間段性浸泡并間隔搖動(dòng)果穗約45 min，使其雄花脫落不能及時(shí)正常開(kāi)裂散粉，同時(shí)又不傷及柱頭；在父本有開(kāi)花散粉時(shí)，將其取出并輕抖去上面水份，略微晾一晾即可進(jìn)行人工授粉。

3.1.2 取粉 人工取粉也是一項(xiàng)精細(xì)而重要的工作，直接決定谷子雜交成敗。谷子開(kāi)花的特殊性決定了谷子雜交多在早晨進(jìn)行，而此時(shí)谷穗上面露水極為多，給采集花粉帶來(lái)一定困難。因此在雜交開(kāi)始后應(yīng)有專人進(jìn)行取粉工作。

應(yīng)先將父本用竹竿敲打，使其穗部水分大部分散落，再取干的毛巾將果穗在上面輕輕甩打幾下，在放置一段時(shí)間后便可取粉。取粉時(shí)要用干燥寬松的一面玻璃紙一面羊皮紙袋進(jìn)行，便于將父本果穗完全放置于袋內(nèi)，此時(shí)應(yīng)將果穗置于袋內(nèi)懸空，并使玻璃紙面朝上處于水平狀，用手指輕彈穗柄處，使花粉散落于袋內(nèi)羊皮紙面，同樣的方法可多取幾株父本的花粉,取完后將紙袋沿中線對(duì)折并輕彈紙袋邊緣，可將袋內(nèi)花粉集中于一起，仔細(xì)觀察會(huì)看到一層淡黃色的粉末便是取到的花粉。

3.1.3 人工授粉 母本果穗經(jīng)過(guò)清水浸泡處理后應(yīng)立即進(jìn)行授粉，防止其它花粉散落雜交株上，這也是浸泡和取粉分別由專人同步進(jìn)行的原因。將取好的花粉紙袋水平輕套在已去完雄的植株上，取干凈的毛筆蘸上花粉，輕涂在雌蕊柱頭上，也可在柱頭上方輕輕彈動(dòng)毛筆，使花粉散落于柱頭接受花粉。在人工授粉時(shí)一定要注意輕蘸輕授，避免傷及柱頭，完不成雜交。母本接授花粉后應(yīng)用較小的紙袋繼續(xù)套袋保護(hù)，防止籽粒脫落及蟲(chóng)害。最后掛牌標(biāo)注。

3.2 直接配對(duì)法

直接配對(duì)法也是將經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)單修整的母本果穗不經(jīng)過(guò)去雄的情況下，在次日清晨在隔行父本行選1～2個(gè)具有同等開(kāi)花條件的父本用玻璃紙袋將其一起封套。這種授粉方式也決定了前面雙親的間隔種植方式。封套完成后，用手輕彈父本或輕拍紙袋使母本果穗接授花粉，間隔30、60 min再次彈動(dòng)父本，增加授粉機(jī)率；次日清晨可重復(fù)此操作，直至母本果穗小花全部開(kāi)完為止。最后將父本果穗取出并用曲別針將袋口封住掛牌進(jìn)行標(biāo)記。

這種雜交方法主要是通過(guò)父本先于母本授粉機(jī)率獲得雜交后代，雖然假雜種率比較高，但由于抗除草劑材料的介入，后代鑒定簡(jiǎn)單準(zhǔn)確，不受假雜種的影響。通過(guò)試驗(yàn)證明此方法在認(rèn)真選擇父母本開(kāi)花一致或父本略早于母本開(kāi)花的情況下可行性很高。

4 田間檢查

授粉后7～10 d檢查1 次果穗的生長(zhǎng)情況，同時(shí)觀察果穗病、蟲(chóng)害的發(fā)生情況并既時(shí)處理，根據(jù)天氣及果穗生長(zhǎng)，及時(shí)調(diào)整玻璃紙袋的位置。防止紙袋脫落或造成穗柄折斷，影響果穗生長(zhǎng)結(jié)實(shí)。

5 收獲脫粒

雜交果穗進(jìn)入臘熟期后要隨時(shí)觀察果穗籽粒，待籽粒變黃變硬后要即時(shí)進(jìn)行收獲，為防止籽粒脫落，要帶紙袋進(jìn)行收獲，收獲后立即進(jìn)行脫粒，脫粒時(shí)應(yīng)將袋內(nèi)所有籽粒保留，裝入小的牛皮紙袋內(nèi)進(jìn)行一周左右反復(fù)晾曬處理，最后入庫(kù)登記。

6 后代鑒定

將雜交收獲所得的種子按組合進(jìn)行分類全部種植于鑒定圃，在出苗達(dá)到三葉期時(shí)進(jìn)行除草劑的噴施。用有效成分12.5%拿蒱凈除草劑兌水稀成6‰濃度的溶液對(duì)谷苗進(jìn)行噴施，為有效的殺死假雜種，在噴施時(shí)一定要均勻的噴在谷苗葉片上。應(yīng)降低噴施高度，選擇無(wú)風(fēng)時(shí)間進(jìn)行噴施，以防溶液飄落其它谷苗上造成傷害。在噴施7～10 d左右不抗除草劑的谷苗開(kāi)始死亡，部分真雜種依然保持旺盛長(zhǎng)勢(shì)[2]。

7 技術(shù)應(yīng)用

山西省農(nóng)業(yè)科學(xué)院谷子所利用抗除草劑材料DSB553做父本與生產(chǎn)上廣泛應(yīng)用的優(yōu)質(zhì)品種(系)雜交獲得新的優(yōu)良性狀的抗除草劑種質(zhì)K8、K34、K103，再由其做父本與其它品(種)系及優(yōu)良不育系雜交先后獲得抗除草劑新品種長(zhǎng)雜2號(hào)、晉谷56、長(zhǎng)雜谷1205，分別于2008年、2013年、2015年通過(guò)了山西省認(rèn)定并大面積用于生產(chǎn)[4，5]。2020年通過(guò)該技術(shù)獲得的抗除草劑新品種長(zhǎng)雜谷466即將完成區(qū)域試驗(yàn)通過(guò)認(rèn)定。另?yè)?jù)報(bào)導(dǎo)，山東、河北、河南、內(nèi)蒙古等省農(nóng)科院也先后利用抗除草劑材料進(jìn)行人工雜交選育出濟(jì)谷22、豫谷34、龍谷39、赤谷K1等一批適合本生態(tài)區(qū)域的谷子新品種[6～8]。

8 小結(jié)

人工雜交是育種的最直接有效途徑[3]，根據(jù)不同種質(zhì)的特性，在人工雜交過(guò)程中加以充分合理的運(yùn)用，能快速獲得新的目標(biāo)性狀種質(zhì)，從而加速作物育種的進(jìn)程。

通過(guò)抗除草劑材料介入谷子人工雜交，提高了谷子材料間重組機(jī)率，減少了以往雜交的繁鎖及對(duì)真雜種的不確定性，同時(shí)還可以快速獲得具有針對(duì)性的目標(biāo)性狀的新種質(zhì)，經(jīng)過(guò)再次雜交及世代篩選，最終獲得適合本區(qū)域的優(yōu)良新品種。獲得的新品種具有抗除草劑特性，拓寬了谷田使用除草劑的范圍及殺草種類，簡(jiǎn)化了栽培管理。因此該技術(shù)對(duì)今后谷子種質(zhì)創(chuàng)新、新品種選育推廣及簡(jiǎn)約化栽培管理都具有極其重要的意義[9]。