光温敏两系杂交谷子研究现状及发展前景

许寅生　许建铭　赵海洋　任文义　赵治海

摘要从杂交谷子的研究经历、研究成果、主要特点、产业化水平与发展前景等方面，阐述了杂交谷子的研究现状与发展前景，以此为杂交谷子的研究与生产提供参考。

关键词杂交谷子；研究经历；研究成果；主要特点；产业化水平；发展前景

中图分类号S515文献标识码A文章编号0517-6611（2014）04-01016-02

作者简介许寅生（1974- ），男，河北沽源人，高级农艺师，从事谷子杂种优势的研究和利用工作。*通讯作者，研究员，从事谷子杂种优势的研究和利用工作。

谷子起源于我国，在我国已有7 500年的历史，是中华民族的哺育作物之一。1938年，我国谷子面积为1 000万hm2，占粮食作物种植面积的17%，1947年谷子统计面积为980万hm2，仅次于水稻、小麦。从全国解放至20世纪60年代中后期，我国谷子的播種面积稳定在667万～933万hm2。70年代开始，由于水稻和玉米育种上的进步，单产增幅显著，同时由于交通和军事现代化的发展，马的作用随之减弱，对谷草的需求大幅度减少，谷子的种植面积迅速下降，到1980年全国谷子播种面积约为400万hm2。1980～2000年，改革开放促进了我国经济的快速发展，水利条件逐步完善和化肥投入快速增加，小麦和玉米等高耗水高产作物种植面积增加显著，使得谷子的播种面积再次下降。目前，谷子在我国的播种面积133万hm2左右。

谷子节水抗旱耐瘠性突出，是环境友好作物。随着干旱形势的日趋严重，谷子这种节水抗旱特性必将使它有更大的发展，是种植业结构调整的理想作物，未来的应用市场广阔。从营养和膳食结构来看，谷子营养丰富，且各种营养成分均衡，是公认的食疗粮食，对人们膳食结构的改善和调节具有重要作用，需求逐年增加。

谷子是自花授粉作物且种用量小，主要以常规品种为主，农民自己留种占较大比例，品种退化、混杂严重，造成产量低、品质差，亟待改进。杂种优势利用是提高作物产量的有效途经，玉米、水稻产量因杂种优势利用得到大幅度提高，谷子杂种优势利用是提高产量、改善品质的有效途径。张家口市农业科学院于20世纪90年代研究成功了具有国际领先水平的“谷子光（温）敏不育两系法”，解决了谷子杂种优势利用的关键技术，选育出具有自主知识产权的8个杂交种并应用于生产，累计推广种植40万hm2，最高单产12 150 kg/hm2，谷子不再是低产作物。杂交谷子的选育成功和应用标志着谷子杂种优势利用技术走向成熟，是作物杂种优势利用的又一重大突破，是谷子生产史上的重要里程碑，被媒体誉为“南有杂交稻、北有杂交谷”。为此，笔者对杂交谷子的研究现状和发展前景进行综述。

1研究经历

谷子杂种优势利用从1969年开始联合攻关，研究单位达30多家，研究方法以“质核互作三系法”为主，但关键问题难以解决，需要改变研究方法，另辟蹊径。在此思想指导下，70年代，张家口市农业科学院研究成功了“谷子高度雄性不育两系法”，但存在杂交率低、杂交种中自交种难以去除的问题，利用难度大；80年代，赤峰市农业科学研究所研究成功了“谷子显性核不育三系法”，但存在杂交优势不显著、选育难度大的问题，也未能应用于生产。在这种情况下，张家口市农业科学院谷子课题组改变思路，从光（温）敏雄性不育系入手，建立了光（温）敏两系杂交谷子选育理论技术体系，选育成功系列品种，解决了杂交谷子产业化存在的关键技术问题并应用于生产，实现了产业化。

1995年，发现谷子光（温）敏不育源，选育成功世界上第1个谷子光（温）敏感型雄性不育系“821”[1]；1998年，完成“谷子光（温）敏核不育育性转换机理研究”，通过不同地源谷子品种杂交，可以实现谷子光（温）敏核不育和可育之间的转换；2002年，完成“创造谷子光（温）敏不育技术与规律”研究，阐明了创造谷子光（温）敏不育系的技术与规律。2000年，选育成功第1个光（温）敏两系杂交谷子品种“张杂谷1号”，该品种参加国家西北区早熟组区试，2年平均较对照增产19.78%，生产试验较对照增产22.67%，实际应用比常规种增产30%以上，甚至成倍增产。2006年，选育成功首个光（温）敏两系抗除草剂杂交种“张杂谷2号”。随后，选育成功抗除草剂系列杂交谷子品种“张杂谷3、5、6、8、9、10”等。

