趙培方

（云南省農(nóng)業(yè)科學院甘蔗研究所/云南省甘蔗遺傳改良重點實驗室，開遠661699）

美國高產(chǎn)高糖多抗甘蔗育種技術(shù)培訓總結(jié)

趙培方

（云南省農(nóng)業(yè)科學院甘蔗研究所/云南省甘蔗遺傳改良重點實驗室，開遠661699）

筆者于2013年11月至2014年5月在美國農(nóng)業(yè)部運河點甘蔗育種站開展了為期180d的訪問學者工作，重點就甘蔗實生苗大田移栽前黑穗病、宿根矮化病和銹病接種脅迫開展了合作研究。同時，全程參與了對方雜交組合選配，雜交種子生產(chǎn)，家系評價，多個試驗圃品系篩選，主要病害抗性鑒定工作。現(xiàn)將開展的合作研究工作進行總結(jié)，供同行參考。

甘蔗；早期選擇；育種技術(shù)

甘蔗是我國最主要的糖料作物，蔗糖產(chǎn)量占食糖產(chǎn)量的91.7%。回顧過去，只有1995/1996、2002/2003和2007/2008三個榨季食糖生產(chǎn)實現(xiàn)了自足，其他榨季均保持200萬t左右的進口量。且我國食糖人均消費正以約6.2%的速度增長，而食糖產(chǎn)量的增速僅保持在2.8%左右。高產(chǎn)高糖多抗甘蔗新品種的選育并推廣應(yīng)用，是在相同土地資源生產(chǎn)更多糖料的有效措施。甘蔗新品種選育是一項長期且需持續(xù)開展的研究工作。通過積極開展國際合作，借鑒國外甘蔗育種機構(gòu)先進經(jīng)驗和引進優(yōu)良種質(zhì)資源，將有利于促進甘蔗育種技術(shù)創(chuàng)新，提高甘蔗育種效率。

美國農(nóng)業(yè)部運河點甘蔗育種站（USDA ARS Sugarcane Field Station at Canal Point）建于1920年，主要職責為向路易斯安那州和德克薩斯州提供雜交花穗和為佛羅里達州選育甘蔗新品種。通過與佛羅里達大學和佛羅里達甘蔗聯(lián)盟聯(lián)合選育的CP型甘蔗品種不僅占佛羅里達州種植面積的83%，且在國際上具有較高的知名度。CP型品種在哥斯達黎加、薩爾瓦多、危地馬拉、洪都拉斯、尼加拉瓜、巴拿馬和塞內(nèi)加爾分別占25%、70%、65%、60%、66%、15%和50%的種植面積（數(shù)據(jù)由Jack C.Comstock提供）。在中國，約100個甘蔗品種均來自CP系列親本。該機構(gòu)不僅在高產(chǎn)高糖育種方面積累了較為豐富的材料基礎(chǔ)和技術(shù)儲備，且在抗病育種方面具有較強的專業(yè)團隊，其負責人Jack C.Comstock是甘蔗病害研究方面的知名專家。為了加強云南與美國甘蔗科技合作，2012年5月12—17日，美國農(nóng)業(yè)部運河點甘蔗育種站負責人Jack C.Comstock博士和美國佛羅里達大學Richard Rald教授應(yīng)邀前來云南省農(nóng)業(yè)科學院甘蔗研究所進行了為期6d的學術(shù)訪問與交流，雙方簽訂了人才培養(yǎng)和科技交流方面的協(xié)議，為此次出訪執(zhí)行境外培訓計劃奠定了良好的前期基礎(chǔ)。

另外，該培訓計劃執(zhí)行人通過執(zhí)行2009年度國家外專局中長期境外培訓計劃“泰國強宿根甘蔗育種技術(shù)培訓”，引進了泰國強宿根甘蔗早期選擇技術(shù)，并在團隊成員的共同努力下進行集成創(chuàng)新，初步形成了集宿根性測試[1]、黑穗病[2]、宿根矮化病[3]和花葉病[4]接種脅迫的甘蔗早期選擇技術(shù)，已在約20萬實生苗上應(yīng)用。但在病害接種技術(shù)和評價方法方面有待進一步完善。通過執(zhí)行此次培訓計劃，實地交流和參與對方科研工作，借鑒美國農(nóng)業(yè)部運河點甘蔗育種站在高產(chǎn)高糖多抗甘蔗新品種選育方面的經(jīng)驗和做法，以期進一步完善我所的甘蔗早期選擇技術(shù)?，F(xiàn)將培訓期間開展的研究工作及學習收獲總結(jié)如下，供同行參考。

