对山西省谷子杂种优势利用研究的实践与思考

回顾了20 a来山西省谷子不育系与杂交种选育实践,总结了谷子杂种优势利用研究的经验与体会:(1)选育优质杂交组合,优质不育系是关键;(2)不育系异交结实率的选择,应从柱头外露率和田间自然异交结实率两方面考虑;(3)有针对性地进行个别性状的遗传改良选育新的不育系,可以达到事半功倍的效果;(4)选育抗病性强的不育系是非常必要的,应加强这方面的工作;(5)在谷子杂交制种技术试验中,利用谷子高产制种栽培技术与化控调节父母本花时花期相结合,实现制种产量的突破。     

谷子高度雄性不育系不育基因的遗传分析

利用10个华北谷子品种与谷子高度雄性不育系高117A和高146A测交,根据F2代、BC1F1代分离群体的育性反应,对不育系的不育基因进行了遗传分析。根据结果,认为这2个不育系的不育性受1对隐性主效基因控制,同时受微效多基因的影响。     

谷子高异交结实雄性不育系的创制及应用

【目的】选育高异交结实率的谷子高度雄性不育系、抗除草剂恢复系,配制优势杂交组合,"二系"配套,实现谷子的杂优化生产。【方法】对现有的不育系、恢复系进行杂交改良,系谱法选育符合目标的不育系和恢复系。【结果】选育出4个农艺性状好、异交结实率高的谷子高度雄性不育系高117、高146、高229、高236,选育出K103等具有较高配合力的抗除草剂恢复系,研究创建了完整的谷子"二系"杂交种选育技术体系,育成第一个适宜中国谷子中晚熟生态区种植的抗除草剂谷子杂交种长杂谷2号。【结论】高异交结实率谷子不育系的育成,解决了谷子杂交制种和不育系繁种难题,实现了谷子的杂优化生产。     

外源硒对谷子生理特性、硒含量及其产量和品质的影响

【目的】探索不同生育期喷施不同浓度硒对谷子产量、品质、保护酶活性及籽粒硒含量的变化规律,明确谷子外源硒的最佳施用量和最佳施用期,为富硒谷子的生产管理提供科学依据。【方法】以春谷长农35、夏谷冀谷20、抗除草剂杂交谷晋谷50为试验材料,采用田间试验,设置6个供硒水平(清水对照(T0)、16.96g·hm~(-2)Na_2SeO_3(T1)、33.92 g·hm~(-2)Na_2SeO_3(T2)、67.84 g·hm~(-2)Na_2SeO_3(T3)、135.68 g·hm~(-2)Na_2SeO_3(T4)、271.36g·hm~(-2)Na_2SeO_3(T5)),在苗期、抽穗期、灌浆期叶面喷施,研究不同生育期不同供硒水平对不同品种谷子生理生化指标、产量、品质及硒含量的影响。【结果】不同浓度外源硒叶面处理谷子,不同生育期SPAD、POD、SOD、MDA、GSH和GSH-Px等6个生理生化指标,品种间达极显著差异水平(P0.01),并且除MDA外,其他均主要表现为随着硒浓度的增加呈现先升高后降低的趋势,T3处理达到最大,抽穗期SOD、POD、GSH-Px的活性、GSH含量和SPAD分别比对照增加18%、44%、94%、97.4%和9%,外源硒能够显著提高谷子籽粒硒含量,并且不同喷施时期、不同品种均随着喷施硒浓度的增加而增加,喷施时间对籽粒硒含量的影响为灌浆期抽穗期苗期,不同品种同一时期表现为晋谷50长农35冀谷20。在摄入硒的安全范围内,灌浆期T3处理,晋谷50籽粒硒含量达到0.297 mg·kg~(-1),比对照增加8.6倍。叶面喷施硒可以提高谷子粗蛋白、脂肪、赖氨酸和叶酸等营养品质的含量,不同喷施时期不同品种谷子粗蛋白、赖氨酸和叶酸含量与对照相比,均表现为T3处理增加最多,最高增加了13.9%、17.9%和7.5%。与对照相比,不同浓度硒可以提高谷子产量,具体表现为随着硒浓度的增加先增加后减小,以T3处理达到最大,之后为减小趋势。抽穗期T3处理晋谷50、冀谷20、长农35产量与对照相比分别增加4.9%、4.7%和1.2%。【结论】适量的外源硒对谷子生理特性提升、营养品质改善和产量提高具有促进作用,也有利于富硒功能食品谷子的生产。综合分析,抽穗期喷施亚硒酸钠67.84 g·hm~(-2)为谷子叶面喷施硒的最佳施用期和最佳施用量。     

