谷子抗除草劑種質(zhì)的人工雜交技術及應用

常海霞，王高鴻

(山西省農(nóng)業(yè)科學院 谷子研究所，山西 長治 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花習性，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行大面積的人工單粒點播，其次后代真假雜種篩選要根據(jù)雙親的顯性性狀進行分辯，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)資源通過人工雜交快速的獲得新的種質(zhì)很長一段時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行篩選提供了準確、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用[2]。運用抗除草劑材料作父本與其它材料進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逐漸死亡，而真的雜種會自然保留存活，大大提高了真雜種的篩選率，加速了谷子育種進程，是一種快速有效的谷子雜交技術。目前我所應用此法已獲得多個谷子新種質(zhì)材料，并加以利用選育出多個適合我省種植的谷子新品種[2]。現(xiàn)將此技術進行規(guī)范。

1 雜交圃種植

在進行谷子人工雜交育種前應提前做好雜交計劃，選擇好雙親并通過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)就近取粉和配對原則而確定。根據(jù)試驗得出采取父母本以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)

在谷子有性雜交過程中，雙親的花期是否能如期相遇，是人工雜交成功的關鍵條件[3]。因此，為了保證雙親能夠同時進入盛花期，在雜交選種時要對雙親的生育期做到充分的了解和詳細的記錄，以便通過錯期播種的方式調(diào)節(jié)播種期，從而達到雙親同時開花[3]。此次人工雜交技術應用中主要以抗除草劑材料做父本為主，正常播種，對其它材料(品系)做母本的進行播期調(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

雜交前進行母本株的選擇與整穗是人工雜交兩個重要的環(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，兩項工作在人工雜交中意義特別，因此要精心準備。

2.1 母本株的選擇

在谷子抽穗后要每天對母本株進行選擇并掛牌標記，在雜交前二天將準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，第一要選擇能代表本品種主要特征特性且生長健狀的植株。第二要選擇近期即將開花多而集中的小穗為主要對象標記。選擇的標準主要觀察果穗中上部小花的稃是否已膨脹、飽滿和發(fā)亮，如已達到，翌日即可開花。

2.2 整穗

在對谷子雜交母本株選定后，雜交前一天要對谷穗穗碼進行預先修整。谷子是一穗多花作物，每穗穗碼大約在100左右，每碼上又有幾十個小花，單株果穗小花多達數(shù)千。小花間不僅排列較緊而且開花不統(tǒng)一，因此在雜交前一天一定要進行穗碼提前疏理預留，將穗上部及中下部未發(fā)育飽滿的穗碼全部去除，開花多的穗碼也要去除，預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，一般預留總碼數(shù)在10～15個為宜。

谷子整穗應仔細進行，其穗碼上小花集中擁擠，與分枝連接比較牢固，因此在剪或鑷時一定要做到精準，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)用級手術小剪刀及針式鑷子，在人工雜交中才能做到得心應手[3]。

3 雜交方法

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

3.1 簡易雜交法

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

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

3.1.2 取粉 人工取粉也是一項精細而重要的工作，直接決定谷子雜交成敗。谷子開花的特殊性決定了谷子雜交多在早晨進行，而此時谷穗上面露水極為多，給采集花粉帶來一定困難。因此在雜交開始后應有專人進行取粉工作。

應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，在放置一段時間后便可取粉。取粉時要用干燥寬松的一面玻璃紙一面羊皮紙袋進行，便于將父本果穗完全放置于袋內(nèi)，此時應將果穗置于袋內(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折并輕彈紙袋邊緣，可將袋內(nèi)花粉集中于一起，仔細觀察會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)過清水浸泡處理后應立即進行授粉，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毛筆，使花粉散落于柱頭接受花粉。在人工授粉時一定要注意輕蘸輕授，避免傷及柱頭，完不成雜交。母本接授花粉后應用較小的紙袋繼續(xù)套袋保護，防止籽粒脫落及蟲害。最后掛牌標注。

3.2 直接配對法

直接配對法也是將經(jīng)過簡單修整的母本果穗不經(jīng)過去雄的情況下，在次日清晨在隔行父本行選1～2個具有同等開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再次彈動父本，增加授粉機率；次日清晨可重復此操作，直至母本果穗小花全部開完為止。最后將父本果穗取出并用曲別針將袋口封住掛牌進行標記。

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

4 田間檢查

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

5 收獲脫粒

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

6 后代鑒定

將雜交收獲所得的種子按組合進行分類全部種植于鑒定圃，在出苗達到三葉期時進行除草劑的噴施。用有效成分12.5%拿蒱凈除草劑兌水稀成6‰濃度的溶液對谷苗進行噴施，為有效的殺死假雜種，在噴施時一定要均勻的噴在谷苗葉片上。應降低噴施高度，選擇無風時間進行噴施，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始死亡，部分真雜種依然保持旺盛長勢[2]。

7 技術應用

山西省農(nóng)業(yè)科學院谷子所利用抗除草劑材料DSB553做父本與生產(chǎn)上廣泛應用的優(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雜2號、晉谷56、長雜谷1205，分別于2008年、2013年、2015年通過了山西省認定并大面積用于生產(chǎn)[4，5]。2020年通過該技術獲得的抗除草劑新品種長雜谷466即將完成區(qū)域試驗通過認定。另據(jù)報導，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行人工雜交選育出濟谷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，在人工雜交過程中加以充分合理的運用，能快速獲得新的目標性狀種質(zhì)，從而加速作物育種的進程。

通過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率，減少了以往雜交的繁鎖及對真雜種的不確定性，同時還可以快速獲得具有針對性的目標性狀的新種質(zhì)，經(jīng)過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，簡化了栽培管理。因此該技術對今后谷子種質(zhì)創(chuàng)新、新品種選育推廣及簡約化栽培管理都具有極其重要的意義[9]。