高立榮等

摘 要：用自交不親和性制種，實(shí)現(xiàn)普通蕎麥雜種優(yōu)勢(shì)利用；創(chuàng)新雜交制種生產(chǎn)技術(shù)，提高效率，降低生產(chǎn)成本。將育成的近交系親本矮B系與矮C系等量、混合種植，借助蟲(chóng)媒、風(fēng)媒授粉，進(jìn)行雜交制種。成熟后混合收獲、脫粒，用機(jī)械將矮BF1（正交F1代）與矮CF1（反交F1代）分開(kāi)，分別用于生產(chǎn)。制種田沒(méi)有固定的父本，所收獲種子95%是雜交種。正交F1代超親優(yōu)勢(shì)為26.1%，反交F1代超親優(yōu)勢(shì)為30.2%，平均優(yōu)勢(shì)為38.4%；試驗(yàn)表明，另一組合矮A系與恢3系所配雜交種比對(duì)照增產(chǎn)25.64%～44.87%，被審定為‘榆蕎4號(hào)品種。制種田省去了父本和按行比種植的工序，不僅提高了制種產(chǎn)量，降低了生產(chǎn)成本，而且制種效果好，在蕎麥雜種優(yōu)勢(shì)利用上，是一種新的雜交種生產(chǎn)技術(shù)，可用于大規(guī)模生產(chǎn)雜交種。

關(guān)鍵詞：普通蕎麥；自交不親和；近交系；互交制種

中圖分類(lèi)號(hào)：S517，S334 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 論文編號(hào)：2014-0005

Abstract： The aims were to study the technology of self-incompatibility Two-line Reciprocal Cross in common buckwheat seed production to achieve full utilization of common buckwheat heterosis， and to innovate current hybrid seed production technologies to boost efficiency and reduce production cost. Same quantities of parental inbred line “dwarf line B” and“ dwarf line C” were mixed together and planted to produce hybrid seeds with the aid of insect and wind pollination. After ripeness， the mature seeds were harvested， unshelled and separated into orthogonal dwarf line B （F1） seeds and reciprocal cross dwarf line C （F1） seeds for future planting with vibrating screen. No fixed male parent was needed in seed production and 95% of the harvested seeds were hybrid. Heterobeltiosis of orthogonal dwarf line B （F1） seeds and reciprocal cross short line C （F1） seeds were 26.1% and 30.2% respectively， with an average heterosis of 38.4%.According to the trial， the production of another type of hybrid seed named ‘YuQiao 4， which was yielded through the combination of “dwarf line A” and “fertile line 3”， increased by 25.64%-44.87%， as compared to the controls. This new technology in seed production could eliminate the male parent and the conventional row plant； therefore it yielded higher production， lower cost and high quality seeds. It was an innovative technology for full utilization of common buckwheat heterosis， and could be applied to mass production of hybrid seeds.

Key words： Common Buckwheat； Self-incompatibility； Inbred； Reciprocal Cross Seed Production

0 引言

農(nóng)作物雜種優(yōu)勢(shì)的利用，極大地提高了作物的產(chǎn)量，但現(xiàn)行的雜種優(yōu)勢(shì)利用方法存在制種程序繁瑣、費(fèi)時(shí)，不利于機(jī)械化作業(yè)，種子成本高等問(wèn)題。例如，目前，不論是糧食作物、油料作物還是蔬菜作物的雜交種子生產(chǎn)，均采用父、母本親本系按一定行比種植，成熟后要分別收獲，父本的作用只是為母本授粉，收獲的母本行種子為雜種F1代；有些作物還要人工去雄、噴霧化學(xué)溶液去雄、蕾期剝蕾授粉等[1-2]，這樣存在制種產(chǎn)量低、投工多、成本高的缺點(diǎn)。國(guó)內(nèi)外很多學(xué)者、專(zhuān)家有同樣的認(rèn)識(shí)，并提出了不同的改進(jìn)意見(jiàn)。如英國(guó)的Murashige提出了用人工種子固定雜種優(yōu)勢(shì)，省去每年制種的程序；中國(guó)學(xué)者趙世緒明確提出利用無(wú)融合生殖固定雜種優(yōu)勢(shì)的設(shè)想；袁隆平院士提出“三系法—兩系法—一系法”雜交水稻的發(fā)展戰(zhàn)略。其中一系法雜交水稻也是指利用無(wú)融合生殖固定雜種優(yōu)勢(shì)，即培育不分離的F1雜種，免除每年制種[3]。從中可以看出，以上3位專(zhuān)家建議的共同點(diǎn)是：雜種優(yōu)勢(shì)利用要向“程序由繁到簡(jiǎn)，效率越來(lái)越高”的方向發(fā)展。但是，目前不論是人工種子的研究，還是無(wú)融合生殖的研究，仍處在探索階段[4-6]。

