高潤清 高悅 黃愛斌 淡振榮 鄭粉艷 王婷 杜建軍 任琴琴 艾榮 高立榮

摘要：為了較大幅度提高栽培甜蕎的產(chǎn)量水平，利用甜蕎野生近緣種優(yōu)良資源改良傳統(tǒng)的甜蕎選育高產(chǎn)品種。經(jīng)觀察統(tǒng)計(jì)，野生近緣種蕎麥與甜蕎外部形態(tài)完全相同，僅花器構(gòu)造不同。其中野生近緣種蕎麥莖稈堅(jiān)硬，生育期適中，具有雌雄蕊等長、自交可育（結(jié)實(shí)率高達(dá)41.9%～62.6%，套袋自交結(jié)實(shí)率為21.2%，），且與甜蕎雜交也可育等優(yōu)點(diǎn)。但是，也存在著落粒性較強(qiáng)和易穗發(fā)芽等缺點(diǎn)。栽培甜蕎雌雄蕊異長（異花授粉），結(jié)實(shí)率僅有12.9%，套袋自交結(jié)實(shí)率僅0.9%（表明自交不育）。野生近緣種蕎麥作母本，甜蕎作父本的F1代呈現(xiàn)出父本紅色羽翅的遺傳標(biāo)記，證明確系雜交種。產(chǎn)量結(jié)果調(diào)查發(fā)現(xiàn)，母本平均單株產(chǎn)量6.3 g，千粒重20.4 g;F1平均單株產(chǎn)量23.4 g，千粒重27.1 g，F(xiàn)1產(chǎn)量是母本3.7倍，雜種優(yōu)勢十分顯著。實(shí)驗(yàn)Ⅱ結(jié)果顯示，F(xiàn)1呈現(xiàn)父母本花冠色澤的中間顏色，為不完全顯性，植株較矮，花器構(gòu)造為雌雄蕊等長。F2代分離出5株花冠顏色與父本完全相同的深紅色植株，其中2株花器構(gòu)造與母本相同（雌雄蕊等長），結(jié)實(shí)率為47%;3株與父本完全相同（雌雄蕊不等長），結(jié)實(shí)率小于10%。實(shí)驗(yàn)表明野生近緣種蕎麥與普通蕎麥具有親和性，雜種優(yōu)勢強(qiáng)，而且自交可育、結(jié)實(shí)率高，是十分珍貴的種質(zhì)資源，有望改變普通蕎麥的低產(chǎn)狀況。

關(guān)鍵詞：甜蕎;野生近緣種;自花授粉;結(jié)實(shí)率高;親和;雜交

中圖分類號(hào)： S517???? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A???? 論文編號(hào)：cjas2020-0050

Wild Relatives of Common Buckwheat： Observation and Utilization

GAO Runqing1， GAO Yue1， HUANG Aibin1， DAN Zhenrong1， ZHENG Fenyan1， WANG Ting1，

DU Jianjun2， REN Qinqin2， AI Rong3， GAO Lirong1

（1College ofAgriculture， Yulin Vocational and Technical College， Yulin 719000， Shaanxi， China;2Agricultural Broadcasting and Television School ofJingbian County， Yulin 718500， Shaanxi， China;3Agricultural Technology Extension Center ofJingbian County， Yulin 718500， Shaanxi， China）

Abstract： To increase the yield of cultivated common buckwheat， the traditional common buckwheat varieties with high yield were improved by using the superior related wild resources of buckwheat. According to the observation and statistics， the external morphology of wild relatives and cultivated common buckwheat were identical， while the floral structures were different. Among them， the stems of wild relatives were hard and the growth period was moderate， and wild relatives of buckwheat also had the advantages of equal length of pistils and stamens， self-fertility （the seed setting rate was as high as 41.9%-62.6%， and the bagging self-crossing seed setting rate was 21.2%） and fertility after hybridizing with common buckwheat. However， there were also some disadvantages in the wild relatives， such as strong seed shattering and easy panicle germination. The common buckwheat had extremely long stamens （cross-pollination） and the setting rate of crossing and baggingself-crossing （indicating self-crossing sterility） were only 12.9% and 0.9%， respectively. F1（wild relatives used as the female parent and common buckwheat as the male parent） showed the genetic markers of male parent ’s red wings， which indicated that it was a hybrid definitely. The yield results showed that the average yield per plant of female parent was 6.3 gram and the thousand-grain weight was 20.4 g， while the average yield of F1 was 23.4 g per plant and the thousand-grain weight was 27.1 g. The yield of F1 was 3.7 times that of the female parent plant， showing significant heterosis in F1. The results of experiment Ⅱshowed that F1 had the middle color of parental corolla， which was incomplete dominant. Besides， the plant height was relatively low and its pistils and stamens in floral structure were with equal length. In F2 generation， five dark red plants， the same color of corolla as their male parent， were isolated; among which， 2 plants had the same flower structure as their female parent （the equal length of pistils and stamens）. The seed setting rate of these five plants was 47%. Another three plants were heterogony， which was the same as their male parent， and the seed setting rate was less than 10%. The study indicates that the wild relatives of buckwheat have cross compatibility with common buckwheat， and they possess strong heterosis， self- fertility and high seed setting rate， so they could be considered to be a quite precious germplasm resource to improve the low-yield situation of common buckwheat.