1 雜交組合選配及雜交種子生產(chǎn)

1.1 雜交花穗生產(chǎn)概況

甘蔗是高度雜合的異源多倍體植物，任何雙親間的雜交均產(chǎn)生極為廣泛的分離，然而，綜合性狀優(yōu)良的分離極少。世界主要甘蔗育種機構(gòu)均采取大規(guī)模生產(chǎn)雜交種子的方式，以獲得更多優(yōu)良的基因型供選擇。佛羅里達州運河點具有優(yōu)良的自然開花條件和完善的雜交設(shè)施，為路易斯安那州和德克薩斯州生產(chǎn)雜交花穗是其主要任務(wù)之一。培訓期間，全程參與了2013/2014雜交季雙親雜交和多元雜交花穗生產(chǎn)，部分雜交組合選配和甘蔗實生苗培育等工作。本雜交季共計選配雜交組合1631個，生產(chǎn)雜交種子約200萬粒，其中向外提供約130萬粒，運河點保留70萬粒，使用甘蔗親本296個。

1.2 雜交組合選配

運河點甘蔗育種站雜交組合選配主要由負責育種的科學家完成。負責其他研究方向的研究人員將雜交親本的所有信息匯總反饋，供雜交組合選配參考。包含親本的蔗糖分、產(chǎn)量、有效莖、家系試驗的配合力以及病害抗性鑒定結(jié)果。雜交組合的選配主要依據(jù)雙親開花情況和性狀互補。銹病是佛羅里達州最主要病害，病理學團隊完成了幾乎所有親本褐銹病抗性的分子標記鑒定和黃銹病抗性的人工鑒定供育種參考。雜交組合選配過程中，此為參考最多的信息之一。通過參與雜交組合選配，掌握了含抗褐銹病性基因Bru1和Bru2的CP型甘蔗親本及其分子標記抗性鑒定方法，掌握了主要CP型親本對宿根矮化病的抗性等級。因我國大量使用CP型親本開展雜交育種，這些病害抗性信息將可直接用于CP型親本的選配。

1.3 親本類型

在雜交親本的選擇方面，國內(nèi)較為重視親本的多樣性，而運河點甘蔗育種站使用最多的為美國本土自育的高產(chǎn)高糖甘蔗親本。主要原因為對自育親本掌握的信息量較為豐富，且蔗區(qū)及甘蔗生產(chǎn)模式長期較為一致，形成了長期一致的高產(chǎn)高糖多抗適宜機械化收割的育種目標。不同類型親本的雜交次數(shù)百分比依次為：CP型（36%），HoCP型（20%），Ho型（19%）；編號US的親本為割手密后代，占5%；CPCL型占3%；多元雜交占6%。對綜合性狀優(yōu)良的親本進行大量雜交，如CP01-2390、Ho07-613、HoCP09-814、CP05-1616、CP07-2547、CP84-1198、HoCP04-852、CP06-2897、CP08-1553和HoCP96-540這10個親本的雜交次數(shù)均在50次以上。另外，運河點對親本的更新較快，所使用的親本主要為較新的品種（系），編號2000年以后的親本占總雜交親本的84%，其中，09至11型親本比例高達50%，2000年以前的親本僅占約16%。

1.4 嚴格控制自交

控制自交，是提高雜交組合選配預(yù)期效果和家系試驗親本評價信息準確性的有效措施。運河點甘蔗育種站在雜交之前，先對親本開花情況進行觀察，無花粉的親本作為母本雜交，若使用有花粉的親本作為母本雜交，則在雜交之前進行溫水殺雄。采用50℃溫水處理花穗5min，此方法與巴西CTC甘蔗育種公司的做法一致。無論作為商業(yè)育種，還是親本創(chuàng)新的雜交種子生產(chǎn)，均應(yīng)對有花粉的母本進行殺雄。

2 高產(chǎn)高糖多抗甘蔗品種選育

2.1 甘蔗實生苗的培育及種植

實生苗是甘蔗品種選育最基礎(chǔ)的工作之一。2014年共計培育實生苗13萬株，實生苗的管理由專人負責。因?qū)嵣绱筇镆圃詾闄C械種植，因此，所使用的假植盤在設(shè)計上較好地配合大田移栽機械。在實生苗種植方面，其種植株距較大，約50cm，以降低單株間的競爭，促進種性的充分發(fā)揮。實生苗的選擇一般由兩個科技人員同時對1個雜交組合進行篩選，因此，各雜交組合種植2行，篩選時各對1行進行選擇，選擇完后對雜交組合的產(chǎn)量性狀、病蟲害抗性進行分級，為雜交組合的選配提供參考。