谷子抗除草剂杂交种去除假杂种技术研究

目前谷子杂交种所用不育系大多属于高度雄性不育系,有5%~10%的自交结实率,因此谷子两系杂交种会有一定比例的假杂种。传统去除假杂种方法是在苗期喷施除草剂去假留真。为了研究更简便、安全、有效去除假杂种的方法,选用拿捕净和咪唑乙烟酸2种除草剂,2019年设置6个浓度（0.2%、0.4%、0.6%、0.8%、1.0%和1.4%）的除草剂药液浸泡种子,筛选最佳浓度;采用阴干、晒干和烘干3种方式,筛选最佳干燥种子方法;2020年把除草剂配入包衣剂对杂交种进行包衣试验,2种除草剂分别设置6个和3个浓度配比。结果表明,采用药液浸泡法时,2种除草剂均采用0.8%浓度最佳,种子均匀沾上药液后捞出阴干或烘干较好。采用包衣方法时,长杂谷466（抗拿捕净类型杂交种）采用“50g包衣剂拌4~5mL拿捕净包衣2.5kg种子”、长杂谷2922（抗咪唑乙烟酸类型杂交种）采用“50g包衣剂拌3mL咪唑乙烟酸包衣2.5kg种子”的方法最佳。     

谷子杂交种与亲本性状的遗传相关性

【目的】探讨谷子杂交种与亲本性状间的遗传相关性,为筛选亲本材料、组配优异杂交种提供理论依据。【方法】用6个谷子高度雄性不育系和10个抗拿捕净除草剂恢复系组配60个组合,2017年种植60个杂交组合及其亲本,通过农艺性状和产量的初步鉴定和统计分析,从中筛选出用4个母本（谷3A、晋29A、51A和910A）、7个父本（K34、M22、K650、K154、K410、K391和K47）组配的7个优势组合。2018年种植7个优势组合及其亲本,测定其10个农艺和产量性状（分蘖数、株高、穗茎长、穗长、穗粗、穗重、粒重、千粒重、出苗至抽穗的天数和小区产量）,对杂交种与亲本在相同性状上进行遗传相关分析,并对父母本各性状与杂交种产量性状（穗重、穗粒重）进行遗传相关分析。【结果】杂交种在穗茎长、抽穗期上有超亲优势,在穗长上超亲优势明显;杂交种与亲本的相关分析表明,杂交种与母本在株高、抽穗期、穗长等性状上存在显著的正相关关系,据2018年分析遗传相关系数分别为0.8841、0.9117和0.8263,前两项达极显著水平;杂交种与父本在分蘖数、株高、穗茎长、穗粗、千粒重等性状上存在显著的正相关关系,据2018年分析遗传相关系数分别为0.8267、0.9618、0.8234、0.7770和0.8404,其中在株高上达极显著水平;母本的分蘖数、株高、抽穗期与杂交种的单株穗重、穗粒重存在显著的正相关关系,其中与单株穗重的相关系数分别为0.3327、0.5439和0.4436,与单株穗粒重的相关系数分别为0.4238、0.4642和0.3487,母本的穗长与杂交种的单株穗粒重存在显著的相关关系,相关系数为0.3698;父本的分蘖数、株高、抽穗期和穗粗与杂交种的单株穗重、穗粒重存在显著的正相关关系,其中与单株穗重的相关系数分别为0.4986、0.4598、0.3367和0.5348,与单株穗粒重的相关系数分别为0.5568、0.4253、0.3659和0.4236,父本分蘖数与杂交种单株穗重、穗粒重的相关性达极显著水平。【结论】父母本与杂交种在分蘖数、株高、穗茎长、穗粗、千粒重等性状上均存在一定的正相关关系,可以通过对亲本这些性状的选择来间接选择杂交组合的优良农艺性状和产量性状,从而选育出优异高产杂交种。     