筆者長(zhǎng)期在農(nóng)業(yè)第一線工作，多年從事蕎麥育種研究，也進(jìn)行過(guò)種業(yè)生產(chǎn)，體驗(yàn)過(guò)玉米制種不分炎熱、風(fēng)雨天氣人工去雄之辛苦，深感改進(jìn)雜交制種生產(chǎn)技術(shù)的必要性；更有幸去德國(guó)進(jìn)修現(xiàn)代農(nóng)業(yè)技術(shù)，更加明確了傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)制種技術(shù)與先進(jìn)的現(xiàn)代農(nóng)業(yè)技術(shù)之差距。激發(fā)了創(chuàng)新雜交制種技術(shù)的信心，經(jīng)過(guò)10余年的反復(fù)實(shí)踐，試驗(yàn)成功研制了“普通蕎麥自交不親和兩系互交制種技術(shù)”，這項(xiàng)技術(shù)可以省去制種田固定的父本，提高制種產(chǎn)量，而且簡(jiǎn)便、易行，可利用機(jī)械化作業(yè)，提高效率，降低成本。2010年，由陜西省科技廳組織，對(duì)本項(xiàng)研究進(jìn)行了成果鑒定。

1 材料與方法

1.1 普通蕎麥自交不親和特征特性

普通蕎麥（F.esculentum Moench，2n=16）也叫甜蕎，屬蓼科蕎麥屬，1年生草本，自交不親和（雄配子功能正常），異花授粉作物。在群體中有2種花型，一種是長(zhǎng)花柱、短花絲，另一種是短花柱、長(zhǎng)花絲，二者比例是1：1。2種花型相互授粉，能夠正常結(jié)實(shí)；同一植株、同一花型的不同植株，相互授粉不結(jié)實(shí)[7-8]；花型控制基因，長(zhǎng)花柱受核內(nèi)純合隱性基因（ss）控制，短花柱為一雜合基因（Ss）。因此，相互授粉（即長(zhǎng)花柱×短花柱或短花柱×長(zhǎng)花柱）的任何一株籽粒都能產(chǎn)生大約1/2長(zhǎng)花柱短花絲類(lèi)型和1/2短花柱長(zhǎng)花絲類(lèi)型，且可以延續(xù)繁衍[9-10]。

1.2 近交系親本來(lái)源與選育方法

1.2.1 近交系矮A 1993年秋季，從“蒙822（♀）×信濃1號(hào)（♂）”的回交后代（B1C1）群體中發(fā)現(xiàn)一個(gè)矮變植株，經(jīng)過(guò)11個(gè)世代的提純選育，育成遺傳性狀穩(wěn)定，株高80 cm（屬于半矮稈），籽粒黃褐色，白花，千粒重32 g的近交系。

1.2.2 近交系恢3 2003年從日本蕎麥‘北海道品種中選出的優(yōu)良單株，經(jīng)過(guò)10個(gè)世代系選，育成遺傳性狀穩(wěn)定，株高100 cm，籽粒黃褐色，白花，千粒重32.5 g的近交系。

1.2.3 近交系矮B 2002年，從國(guó)內(nèi)蕎麥優(yōu)良品種中，選出一株部分花序呈對(duì)生狀排列的變異植株，用一株傳的選育方法，經(jīng)過(guò)10個(gè)世代的選育，育成遺傳性狀穩(wěn)定，株高80 cm（屬于半矮稈），籽粒黑色，白花，千粒重33 g的近交系。

1.2.4 近交系矮C 2004年，從日本蕎麥與中國(guó)蕎麥混雜群體中，選出一株籽粒帶棱翅的變異植株，采用一株傳的方法，經(jīng)過(guò)10個(gè)世代的選育，育成遺傳性狀穩(wěn)定，株高90 cm，白花，籽粒有翅、黑色，千粒重35 g的近交系。

1.3 兩系互交制種方法

將育成的親本矮A系和恢3系等量、混合種植，借助蟲(chóng)媒、風(fēng)媒傳粉，成熟后，混合收獲F1代（‘榆蕎4號(hào)品種）。也可隔行種植，按行分別收獲矮A系F1和恢3系F1；另一組合是親本矮B系與矮C系制種，將兩系親本等量、混合種植，借助蟲(chóng)媒、風(fēng)媒傳粉，成熟后混合收獲，再用相應(yīng)孔徑振動(dòng)篩分類(lèi)（親本矮C系有棱翅），篩下的是正交F1（矮B系×矮C系）；篩上的是反交F1（矮C系×矮B系），分別用于生產(chǎn)（正在試驗(yàn)中）。