Keywords： buckwheat; wild relatives; self-pollination; high seed setting rate; cross compatibility; hybridization

0引言

甜蕎（Fagopyrum esculentum Moench）又稱普通蕎麥，起源中國，是最古老的栽培植物之一。甜蕎屬于蓼科（Polygonaceae），一年生，草本植物。在蓼科植物中，普遍含有蒽醌苷、單寧、鞣質(zhì)，很多為藥用植物，甜蕎正是其中之一[1]。另外，甜蕎還含有較高的賴氨酸，不僅營養(yǎng)價(jià)值高，還有療疾保健功能，在中國古醫(yī)書《本草綱目》中有記述[2];甜蕎花器中蜜腺發(fā)達(dá)，是三大蜜源作物之一[3];甜蕎的花色鮮艷、多樣，還具有觀賞價(jià)值，對(duì)打造作物景觀、發(fā)展鄉(xiāng)村旅游業(yè)有重要意義[4]。但是甜蕎的產(chǎn)量低，種植面積不斷縮小。20世紀(jì)50年代初期，蕎麥與小麥、水稻、玉米的產(chǎn)量水平相差不大，產(chǎn)量均在在1500～3000 kg/hm2之間。21世紀(jì)初，小麥、水稻、玉米的單產(chǎn)水平提高了3～5倍，甚至更多，而蕎麥單產(chǎn)水平提高不足1倍。究其原因，小麥、水稻是自花授粉作物，容易改良;玉米是常異花授粉作物，但其雄穗花序集中，去雄容易，利用了雜種優(yōu)勢;而蕎麥?zhǔn)钱惢ㄊ诜圩魑?，改良難度大，即使是優(yōu)良品種，也容易生物混雜退化。高立榮有30多年從事蕎麥生產(chǎn)、育種工作經(jīng)歷，認(rèn)為異花授粉機(jī)制是造成蕎麥低產(chǎn)和年際間產(chǎn)量不穩(wěn)定的主要原因。例如，正常年份蕎麥的結(jié)實(shí)率是10%～15%，中等以上地力產(chǎn)量為2250～3000kg/hm2;個(gè)別年份，開花期間遇連續(xù)陰雨天氣，缺少傳粉媒介，結(jié)實(shí)率不足10%，蕎麥就會(huì)普遍嚴(yán)重減產(chǎn)。

野生近緣種，是指栽培作物的祖先或與之遺傳關(guān)系較近的野生種，由于長期在逆境生存，多演化為攜帶抗病、抗蟲、抗逆性基因的重要載體，有的還含有細(xì)胞質(zhì)不育、無融合生殖及其他有用的特殊生殖生理和生長發(fā)育基因等，可供育種家利用，在作物育種中有十分重要的作用。如中國20世紀(jì)70年代的水稻三系配套、育成雜交稻，大幅度提高水稻產(chǎn)量，成功的關(guān)鍵是發(fā)現(xiàn)利用了雄性不育的野生稻[5]。栽培作物野生近緣種資源是植物遺傳資源的重要組成部分，擁有獨(dú)特的生物學(xué)特性，在應(yīng)對(duì)氣候變化和保證糧食安全方面具有極大潛力和價(jià)值[6]。中國被稱為世界八大植物栽培起源心之一，中國的植物種類和數(shù)量都位于世界的領(lǐng)先位置，因此許多栽培植物在中國都有野生近緣種分布。中國擁有2400 多種野生近緣種，其中大多數(shù)能夠?yàn)樵耘嘀参锏钠贩N改良提供支持。利用野生近緣種基因，育成優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)作物品種的例子不勝枚舉[7]。國內(nèi)外育種家也曾進(jìn)行甜蕎的高產(chǎn)品種選育，盡管中國蕎麥種質(zhì)資源非常豐富，但是由于種間生殖障礙難以逾越[8]，又未能找到其他親和資源，故甜蕎的高產(chǎn)育種始終未能突破。近年發(fā)現(xiàn)的甜蕎野生近緣種，正是攜帶特殊的生殖生理和生長發(fā)育基因，有望改良栽培甜蕎，育成高產(chǎn)品種。

