谷子抗除草剂种质的人工杂交技术及应用

常海霞，王高鸿

(山西省农业科学院 谷子研究所，山西 长治 046000)

谷子是自花授粉作物，其花较小而多，且穗码排列紧，小花间密挤，这些特殊的穗部形状和开花习性，给谷子的有性杂交及后代选择增加了诸多困难[1]。以往种质间通过人工杂交获得的后代主要存在种植和筛选两大困难，第一由于其后代不能人为间苗要进行大面积的人工单粒点播，其次后代真假杂种筛选要根据双亲的显性性状进行分辩，难度较大。大大限制了谷子的杂交频率和育成种的速度。如何使谷子种质资源通过人工杂交快速的获得新的种质很长一段时间是谷子育种的瓶颈[2]。

抗除草剂材料的发现并引入为谷子育种提出了新的育种思路，其特殊性给谷子人工杂交获得的后代进行筛选提供了准确、便捷的方法。由于抗除草剂材料的特殊性，在人工有性杂交中其只能作为父本应用[2]。运用抗除草剂材料作父本与其它材料进行人工有性杂交后在F1代苗期用专用除草剂喷施叶面，不抗除草剂的假杂种会逐渐死亡，而真的杂种会自然保留存活，大大提高了真杂种的筛选率，加速了谷子育种进程，是一种快速有效的谷子杂交技术。目前我所应用此法已获得多个谷子新种质材料，并加以利用选育出多个适合我省种植的谷子新品种[2]。现将此技术进行规范。

1 杂交圃种植

在进行谷子人工杂交育种前应提前做好杂交计划，选择好双亲并通过一定的种植方式种植于杂交圃中[3]。

1.1 亲本的选择

此技术中由于抗除草剂材料的特殊性，其在人工杂交中只能作为父本应用，其它优异性状材料作为母本。

1.2 种植方式

谷子杂交圃亲本的种植方式根据就近取粉和配对原则而确定。根据试验得出采取父母本以1∶2的行数间隔种植是最佳种植方式。另外两母本行距间可适当加宽，为正常行距的1.5倍(约45 cm)便于人工杂交操作；株距也比大田留苗要大，一般在10～12 cm左右为宜。

1.3 播期调节

在谷子有性杂交过程中，双亲的花期是否能如期相遇，是人工杂交成功的关键条件[3]。因此，为了保证双亲能够同时进入盛花期，在杂交选种时要对双亲的生育期做到充分的了解和详细的记录，以便通过错期播种的方式调节播种期，从而达到双亲同时开花[3]。此次人工杂交技术应用中主要以抗除草剂材料做父本为主，正常播种，对其它材料(品系)做母本的进行播期调整，分为与父本同期和早期二期调播种植。

2 母本株的选择与整穗

杂交前进行母本株的选择与整穗是人工杂交两个重要的环节[3]。母本株的选择优劣决定谷子杂交成功率的高低，而整穗则可以提高真杂种的占比率，两项工作在人工杂交中意义特别，因此要精心准备。

2.1 母本株的选择

在谷子抽穗后要每天对母本株进行选择并挂牌标记，在杂交前二天将准备做杂交的母本果穗用玻璃纸袋封套。母本株的选择主要注意两点，第一要选择能代表本品种主要特征特性且生长健状的植株。第二要选择近期即将开花多而集中的小穗为主要对象标记。选择的标准主要观察果穗中上部小花的稃是否已膨胀、饱满和发亮，如已达到，翌日即可开花。

2.2 整穗

在对谷子杂交母本株选定后，杂交前一天要对谷穗穗码进行预先修整。谷子是一穗多花作物，每穗穗码大约在100左右，每码上又有几十个小花，单株果穗小花多达数千。小花间不仅排列较紧而且开花不统一，因此在杂交前一天一定要进行穗码提前疏理预留，将穗上部及中下部未发育饱满的穗码全部去除，开花多的穗码也要去除，预留的中上部穗码要根据穗码的排列行数隔行保留，最后再间隔去除每行的穗码，一般预留总码数在10～15个为宜。

谷子整穗应仔细进行，其穗码上小花集中拥挤，与分枝连接比较牢固，因此在剪或镊时一定要做到精准，以免伤及其它小花及分枝。另外在选择工具上也要特别注意，一定要选医用级手术小剪刀及针式镊子，在人工杂交中才能做到得心应手[3]。

3 杂交方法

由于抗除草剂种质介入谷子人工杂交，其后代鉴定简单快捷，从而对杂交方法也放宽了要求。本次人工杂交技术涉及的简易杂交法和直接配对法就是专门针对抗除草剂材料研制的杂交方法。两种方法既简单又实用。

3.1 简易杂交法

简易杂交法又称浸泡杂交法。此法相对简单粗放只适合在有抗除草剂材料介入的情况下使用。用此方法省时省工，能提高杂交效率[4]。

3.1.1 浸泡 简易杂交法是将已简单预留修整好的母本果穗在不经过去雄的情况下，次日清晨待果穗刚刚开花，立即用常温清水间段性浸泡并间隔摇动果穗约45 min，使其雄花脱落不能及时正常开裂散粉，同时又不伤及柱头；在父本有开花散粉时，将其取出并轻抖去上面水份，略微晾一晾即可进行人工授粉。