2 結(jié)果與分析

2.1 矮A系與恢3系互交制種F1、親本、對(duì)照產(chǎn)量比較試驗(yàn)

2008年，矮A系與恢3系隔行種植，進(jìn)行互交制種，按行分別收獲的F1與親本，并和對(duì)照進(jìn)行一個(gè)重復(fù)產(chǎn)量比較試驗(yàn)，小區(qū)面積20 m2。從表1中可看出，矮AF1超親優(yōu)勢(shì)41.25%，平均優(yōu)勢(shì)是59.72%，對(duì)照優(yōu)勢(shì)是44.87%；恢3F1超親優(yōu)勢(shì)是22.50%，平均優(yōu)勢(shì)是38.52%，對(duì)照優(yōu)勢(shì)是25.64% 。

2.2 矮B系與矮C系互交制種F1與親本產(chǎn)量比較試驗(yàn)

2011年，將矮B系與矮C系等量混合播種，成熟后混合收獲F1種子，2012年與親本進(jìn)行了4個(gè)重復(fù)的產(chǎn)量比較試驗(yàn)，小區(qū)面積1.2 m2，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表2。從表2中可看出F1超親優(yōu)勢(shì)為33.1%，而平均優(yōu)勢(shì)為37.7%。

2012年將矮B系、矮C系依次隔行種植，進(jìn)行互交制種，成熟后分別按行收獲矮BF1、矮CF1。2013年，將上年收獲的2個(gè)F1與2個(gè)親本系進(jìn)行3個(gè)重復(fù)的產(chǎn)量比較試驗(yàn)，小區(qū)面積5 m2。試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表3，從表2、表3可看出，這一組合在不同年度制種的F1其雜種優(yōu)勢(shì)表現(xiàn)穩(wěn)定。3年平均優(yōu)勢(shì)在36%以上；超親優(yōu)勢(shì)在22.5%～41.25%。還可從表1、表2、表3可以看出，互為親本制種產(chǎn)量也高，在中等地力產(chǎn)量1800 kg/hm2，在中上等地力產(chǎn)量可達(dá)到2250 kg/hm2以上。

2.3 矮A系、恢3系互交制種F1與常規(guī)品種產(chǎn)量比較試驗(yàn)

‘榆蕎4號(hào)品種參加了第7輪全國(guó)甜蕎區(qū)域試驗(yàn)，3年產(chǎn)量平均第1位，共17個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)，其中在11個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)居第1位、2個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)居2、3位，有一年比對(duì)照增產(chǎn)18%；參加生產(chǎn)試驗(yàn)，比對(duì)照增產(chǎn)17.5%，比當(dāng)?shù)仄贩N增產(chǎn)15%（表4）另外，山西省大同市農(nóng)科所引進(jìn)‘榆蕎4號(hào)品種與當(dāng)?shù)亍矣袷w麥品種進(jìn)行了產(chǎn)量比較試驗(yàn)，‘榆蕎4號(hào)比‘右玉蕎麥增產(chǎn)69.45%（表5）。

2012年，矮B系、矮C系互交制種所獲F1‘蕎雜2號(hào)，2013年參加國(guó)家燕麥、蕎麥體系蕎麥品種展示，在榆林點(diǎn)試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表6，從中可看出，‘蕎雜2號(hào)比其他品種增產(chǎn)16.3%～129.3%。

3 結(jié)論與討論

3.1 兩系互交制種產(chǎn)量高、省工、成本低，制種效果好

兩系互交制種方法簡(jiǎn)便，在制種田省去了固定父本（由互為母本系的花粉代替），擴(kuò)大了1/4的制種面積（父、母本1：3）可增收1/4的制種產(chǎn)量；可以省去父母本系按行比種植和分別收獲的人工投入；兩系雜交親本按等量混合后可以用機(jī)械播種、機(jī)械收獲，更能降低成本；其次，2個(gè)母本系屬半矮稈類(lèi)型，耐肥力，可在中上等地力種植，制種產(chǎn)量高，一般產(chǎn)量1800～2250 kg/hm2。

兩系互交制種技術(shù)效果好，經(jīng)統(tǒng)計(jì)雜種率95%，在表1、表2、表3中，F(xiàn)1代超親優(yōu)勢(shì)達(dá)22.5%～41.5%，在表1、表6中，對(duì)照優(yōu)勢(shì)達(dá)25.6%～129.3%，可見(jiàn)其雜種優(yōu)勢(shì)強(qiáng)；大田生產(chǎn)中，‘榆蕎4號(hào)產(chǎn)量達(dá)到3750 kg/hm2，普遍在3000 kg/hm2以上。在河南澠池縣小麥?zhǔn)蘸髲?fù)種，生育期2個(gè)月，產(chǎn)量3000 kg/hm2。證明兩系互交制種效果好，雜種優(yōu)勢(shì)強(qiáng)，且穩(wěn)定性好，是一種新的蕎麥雜交種生產(chǎn)技術(shù)。