1材料與方法

1.1 材料來源

2018年秋季，從貴州師范大學(xué)引進(jìn)‘貴甜蕎2號(hào)’資源（野外采集獲甜蕎野生近緣種資源并與栽培甜蕎進(jìn)行過雜交、回交）;觀賞型紅花蕎麥，由靖邊縣農(nóng)技推廣中心提供;紅色羽翅蕎麥，由本單位育成。

1.2實(shí)驗(yàn)方法

2019年 3月，將‘貴甜蕎2號(hào)’、觀賞型紅花蕎麥、紅色羽翅蕎麥同時(shí)種植在溫棚，進(jìn)行雜交實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)1：選野生近緣種生育期較短1株作母本，用紅色羽翅蕎麥作父本，進(jìn)行了人工授粉試驗(yàn)，成熟后單株收獲。2019年6月，在田間按株行圃播種進(jìn)行觀察、統(tǒng)計(jì)。實(shí)驗(yàn)2：選野生近緣種生育期中等長、株形帶有扭曲標(biāo)記的植株作母本，用觀賞型紅花蕎麥作父本，進(jìn)行了人工授粉試驗(yàn)，成熟后按單株收獲。2019年6月，在田間按株行圃播種進(jìn)行觀察，成熟后選符合目標(biāo)植株單株收獲;2020年3月，在溫棚播種，進(jìn)行了觀察研究。

此外，用人工去除凋謝花朵計(jì)數(shù)，進(jìn)行自由授粉統(tǒng)計(jì);用套袋隔離方法，進(jìn)行自交結(jié)實(shí)率統(tǒng)計(jì)。

2結(jié)果與分析

2.1 植株外部形態(tài)

經(jīng)過2個(gè)世代的觀察：‘貴甜蕎2號(hào)’分離特別嚴(yán)重，植株高矮不等，籽粒大小不等，生育期長短不一，花器構(gòu)造不一（雌雄蕊等長、雌雄蕊不等長）。從中分離出原始野生近緣種（落粒性強(qiáng)、籽粒?。?，與栽培型普通蕎麥外部形態(tài)完全相同，但花器構(gòu)造不同：為一型花，雌雄蕊等長（圖1）;有別于栽培甜蕎二型花，一種是長花柱、短花絲（圖2）;另一種是短花柱、長花絲（圖3）。

2.2 結(jié)實(shí)率統(tǒng)計(jì)

結(jié)實(shí)率統(tǒng)計(jì)結(jié)果見表1 。野生甜蕎近緣種大田自由授粉統(tǒng)計(jì)11株，平均結(jié)實(shí)率41.9%，個(gè)別優(yōu)良單株結(jié)實(shí)率62.6%，套袋自交8個(gè)花序，平均結(jié)實(shí)率21.2%（圖4）;栽培甜蕎（矮B系，對(duì)照）大田自由授粉統(tǒng)計(jì)13株，平均結(jié)實(shí)率12.9%，套袋自交6 個(gè)花序，平均結(jié)實(shí)率0.9%，與文獻(xiàn)資料相同[9]。

2.3 雜交授粉試驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)1：F1出苗63株，盛花期有7株明顯高于其他植株（圖6），籽粒成型后，較高植株的籽粒3個(gè)棱全部顯示紅色（圖5），屬于父本遺傳標(biāo)記，表明確系雜交種。產(chǎn)量結(jié)果，母本平均每株產(chǎn)量6.3 g，千粒重20.4 g;雜交種平均每株產(chǎn)量23.4 g，千粒重27.1 g 。F1產(chǎn)量是母本3.7倍，從中表明與栽培甜蕎雜交可育、而且雜種優(yōu)勢十分顯著。

實(shí)驗(yàn)2：在F1代株行圃中，有1株與眾不同，植株莖桿表現(xiàn)深色與父本觀賞型紅花蕎麥相同;花冠顏色既不是母本的白色，又不是父本的深紅色，而是略顯紅色;花器構(gòu)造為雌雄等長，與母本相同，結(jié)實(shí)率也與母本相同。F2代花冠出現(xiàn)了3種顏色，大部分與F1代相同，花器構(gòu)造為雌雄蕊等長;另有5株與父本相同，顯現(xiàn)深紅色，花器構(gòu)造出現(xiàn)兩種類型，2株是雌雄蕊等長，與原母本相同，3株為長雄蕊短花柱與原父本相同;還有6株為白色花冠，與原母本相同，花器構(gòu)造為雌雄蕊等長。將顯現(xiàn)深紅色花冠、雌雄蕊等長的2個(gè)植株進(jìn)行結(jié)實(shí)率統(tǒng)計(jì)和單株收獲籽粒稱重，其結(jié)實(shí)率平均為47%，單株粒重平均32 g。