2.2 家系試驗和雜種圃

我國自2006年開展甘蔗家系試驗以來，進行了大量的探索和研究，形成了以調(diào)查產(chǎn)量性狀兼顧糖分、病害自然發(fā)生情況等為手段的家系評價技術(shù)。培訓期間，參與了運河點家系評價試驗田間調(diào)查和錘度檢測樣品采集等工作。運河點甘蔗育種站家系試驗評價采取對生勢、病害、倒伏、開花進行分級的簡化方法，為降低人為誤差，家系分級通常由5人共同完成。成熟期取樣測量混合錘度和單莖重，結(jié)合有效莖數(shù)計算家系產(chǎn)量和含糖量。家系試驗的田間調(diào)查量相對國內(nèi)較少，得出的結(jié)果為綜合性分級評價結(jié)果。

實生苗的選擇為田間選擇的第一階段，選擇的準確性將直接關(guān)系到后期品種選育效率。培訓期間，參與了運河點甘蔗育種站實生苗的選擇。叢有效莖、株高、病害發(fā)生情況及空蒲心為主要選擇指標。因雜交親本選配中大量采用多代回交的高產(chǎn)高糖親本，參試實生苗中蒲心實生苗的比例極低。在入選率方面，盡管采用50cm的種植株距，科技人員仍認為需保持較高的入選率以降低錯選和漏選的幾率。一般保持高達25%的入選率，國內(nèi)甘蔗育種機構(gòu)為降低后期試驗土地及資金的投入，通常保持約5%的入選率。在實生苗入選材料繁殖方面，國內(nèi)采取全部蔗莖繁殖的方式，而運河點甘蔗育種站僅采用1條蔗莖進行繁殖，即在保持較高入選率和后期相同試驗資源投入的情況下，可對更多品系進行篩選，此為值得鑒借的經(jīng)驗。

2.3 品系篩選

在美國農(nóng)業(yè)部運河點甘蔗育種站傳統(tǒng)品種選育程序中，僅實生苗，選種圃和鑒定圃在站內(nèi)開展，其他兩個選育階段通過與制糖企業(yè)和佛羅里達大學聯(lián)合，在站外約10個試驗點進行，試驗一般保留2年宿根。但經(jīng)過大量研究，沙土和淤泥土條件下篩選具有較大差異，因此，近年已同時在沙土和淤泥土壤上開展品種選育。培訓期間，參與了對方站外試驗產(chǎn)量、主要病害抗性評價，所有性狀均為分級評價法，調(diào)查方法極為簡化，但參與調(diào)查的人員均為各單位甘蔗育種、病害研究及農(nóng)藝研究方面的專家。調(diào)查結(jié)果將作為品種審定的重要依據(jù)。

2.4 品系抗病性鑒定及篩選

培訓期間，通過參與病害研究團隊開展的工作。了解了對方在銹病、黑穗病、宿根矮化病等主要甘蔗病害方面開展的研究工作。運河點甘蔗育種站病害研究的主要任務(wù)是為甘蔗品種選育提供參考。自品種選育的第二階段，相當于我國甘蔗“五圃制”選育的鑒定圃，對所有品系進行黑穗病、銹病和宿根矮化病等主要病害進行人工接種鑒定。經(jīng)過多次抗性鑒定，入選至最后階段的品系均表現(xiàn)較強的抗病性。抗病性強的品系，再次作為親本雜交利用。我國在甘蔗品種選育過程中，通常至品種選育的最后階段才進行主要病害的抗性鑒定，被鑒定為感病的品系棄之可惜，留之難于被生產(chǎn)接受。

3 甘蔗早期選擇技術(shù)研究

甘蔗是無性繁殖作物，自雜交完成后，獲得實生苗后的篩選均為無性繁殖，即在基因型不變的情況下篩選。在實生苗移栽大田之前，若能采取一定措施，對實生苗進行病害脅迫，促進實生苗在大田移栽前表現(xiàn)出對主要病害的抗感特性，將有利于在早期階段淘汰感病單株，或在早期選擇階段淘汰表現(xiàn)感病的品系。執(zhí)行人通過執(zhí)行國家外專局境外培訓計劃“泰國強宿根甘蔗育種技術(shù)培訓”，集團隊力量開展技術(shù)創(chuàng)新，已初步形成甘蔗實生苗大田移栽前發(fā)株測試、黑穗病、花葉病和宿根矮化病接種脅迫的早期選擇技術(shù)。但在病害接種及評價方面還需進一步完善。此次培訓期間，借鑒運河點甘蔗育種站在甘蔗病害研究方面的經(jīng)驗，開展了宿根矮化病、黑穗病和銹病的大田移栽前接種脅迫研究。