2取得的成果

在近40年的谷子杂种优势利用研究中，育成杂交谷子品种8个，常规谷子品种6个，先后取得17项科技成果（6项国际领先水平），其中14项获奖，包括河北省科技进步一等奖1项、河北省科技进步二等奖1项、三等奖4项、四等奖1项；山区创业二等奖1项、三等奖3项，张家口市科技进步一等奖3项。

2.1提出了光（温）敏两系谷子杂种优势利用理论体系谷子杂种优势利用研究从全国联合攻关开始，一直在“谷子高度雄性不育两系法”和“谷子显性核不育三系法”中寻求突破，但这两种方法雄性不育系存在不同问题，导致杂交种不能应用。“谷子显性核不育三系法”存在不育系的不育性受显性基因控制、存在恢复源少、选育优势组合几率低的问题；“高度雄性不育两系法”采用高度雄性不育系和恢复系两系杂交生产杂交种，虽解决了“质核互作三系法”中恢复源少、选育优势组合几率低的问题，但存在不育系不育度低、杂交种纯度低的问题，利用难度大。笔者及其课题组提出并创立的光（温）敏两系谷子杂种优势利用理论体系中光（温）敏雄性不育系在一定的光温条件下可以实现不育或可育，不育用于制种，可育用于繁种，一系两用，应用简便，同时易于选择强优势杂交组合。

2.2选育成功第1个光（温）敏两系杂交谷子品种由于谷子是自花授粉作物，杂交种中不可避免地有部分假杂交种（不育系杂交种），如何分辨真杂交种和假杂交种是应用的关键。谷子苗色是一对核基因控制的性状，绿色由显性基因控制，黄色由隐性基因控制。通过杂交选育携带隐性纯合基因的黄苗不育系与携带显性纯合基因的绿苗恢复系杂交，F1代中绿苗为真杂交种，黄苗为假杂交种，出苗后拔除黄苗。“张杂谷1号”就是利用这一特性，解决了F1代假杂交种难以去除的难题，并在生产上得以应用与推广。

2.3选育成功系列抗除草剂高产优质杂交谷子品种“张杂谷1号”虽利用苗色解决了假杂交种去除的难题，但加大了田间劳动量。为此，利用王天宇等[2]获得的具有抗除草剂“拿捕净”基因的新种质，通过杂交和回交育种把抗除草剂基因导入到恢复系中，用这样的恢复系与不育系配制选育成功首个光（温）敏两系抗除草剂杂交种“张杂谷2号”。该杂交种表现为抗除草剂的特性，苗期田间喷施特定除草剂可以实现杀灭假杂交苗而留下真杂交苗，解决了去除假杂交种劳动强度大的问题。之后，选育成功抗除草剂系列杂交谷子品种“张杂谷3、5、6、8、9、10”等[3]。“张杂谷1、2、3、5、8、10号”被全国粟类专业委员会评为优质米，最高产量达到12 150 kg/hm2，实现了高产与优质的统一。

2.4完成了抗除草剂杂交种应用的生态安全性评估抗除草剂杂交谷子的大量种植是否会造成生态污染，是否会产生抗该除草剂的杂草，一直是研究者关注的问题。“抗拿捕净除草剂谷子种质应用的生态安全性评估”[4]证明，应用该除草剂基因是安全的，并提出了种植抗除草剂谷子种质的应对措施，选用与谷子近缘野生种杂交后育性程度低的抗除草剂品种，可以减少抗除草剂杂草；同时抗、不抗拿捕净品种轮换种植可以减少田间抗除草剂基因的积累率，为谷子抗除草剂基因在今后育种和生产中安全使用提供了重要的科学依据，是较为系统的谷子抗除草剂基因应用安全性研究，并且对其他作物相关研究具有一定的借鉴作用。

2.5提高了不育系繁种和杂交制种产量不育系繁种产量和杂交制种产量是制约杂交种能否应用及种植面积的关键因素。通过研究，提高了杂交谷子繁殖系数，解决了应用成本问题。其中，不育系繁种产量提高到750 kg/hm2，繁殖系数达到1∶100；制种产量提高到22 250 kg/hm2，繁殖系数达到1∶300，种植杂交谷子种子成本同种植玉米相当。

2.6研究并建立了标准化栽培技术体系良种必须有成熟的配套栽培技术，才能实现更高的收益。课题组制定了《谷子杂交种》、《谷子杂交种制种技术操作规程》、《谷子杂交种栽培技术规程》地方标准，解决了无产品标准和不育系繁种、杂交制种、杂交种种植的标准化栽培技术问题，实现了良种良方配套。“春谷高产、抗逆、节水型杂交种选育及产业化技术”（国际领先），提出了“春谷杂交种稀植大穗高产技术”，留苗密度12万～18万株/hm2，通过降低种植密度，在不增加投入情况下，提高单株水分、养分供应量，发挥单株增产优势，实现高产稳产，同时减少除草间苗用工30～45个/hm2。

