山西谷子杂交种的高产制种技术

李会霞，王玉文，田 岗，刘 鑫，刘 红

（山西农业大学谷子研究所，山西长治046011）

谷子杂优利用上还没有三系配套，目前谷子杂交种选育主要利用两系法，不育系有高度雄性不育系[1-3]和光温敏不育系[4-7]，能够在一定条件下自交繁殖不育系种子。所用父本为抗除草剂恢复系（抗性为显性遗传）[8-10]。因高度雄性不育系有5%～10%的自交结实率，用其所配制的杂交种中就混有母本自交种子（假杂种），可以利用除草剂去伪存真。谷子杂交种制种环节是谷子杂种优势利用的重要组成部分，提高谷子制种母本的异交结实率是决定谷子制种产量、进而决定谷子杂种优势利用效率的关键，所以，对谷子制种母本异交结实率影响因素的研究非常重要。

谷子杂交种制种产量偏低、制种成本高，这是制约谷子杂交种推广应用的瓶颈之一。为解决谷子杂交种的制种问题，谷子杂交种育种家对父母本的花期、柱头外露率、改善谷子农艺性状等方面做了大量工作[11-15]，研究认为，母本穗码较松散且柱头外露率高的不育系异交结实率高，父母本的花期相同可以提高制种产量，长穗型恢复系作父本会延长授粉时间等，这些都是提高杂交种制种产量很好的措施。山西省农业科学院谷子研究所通过4 个谷子杂交种2 a 来的制种试验，研究父母本花期动态、父本的花粉量、制种田种植方式等对制种产量的影响，旨在为我省谷子杂交种制种提供理论指导。

1 材料和方法

1.1 试验材料

4 个谷子杂交种长杂谷466、长杂谷333、长杂谷400 和长杂谷2922，均为山西省农业科学院谷子研究所选育（表1）。制种过程中涉及到的母本有3 个不育系：谷3A（从河北省农林科学院谷子研究所引进的华北类型的黄苗中晚熟不育系）、高51A（山西省农业科学院谷子研究所选育的华北类型的绿苗中晚熟不育系）、晋29A（国家谷子体系首席专家刁现民提供的绿苗早熟不育系）；父本有4 个恢复系：K34、K410、K154（山西省农业科学院谷子研究所选育的西北类型的中晚熟类型的抗除草剂拿捕净品系）和M22（从河北省农林科学院谷子研究所引进的抗除草剂咪唑乙烟酸品系）。3 个不育系与4 个恢复系测配的组合均为山西省农业科学院谷子研究所选育的优势谷子杂交组合（表1），其中，长杂谷466 和长杂谷2922 已参加2 a 国家谷子联合试验，表现优良，并且已在生产上进行了较大面积的试验示范，产量优势明显，准备登记推广；长杂谷333 于2019 年也参加了国家谷子联合试验，产量在20 个参试品种中位居第一。

表1 参试谷子杂交组合及特性

1.2 试验设计

制种田2018—2019 年设置在山西省农业科学院谷子研究所试验田。

1.2.1 种植方式对制种产量的影响 2018 年主要对种植方式进行了试验，每个组合制种田均为840 m2，设置4 种种植方式：父母本行比1∶2 等行距（行距33 cm）、父母本行比1∶2 宽窄行（26 cm＋26 cm＋47 cm，2行母本间宽行）、父母本行比2∶4 等行距（行距33 cm）、父母本行比2∶4 宽窄行（26 cm×5＋60 cm，2 行父本间宽行）（图1）。父母本播差期按表1 中设定方案进行。

1.2.2 播差期对制种产量的影响 2019 年在上年研究的基础上，主要进行了播差期的研究试验，各组合均按2∶4 宽窄行种植，每个组合制种面积840 m2，设置3 个播差期处理：A.父母本按原定播差期播种，使父母本花期相同；B.为使母本花期早父本1～2 d，母本在原定播期上提早3 d；C.母本按原定播期播种，相邻的2 行父本其中一行按原定播期，另一行错后3 d 播种，以便延长父本散粉时期。另外，长杂谷333 制种田增加一个处理，种植方式采用父母本行比2∶6 宽窄行（26 cm×7＋60 cm）种植。2019 年试验组合和处理如表2 所示。所有制种田留苗密度均为45 万株/hm2。所有制种田在开花期均采用人工辅助授粉，8：00 左右用竹竿敲父本穗进行人工辅助授粉。

表2 2019 年播差期试验处理

1.3 测定项目及方法

1.3.1 父母本抽穗期和盛花期的调查 各组合的各小区父母本在50%植株开始抽穗时登记为抽穗期。10%的穗子开始开花登记为始花期，盛花期从50%的穗子开始开花一直到90%的穗子开完花为止。

1.3.2 父本花粉量的测定 人工辅助授粉时，各组合在父母本行比2∶4 的小区母本中间与母本穗位持平处放置玻璃皿收集花粉，3 次重复，染色镜检，在100×视野下登记染色花粉数量。