2.4 落粒性及易發(fā)芽不良性狀

野生甜蕎近緣種除了有上述優(yōu)點(diǎn)外，同時(shí)帶有落粒性強(qiáng)的缺點(diǎn)。即籽粒臨近成熟、顏色未變褐即開始落粒，直至全株落盡（圖7）。將落粒株籽粒種植觀察，第2代仍然落粒，具有遺傳習(xí)性;在一小區(qū)統(tǒng)計(jì)836株，其中37株落粒，落粒植株占4.4%。經(jīng)觀察，落粒植株的株形都是松散型，緊湊型植株未見落粒。還有籽粒較?。ㄇЯＶ?0 g）的植株遇到3～4天陰雨天氣，籽粒大部分發(fā)芽;籽粒較大植株未見發(fā)芽。

3討論與結(jié)論

3.1 野生近緣種蕎麥?zhǔn)鞘终滟F的資源，為甜蕎高產(chǎn)育種帶來希望

在中國，蕎麥種質(zhì)資源十分豐富，有21個(gè)種、2個(gè)變種[10]。但是，由于多數(shù)與栽培甜蕎存在生殖障礙，因此對(duì)甜蕎育種工作造成極大困難。例如，在20世紀(jì)60年代，蘇聯(lián)科學(xué)家進(jìn)行了蕎麥育種研究的探索，只是往往在栽培甜蕎種內(nèi)的品種間、變種間進(jìn)行研究，沒有像小麥、玉米那樣取得重大突破[11]。蕎麥產(chǎn)量長期在低水平徘徊。本實(shí)驗(yàn)1、實(shí)驗(yàn)2研究結(jié)果已證明野生近緣種與栽培甜蕎具有親和性，這將會(huì)極大地拓寬蕎麥高產(chǎn)育種的研究領(lǐng)域。

3.2 改栽培甜蕎異花授粉為自花授粉成為可能

栽培甜蕎產(chǎn)量低，學(xué)術(shù)界普遍認(rèn)為是異花授粉導(dǎo)致的較低結(jié)實(shí)率（10%～12%）所致。育種家渴望栽培甜蕎像水稻、小麥一樣，能夠自交結(jié)實(shí)[12]，產(chǎn)量可能會(huì)極大地提高。野生近緣種蕎麥正是攜帶特殊生殖生理和生長發(fā)育基因。其自花授粉，結(jié)實(shí)率高達(dá)41.9%～ 62.6%，正是栽培甜蕎迫切需要改變和提高的性狀。甜蕎自交不親和特性[13]有利于野生近緣種蕎麥雄配子的融合，經(jīng)過多代回交，有望將自花授粉特性轉(zhuǎn)育在栽培甜蕎中[14]。

3.3 野生近緣種蕎麥落粒性等不良基因可以掩蓋

盡管野生近緣種蕎麥往往攜帶落粒性基因，但這是為了繁衍生存而長期演化的結(jié)果。此性狀通常由隱性基因純合所致，育種家可以通過雜交等方法使等位基因的純合性變成雜合性[15]，或者獲得雜交蕎麥F1，從而使之不再表現(xiàn)落粒性狀。

3.4 育成的紅花自交結(jié)實(shí)新類型是一項(xiàng)填補(bǔ)國家空白的創(chuàng)新成果

由實(shí)驗(yàn)2可以看出，已經(jīng)將觀賞型紅花蕎麥的遺傳物質(zhì)由雄配子導(dǎo)入野生近緣種母本的合子中，F(xiàn)2代分離出具有父本深紅色花冠性狀，而花器構(gòu)造是母本雌雄蕊等長，同時(shí)表現(xiàn)出結(jié)實(shí)率高達(dá)47%的特征特性。這正是研究的初衷，把深紅色花冠與自交結(jié)實(shí)的高產(chǎn)父、母本性狀集中表現(xiàn)在后代中，既有觀賞性，又具豐產(chǎn)性，具有非常高的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。

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致謝：中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院周美亮研究員、南京農(nóng)業(yè)大學(xué)程春燕博士對(duì)此文進(jìn)行修改。