3.1.2 取粉 人工取粉也是一项精细而重要的工作，直接决定谷子杂交成败。谷子开花的特殊性决定了谷子杂交多在早晨进行，而此时谷穗上面露水极为多，给采集花粉带来一定困难。因此在杂交开始后应有专人进行取粉工作。

应先将父本用竹竿敲打，使其穗部水分大部分散落，再取干的毛巾将果穗在上面轻轻甩打几下，在放置一段时间后便可取粉。取粉时要用干燥宽松的一面玻璃纸一面羊皮纸袋进行，便于将父本果穗完全放置于袋内，此时应将果穗置于袋内悬空，并使玻璃纸面朝上处于水平状，用手指轻弹穗柄处，使花粉散落于袋内羊皮纸面，同样的方法可多取几株父本的花粉,取完后将纸袋沿中线对折并轻弹纸袋边缘，可将袋内花粉集中于一起，仔细观察会看到一层淡黄色的粉末便是取到的花粉。

3.1.3 人工授粉 母本果穗经过清水浸泡处理后应立即进行授粉，防止其它花粉散落杂交株上，这也是浸泡和取粉分别由专人同步进行的原因。将取好的花粉纸袋水平轻套在已去完雄的植株上，取干净的毛笔蘸上花粉，轻涂在雌蕊柱头上，也可在柱头上方轻轻弹动毛笔，使花粉散落于柱头接受花粉。在人工授粉时一定要注意轻蘸轻授，避免伤及柱头，完不成杂交。母本接授花粉后应用较小的纸袋继续套袋保护，防止籽粒脱落及虫害。最后挂牌标注。

3.2 直接配对法

直接配对法也是将经过简单修整的母本果穗不经过去雄的情况下，在次日清晨在隔行父本行选1～2个具有同等开花条件的父本用玻璃纸袋将其一起封套。这种授粉方式也决定了前面双亲的间隔种植方式。封套完成后，用手轻弹父本或轻拍纸袋使母本果穗接授花粉，间隔30、60 min再次弹动父本，增加授粉机率；次日清晨可重复此操作，直至母本果穗小花全部开完为止。最后将父本果穗取出并用曲别针将袋口封住挂牌进行标记。

这种杂交方法主要是通过父本先于母本授粉机率获得杂交后代，虽然假杂种率比较高，但由于抗除草剂材料的介入，后代鉴定简单准确，不受假杂种的影响。通过试验证明此方法在认真选择父母本开花一致或父本略早于母本开花的情况下可行性很高。

4 田间检查

授粉后7～10 d检查1 次果穗的生长情况，同时观察果穗病、虫害的发生情况并既时处理，根据天气及果穗生长，及时调整玻璃纸袋的位置。防止纸袋脱落或造成穗柄折断，影响果穗生长结实。

5 收获脱粒

杂交果穗进入腊熟期后要随时观察果穗籽粒，待籽粒变黄变硬后要即时进行收获，为防止籽粒脱落，要带纸袋进行收获，收获后立即进行脱粒，脱粒时应将袋内所有籽粒保留，装入小的牛皮纸袋内进行一周左右反复晾晒处理，最后入库登记。

6 后代鉴定

将杂交收获所得的种子按组合进行分类全部种植于鉴定圃，在出苗达到三叶期时进行除草剂的喷施。用有效成分12.5%拿蒱净除草剂兑水稀成6‰浓度的溶液对谷苗进行喷施，为有效的杀死假杂种，在喷施时一定要均匀的喷在谷苗叶片上。应降低喷施高度，选择无风时间进行喷施，以防溶液飘落其它谷苗上造成伤害。在喷施7～10 d左右不抗除草剂的谷苗开始死亡，部分真杂种依然保持旺盛长势[2]。

7 技术应用

山西省农业科学院谷子所利用抗除草剂材料DSB553做父本与生产上广泛应用的优质品种(系)杂交获得新的优良性状的抗除草剂种质K8、K34、K103，再由其做父本与其它品(种)系及优良不育系杂交先后获得抗除草剂新品种长杂2号、晋谷56、长杂谷1205，分别于2008年、2013年、2015年通过了山西省认定并大面积用于生产[4，5]。2020年通过该技术获得的抗除草剂新品种长杂谷466即将完成区域试验通过认定。另据报导，山东、河北、河南、内蒙古等省农科院也先后利用抗除草剂材料进行人工杂交选育出济谷22、豫谷34、龙谷39、赤谷K1等一批适合本生态区域的谷子新品种[6～8]。

8 小结

人工杂交是育种的最直接有效途径[3]，根据不同种质的特性，在人工杂交过程中加以充分合理的运用，能快速获得新的目标性状种质，从而加速作物育种的进程。

通过抗除草剂材料介入谷子人工杂交，提高了谷子材料间重组机率，减少了以往杂交的繁锁及对真杂种的不确定性，同时还可以快速获得具有针对性的目标性状的新种质，经过再次杂交及世代筛选，最终获得适合本区域的优良新品种。获得的新品种具有抗除草剂特性，拓宽了谷田使用除草剂的范围及杀草种类，简化了栽培管理。因此该技术对今后谷子种质创新、新品种选育推广及简约化栽培管理都具有极其重要的意义[9]。