1.3.3 母本结实率、真杂种率和制种产量的测定成熟后各小区在母本行间均匀取20 穗，每穗在上中下取6 个小码，调查秕谷数和饱谷数，计算结实率。收获时，各小区母本穗单收单打，计算制种产量。脱粒后，各小区制种种子取少量在海南通过苗期喷除草剂方法进行真杂种率鉴定。

1.4 数据统计

利用Microsoft Excel 进行数据统计，应用方差分析和新复极差法对平均数进行差异性比较。

2 结果与分析

2.1 制种田不同种植方式对制种产量的影响

表3 2018 年不同种植方式制种田试验结果

2018 年除了长杂谷400 的组合外，3 个组合花期相遇均较好。由表3 可知，长杂谷400 父本偏晚，母本迟播2 周，花期仍比父本早6 d，所以，母本结实率、真杂种率和制种产量在4 个组合里均偏低。每个组合的4 种种植方式相比，母本结实率、真杂种率差异均不显著，但父母本2∶4 宽窄行（26 cm×5＋60 cm）种植时，2 行父本间宽行，便于田间辅助授粉工作。

2.2 父本花粉量对母本结实率的影响

表4 各组合父本花粉量与母本结实率和真杂种率的比较

4 个组合父本的花粉量差异较大，长杂谷466和长杂谷333 的父本K34 和K410 花粉量最大；而长杂谷2922 的父本M22 花粉量次之；花粉量最少的是长杂谷400 的父本K154。由表4 可知，父本花粉量与母本结实率和真杂种率进行相关性分析，相关系数分别为0.951 4 和0.960 4，父本花粉量与母本结实率和真杂种率的相关性显著。另外，长杂谷466 和长杂谷333 的父本花粉量大，下年可以试验父母本2∶6 宽窄行种植方式，有利于进一步提高制种产量。

2.3 播差期对制种产量的影响

从表 5 可以看出，处理 A 和处理 B 相比较，2 个组合（长杂谷333 和长杂谷2922）的处理B 的母本结实率和真杂种率均略高于处理A，说明母本开花高峰期比父本早1～2 d 要比父母本同期开花制种效果略好。长杂谷400 的处理A 母本花期也是早父本2 d，但处理B 的母本花期早父本4 d，影响了部分小花的授粉结实，结实率和产量较低，从另一角度也说明了母本花期应比父本提前2 d 较好。长杂谷466 的处理A 和处理B 差异不大，可能是因为父本花粉量较大的原因，不影响母本结实。从4 个组合的处理C 来看，母本结实率均比处理A 和处理B 要高，分析原因与父本播两期延长了散粉时期有很大关系。可以看出，制种最好的父母本花期相遇模式是母本花期要早父本1～2 d，父本花期要长于母本2～3 d。另外，长杂谷333 改父母本行比2∶4为2∶6，制种产量比2018 年有一定提高，比2019 年2∶4 种植的也有一定提高，产量最高达1 746 kg/hm2，且母本结实率没有下降，说明在父本花粉量大的情况下，父母本行比2∶6 种植比2∶4 种植的制种效果要好。

表5 2019 年3 种播差期制种试验结果

3 结论与讨论

谷子高度雄性不育系一般自交结实率为5%～15%，自交结实的高低与材料本身有关，也与环境气候有关。本试验中不育系，除晋29A 外，其余3 个自交结实率均10%左右。晋29A 结实率较高，平均达15%。所以，高度雄性不育系在杂交制种时会有部分假杂交种（母本自交结实种子），要利用除草剂进行去除（真杂交种抗除草剂）。目前，河北省的张杂谷系列推广很好，制种产量比山西谷子中晚熟杂交种要高，但种子真杂种率也较低，平均为40%左右。

本研究表明，通过播差期调节，使母本开花较父本早1～2 d，父母本的开花高峰期重叠时间长，父本穗子适当松散，花粉量大，都会提高制种产量，但还是花期重叠时间长短是关键。另外，种植方式要根据父本花粉量决定，一般以2∶4 宽窄行种植较好，父本花粉量大的可以2∶6 种植。

本研究所用的父本K34 和K410 穗子松紧度中等或略松，父本M22 穗子较小且较紧实，父本K154穗子过于紧实，花粉量检测结果为K34＞K410＞M22＞K154，可能花粉量的大小与穗子大小、穗子的松紧度等性状有一定的相关性，还有待研究。

本研究表明，应淘汰长杂谷400 的组合，因为父本穗紧，花粉量少，且父母本生育期相差太多，播差期太长，母本播期需要迟于父本20 d，不方便制种。在以后的组合选育中，父母本同期播种是最佳组合，制种田管理方便省力，所以，还要在亲本生育期选育上加大研究力度。

高产制种机制是多种因素综合的结果，除了种植方式和田间管理工作以外，亲本的性状选择也很重要。根据本项研究和多年的谷子制种经验，亲本具有以下特性的，有利于提高杂交制种产量：母本株高低于父本20 cm 以上、母本柱头外露率高且母本花期要早于父本1～2 d 时，制种产量较高，父本开花期长、花粉量大的品系有助于提高制种产量。