山西谷子杂交种的高产制种技术

通过对山西省农业科学院谷子研究所选育的4个谷子杂交种进行2 a的制种试验,研究父母本花期动态、父本花粉量、制种田种植方式对制种产量的影响,旨在探明影响山西谷子杂交种高产制种的关键因素。结果表明,父母本的开花高峰期重叠时间对不育系结实起决定性作用,母本开花高峰期较父本早1～2 d最好;种植方式要根据父本花粉量决定,一般父母本2∶4宽窄行种植时制种产量较高,父本花粉量大时可以采用父母本2∶6的种植方式。研究结果对山西谷子杂交种稳步发展以及应用于生产具有重要意义。     

谷子萌发吸水期关键代谢途径的筛选与分析

【目的】谷子适应性强,抗旱耐瘠,是起源于中国的重要作物。通过转录组测序技术分析谷子萌发不同吸水期的转录组差异,以期获得谷子萌发过程中的差异表达基因,寻找调控谷子萌发的重要代谢途径和代谢物。【方法】以晋谷20为材料,构建谷子萌发过程中开始快速吸水期、滞缓吸水期和重新大量吸水期的cDNA文库,进行转录组分析;采用K-Means开展基因表达聚类分析;利用DESeq筛选差异表达基因;通过COG、GO、KEGG等对差异表达基因进行功能注释;利用KEGG富集挖掘不同吸水期调控种子萌发的关键代谢途径和关键基因;并采用qRT-PCR验证其可靠性;用HPLC分析关键代谢物含量。【结果】转录物测序分析获得谷子萌发开始快速吸水期、滞缓吸水期和重新大量吸水期覆盖整个基因组的基因表达谱,共获得33 643个基因,识别9个具有不同表达模式的共表达基因簇。比较种子萌发的开始快速吸水期与滞缓吸水期、滞缓吸水期与重新大量吸水期、开始快速吸水期与重新大量吸水期,分别筛选出3 893、4 612和8 472个差异表达基因。KEGG富集分析表明,3个比较的差异表达基因都显著富集到phenylpropanoid biosynthesis、phenylalanine metabolism、starch and sucrose metabolism代谢途径;开始快速吸水期与滞缓吸水期、开始快速吸水期与重新大量吸水期的差异表达基因还显著富集到plant hormone signal transduction途径。并且3个比较中富集到phenylpropanoid biosynthesis和phenylalanine metabolism代谢途径的差异表达基因数都最多,其中过氧化物酶基因（peroxidase）比例最高。通过qRT-PCR对4个苯丙烷生物合成途径相关基因的分析表明,其表达趋势与转录组分析结果基本一致,其中,4-香豆酸-CoA连接酶3（4-coumarate-CoA ligase 3）在谷子种子中存在已形成mRNA,萌发吸水过程中呈先下调后上调再下调的表达趋势。苯丙烷类相关代谢物含量分析显示,芥子酸在种子中大量储备,在萌发过程中呈下调趋势;阿魏酸、对香豆酸和咖啡酸呈先上调后下调趋势。【结论】谷子萌发过程中,不同吸水期的差异表达基因显著与苯丙烷生物合成途径和苯丙氨酸代谢途径相关;其上游基因4-香豆酰-辅酶A连接酶和下游基因过氧化物酶家族成员在谷子萌发响应水分过程中发挥调控作用;中间产物芥子酸可能参与种子的休眠与萌发。     

全生育期水分控制对谷子生长发育及品质的影响

以谷子品种长生13为材料,利用人工旱棚及滴灌进行水分控制,研究了在全生育期内进行水分控制对谷子生长发育及品质的影响。结果显示,随浇水量减少,谷子株高、穗粗、穗重、结实率、产量及单株干物质量逐渐减小,浇水量与株高、穗重、结实率和产量呈显著正相关;随着浇水量的减少,谷子旗叶相对叶绿素含量和顶三叶叶面积降低;谷子峰值黏度、直链淀粉、胶稠度、脂肪和粗蛋白含量均呈先增后减的趋势。上述结果表明,谷子在全生育期内适度的浇水量有利于谷子产量的提高和品质的改善。     

晋麦63号选育方法的探讨

晋麦 63号是采用水旱交叉选育方法选育的水旱兼用型小麦新品种 ,2 0 0 1年获山西省科技进步一等奖。该品种的选育改变了传统旱地小麦在单一旱地条件下选育。早代在水地条件下选择 ,有利于F1 种量的繁殖和F2 强分离世代基因型的充分表达 ;F3代及以后各世代根据入选单株的不同生态类型分别置于水旱地种植 ,提高了品种的适应性和育种效率 ,达到了抗旱与高产的相结合 ,从而保证了所选品种具有良好的综合农艺性状。