3.1 黑穗病

甘蔗黑穗病是我國主要的甘蔗病害之一，對該病害最有效的防治方法為推廣抗黑穗病甘蔗品種。培訓期間，選用高產(chǎn)高糖感黑穗病親本CP01-2390與其他親本選配的12個雜交家系為研究材料，獲得雜交種子后播種獲得實生苗，在實生苗約4片葉齡時，進行假植。假植之前，配制黑穗病孢子懸浮液，將實生苗根部浸泡在孢子濃度為1×105的懸浮液中30min。因黑穗病孢子在懸浮液中4h內(nèi)萌發(fā)，因此，接種應(yīng)在4h內(nèi)完成，若進行大規(guī)模接種，應(yīng)多次配制孢子懸浮液。假植后置于溫度28℃的溫室中過夜培養(yǎng)。因黑穗病癥狀在甘蔗拔節(jié)前才可見，而試驗時間相對較短，目前仍未表現(xiàn)癥狀。但從接種方法上，相對我們所開展的室外接種，此為可控溫操作，且在懸浮液配制方面，無需收集大量黑穗病孢子。對完善我所實生苗大田移栽前黑穗病接種技術(shù)具有較好參考價值。

3.2 宿根矮化病

甘蔗宿根矮化病為我省最主要的甘蔗病害之一，感病品種在種植后宿根發(fā)株差、蔗莖變細及節(jié)間變短而導(dǎo)致產(chǎn)量損失。其傳染主要通過種莖刀口傳播，我所結(jié)合實生苗去頂進行宿根矮化病接種。試驗假設(shè)在實生苗假植過程中，對根部的損傷亦可導(dǎo)致侵染。培訓期間，采用對宿根矮化病不同抗感水平的9個親本選配9個自交群體，播種獲得實生苗后，采用根部浸泡的方式進行宿根矮化病接種脅迫，病原收集于高感宿根矮化病品系CP53-1，接種過程控制蔗汁溫度在20℃以下。宿根矮化病從表型癥狀上較難判斷，但抗性差的實生苗感病后在品系篩選過程中將因產(chǎn)量表現(xiàn)較差被逐漸淘汰。試驗結(jié)果有待實生苗成莖后取樣進行組織印跡檢測。

3.3 銹病

銹病是世界性的甘蔗病害，銹病的防治及抗銹病品種選育是運河點甘蔗育種站當前最主要的研究任務(wù)之一。銹病可通過農(nóng)藥來防治，但成本較高。最經(jīng)濟有效的措施為種植抗銹病品種。培訓期間，采用14個自交家系實生苗為研究對象，各家系分別接種黃銹病和褐銹病。在實生苗4片葉齡時，采用1×104～5×104孢子濃度進行噴霧接種，接種后放置于溫度18.3℃的溫室中，加濕過夜。接種后200倍顯微鏡下觀察可見附于葉片上的銹病孢子。黃銹病在接種15d后可表現(xiàn)癥狀，褐銹病在接種7d后可表現(xiàn)癥狀。

各實生苗的抗感病情況采用0～4級分級評價，0為高抗，4為高感。結(jié)果表明，僅約7%的實生苗高抗黃銹病，7%的實生苗抗黃銹??；3個親本CP00-1825、CP92-1167和TCP87-3388的自交群體中，高抗黃銹病的實生苗比例分別為30%、22%和21%；對于褐銹病，僅約2%的實生苗表現(xiàn)高抗，33%的實生苗表現(xiàn)為抗；CP94-1100和CL88-2747的自交群體中，高抗的實生苗百分比均為13%。若僅入選抗的實生苗，86%的實生苗可因感黃銹病在大田移栽前被淘汰，65%的實生苗可因感褐銹病在大田移栽前被淘汰。銹病是較容易接種且發(fā)病癥狀容易在大田移栽前可觀測的病害之一，可作為抗銹病甘蔗育種的主要技術(shù)方法。

S566.5

B

1007-2624（2015）03-0075-04

10.13570/j.cnki.scc.2015.03.028

2014-10-29

國家外專局審出國（境）培訓計劃“美國高產(chǎn)高糖多抗甘蔗育種技術(shù)培訓”（CG2013530001）；國家甘蔗產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系（CARS-20-1-1）；國際科技合作與交流專項子項目“國外甘蔗種質(zhì)資源引進與繁殖鑒定”（2010DFB33340-6）。

趙培方（1981-），男，云南省石林縣人，主要從事甘蔗遺傳育種研究，電子郵箱：hnzpf@163.com