2.7研究成功种子批量加工技术产业化需要大量的种子，必须实现机械化加工才能满足市场需求。通过对水稻脱粒机械和玉米种子加工机械的改造，实现了种子脱粒、清选、烘干、包衣、包装的机械化，形成了年200万kg种子的加工能力。除草剂和药剂混合包衣技术，可抗白发病、黑穗病，使假杂交种不再出苗，免去了农民田间喷施除草剂的工作。

3杂交谷子主要特点

杂交谷子个体优势明显，根系发达，茎秆坚韧，穗大粒多，单株生产能力强。常规谷子一般单穗长20 cm，粒重只有20 g；而杂交谷子穗长30 cm，穗重50 g，留苗15万株/hm2，产量可达7 500 kg/hm2。

3.1产量高，经济效益显著杂交谷子产量是常规谷子的2倍，与玉米产量、用工相当，但可以实现效益翻番；在夏播区与棉花收益相当，但比棉花省工。2007年创造了谷子最高产12 150 kg/hm2的全国纪录，证明谷子不再是低产作物。

3.2稳产性、适应性强杂交谷子抗旱性、抗倒性强，高抗白发病、黑穗病，适应范围广，稳产性好，产量年度間、地区间变化小，经推广证实是经得起检验的优良种子。

3.3品质好，消费者认可杂交谷子解决了高产与优质的矛盾。小米色泽黄亮，米型整齐一致，口感好，香味浓。“张杂谷1、2、3、5、8、10号”被粟类作物协会评为优质米，同时也得到了消费者的认可。

3.4抗除草剂，省工省力杂交种除草、间苗可以通过喷施专用除草剂完成，节省用工，易于简化栽培和规模化种植，种植谷子同种植玉米一样省工。

3.5抗旱节水杂交谷子的根系总量是常规谷子的1.2～1.5倍，抗旱性比常规谷子更强。种植1 hm2谷子比玉米至少节水1 500 m3，每推广种植1万hm2杂交谷子，每年将节水1 500万m3，生态效益显著。

4产业化水平

依托“河北巡天农业科技有限公司”建立种业产业化体系，利用企业资金、人力和网络优势与科研优势结合，在繁种、制种、种子加工、示范、推广、技术服务等方面全方位合作，形成种子产业化的完整链条。以张家口市坝下各县和邢台巨鹿县为中心，建立了万亩杂交谷子制种基地，年产杂交种150万kg。建设了种子脱粒、清选、烘干、包衣、包装生产流水线，实现了种子加工的机械化，形成了年产300万kg种子的加工能力。整合销售网络与技术服务为一体，改变大部分种子企业销售与技术服务脱钩的状况，建立了由全国11个省份的200多家经销商组成的营销网络，确立了“技术服务”的推广理念，由以往单纯销售种子转变为以技术跟踪服务为主、以销售为辅的“张杂谷”推广模式，为实现良种良方配套、充分挖掘杂交种的增产潜力提供新的思路，有力地推动了杂交谷子产业的发展。杂交谷子已成为新型产业，累计在我国北方11省区推广种植40万hm2，已增产粮食6亿多kg，增收15亿元，节约了宝贵的水资源，收到了良好的社会、经济、生态效益。杂交谷子已走出国门，在非洲埃塞俄比亚、乌干达、马里种植成功，平均产量4 500 kg/hm2左右，比当地主栽作物苔麸增产1～2倍，深受当地农民和政府欢迎。

5发展前景

随着人们生活水平的不断提高，对膳食的营养和保健作用的要求越来越高。小米营养丰富、均衡，具有食疗保健作用，且多种植在无污染的山区，是优质的无公害食品，符合群众对营养保健的要求，深受欢迎，近年来小米的需求不断增加。

杂交谷子具有高产、优质、节水、省工、适应性强等特点，在生产中比常规谷子表现出更好的增产增收效果和比较优势，正在逐渐替代常规谷子成为谷子播种区的主栽品种。

我国面临着水资源严重短缺的问题，充分发挥杂交谷子的增产和节水优势，既是国家粮食安全的要求也是生态安全的要求。随着干旱对农业生产的限制加重，杂交谷子种植面积将会逐年上升，为保障我国粮食安全和生态安全作出更大贡献。

参考文献

[1] 赵治海，崔文生，杜贵，等.谷子光（温）敏不育系821选育及其不育性与光、温关系的研究[J].中国农业科学，1995，29（5）：23-31.

[2] 王天宇，辛志勇，石云素，等.抗除草剂谷子新种质的创制、鉴定与利用[J].中国农业科技导报，2000（5）：62-66.

[3] 王晓明，王峰.谷子光（温）敏两系杂交种“张杂谷”系列品种简介[J].河北农业科技，2007（4）：20-21.

[4] 王天宇，闫洪波，黎裕，等.谷子抗除草剂基因从栽培种向其近缘野生种漂移的研究[J].作物学报，2001（6）：681-687.