3.2 自交不親和性是雜種優(yōu)勢(shì)利用的重要途徑

作物雜種優(yōu)勢(shì)利用，首先要解決的問(wèn)題是去雄，而自交不親和性植物自花不育，正好解決了去雄的難題，是得天獨(dú)厚的種質(zhì)資源。自交不親和性在許多植物中均有發(fā)現(xiàn)，尤其十字花科作物中更為普遍。作為雜種優(yōu)勢(shì)利用的一種途徑，首先在十字花科經(jīng)濟(jì)價(jià)值較高的大白菜、甘藍(lán)、蘿卜等作物獲得成功。中國(guó)20世紀(jì)70—90年代育成了很多蔬菜品種：大白菜有青島市農(nóng)業(yè)科學(xué)研究所育成‘青雜早豐、‘青雜中豐；山東農(nóng)科院蔬菜所育成‘山東1號(hào)、‘山東2號(hào)、‘山東3號(hào)。甘藍(lán)有中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院蔬菜所育成‘京豐一號(hào)、‘報(bào)春；大連市農(nóng)業(yè)科學(xué)研究所育成‘迎春、‘繼春、‘秋藍(lán)品種；在國(guó)外，日本、韓國(guó)等蘿卜生產(chǎn)大國(guó)，主要利用蘿卜自交不親和系生產(chǎn)雜交種。然而在十字花科的大田作物油菜中沒(méi)有突破性進(jìn)展。例如，華中農(nóng)學(xué)院傅廷棟教授以自交不親和系作母本，另一甘藍(lán)油菜自交系作父本配制成單交種，但因剝蕾授粉保存自交不親和系，技術(shù)要求高、成本高，在生產(chǎn)中廣泛應(yīng)用受到限制[11]，中國(guó)大面積推廣的‘秦油2號(hào)品種是三系雜交種；在國(guó)外也一樣，瑞典20世紀(jì)利用2個(gè)自交不親和系配制成（A×B）單交組合，因?yàn)樽越徊挥H和系來(lái)源困難而無(wú)進(jìn)展[12]。

蕎麥屬于蓼科作物，自交不親和系繁殖、保持非常容易（與十字花科截然不同），可以進(jìn)行大規(guī)模雜交制種，大面積推廣種植。這是用自交不親和性育成雜交種應(yīng)用在大田作物中的典型；也是第1例制種田無(wú)固定父本的制種技術(shù)，在文獻(xiàn)中沒(méi)有先例，是一項(xiàng)技術(shù)創(chuàng)新。

3.3 兩系互交制種機(jī)理分析

異花授粉是植物進(jìn)化的高級(jí)形態(tài)。植物在長(zhǎng)期的進(jìn)化過(guò)程中，形成了各種有利于異花授粉的機(jī)制，自交不親和性就是其中最為有效的一種。普通蕎麥?zhǔn)亲越徊挥H和的異花授粉作物，育成的近交系親本，是經(jīng)過(guò)10個(gè)以上世代的隔離種植，強(qiáng)迫其姊妹交，讓其成為純合系，這是違背異花授粉植物特性的措施。當(dāng)2個(gè)自交不親和的親本系種在一起制種時(shí)，雌配子對(duì)異系花粉親和力強(qiáng)，敏感性高，促使花粉管生長(zhǎng)快，搶先進(jìn)入胚囊受精而成為雜交種。正如Duvick指出，自交不親和性對(duì)植物育種家都出現(xiàn)2個(gè)差別明顯的前景。一方面它將挫敗產(chǎn)生純合系的努力；而另一方面，它可以進(jìn)行2個(gè)品系的雜交而不須去雄[13]。美國(guó)學(xué)者有蕎麥通過(guò)花粉競(jìng)爭(zhēng)選擇配子體”的報(bào)道[14]。李殿榮等[15]在油菜中也發(fā)現(xiàn)有父本花粉管生長(zhǎng)快的現(xiàn)象。所以，自交不親和兩系互交制種有其生殖學(xué)基礎(chǔ)，至于制種中出現(xiàn)的少量假雜種，是由于始花期、尾花期兩系親本花期不遇，由其中一系姊妹交所造成的，這在不同制種組合中可通過(guò)花期控制來(lái)調(diào)節(jié)。

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致謝：感謝雜交油菜育種專(zhuān)家、研究員李殿榮老師對(duì)本文進(jìn)行了修改。