甜高粱育種思路探討

馬 涌，張福耀，趙威軍，鄭 娟

（山西省農(nóng)業(yè)科學(xué)院高粱研究所，山西晉中030600）

近20 a 來，隨著人口和經(jīng)濟(jì)的持續(xù)增長，能源消費(fèi)量也在不斷增長，世界正面臨能源與環(huán)境問題的嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。為此，我國從2006 年1 月開始實(shí)施《中華人民共和國可再生能源法》，大力研究和開發(fā)生物質(zhì)能源。這其中最有效的途徑之一是開發(fā)生物質(zhì)乙醇。

在眾多生物質(zhì)能源作物中，甜高粱以其獨(dú)具的高含糖量、高生物產(chǎn)量、高乙醇轉(zhuǎn)化率和高抗逆性被譽(yù)為“高能作物”，成為符合我國國情、適合我國國土和氣候條件、既產(chǎn)能源又產(chǎn)糧食的理想作物之一。加強(qiáng)甜高粱莖稈生物能源綜合開發(fā)利用，對緩解國家能源緊張、改善生態(tài)環(huán)境、促進(jìn)國民經(jīng)濟(jì)穩(wěn)定持續(xù)發(fā)展，都具有十分重要而深遠(yuǎn)的意義[1-6]。

在甜高粱新品種選育上，美國起步較早，20世紀(jì)60 年代就已經(jīng)開始。我國甜高粱育種起步較晚，近年來，隨著人們對甜高粱認(rèn)識的加深，甜高粱育種已成為高粱育種者的工作重點(diǎn)之一，并取得了一定進(jìn)展，但與先進(jìn)國家相比，還有差距。

目前，我國的甜高粱品種要么含糖量不高，要么產(chǎn)量不高，很難找到高產(chǎn)高糖抗倒伏的品種，而且多為常規(guī)種（雜交種較少）。因此，創(chuàng)新育種思路，加快品種選育，尤其是雜交種選育是目前的主要工作之一。

1 糧糖兼用型

2006 年，我國生物質(zhì)能源工作會議提出了生物質(zhì)能源的發(fā)展方針是非糧替代，即發(fā)展能源作物生產(chǎn)要做到不與糧爭地，不與民爭糧，合理利用劣質(zhì)土地[7]。因此，發(fā)展糧糖兼用型甜高粱品種，可以很好地貫徹這一方針。

Broadhead 研究認(rèn)為，甜高粱籽粒生產(chǎn)并不隨糖產(chǎn)量的增加而減少[8]。曹俊峰[9]研究表明，在莖稈含糖量較高的品種里能選育出籽粒產(chǎn)量相對較高的品種。中國科學(xué)院植物研究所對28 個從美國和澳大利亞引進(jìn)的甜高粱品種每株籽粒產(chǎn)量與汁液錘度的相關(guān)分析表明，汁液錘度與籽粒產(chǎn)量呈正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)r=0.331 6[8]。李振武等[10]選用17 個甜高粱品種作試材，研究甜高粱株高、莖粗、單株鮮質(zhì)量等21 個性狀遺傳參數(shù)，結(jié)果表明，株高和主莖稈鮮質(zhì)量遺傳力高，而且與其他各個性狀的正相關(guān)程度也高。由此看來，選育出籽粒產(chǎn)量高、莖稈含糖量也高的優(yōu)良甜高粱品種是完全可能的。

根據(jù)主要用途不同，甜高粱可以分為2 類：（1）產(chǎn)糧為主的甜高粱雜交種。產(chǎn)量接近普通粒用高粱，但植株高大、莖稈多汁、含糖量較高，籽粒是主產(chǎn)品，莖稈是副產(chǎn)品。在以籽粒為主需求的地方，種植這類雜交種，既滿足了對籽粒的需求，又可把莖稈用于產(chǎn)糖或產(chǎn)酒精。（2）產(chǎn)糖為主的甜高粱雜交種。植株高大，莖稈多汁粗壯，含糖量高，籽粒產(chǎn)量4 500 kg/hm2左右，莖稈是主產(chǎn)品，而籽粒是副產(chǎn)品。遼甜1 號即屬于此類型[11]。在以飼料為主需求的地方，種植這類雜交種，可把莖稈用于產(chǎn)糖或產(chǎn)酒精，殘?jiān)米黠暳稀?/p>

2 自交不結(jié)實(shí)類型

自交不結(jié)實(shí)的甜高粱品種，即只要莖稈，不考慮籽粒產(chǎn)量的類型。

在甜高粱成熟過程中，有相當(dāng)一部分的養(yǎng)分由莖葉轉(zhuǎn)移到圓錐花序在籽粒中貯藏起來。對于用甜高粱作制糖、釀酒原料的栽培者來說，汁液中的糖比籽粒中的淀粉更為有利，如果能將用于形成籽粒的光合產(chǎn)物以糖的形式貯藏于莖稈中，前景將是很誘人的。因此，有不少學(xué)者進(jìn)行了這方面的研究，通過用摘除穗頭的方法防止籽粒發(fā)育，以增加莖稈糖的產(chǎn)量，或以雄性不育系代替人工摘除圓錐花序的繁重勞動，以便使糖的生產(chǎn)變得更加經(jīng)濟(jì)、易行。

Stokes 報(bào)道，種子的減產(chǎn)常常促進(jìn)植株的成熟，這表現(xiàn)在植株汁液的蔗糖的含量上；其對莖稈的生長影響不大，且減少了倒伏，但增加了側(cè)芽[1]。

Broadhead 用麗歐作試驗(yàn)材料，在孕穗時（將花序拔去）和開花時（用小刀將花序在花梗處切除）將圓錐花序除去（簡稱去穗）以研究莖稈的產(chǎn)量和榨汁品質(zhì)在去掉穗頭后的變化，試驗(yàn)結(jié)果表明，去穗的植株汁液錘度、蔗糖和淀粉較高，但去穗并不顯著影響莖稈的產(chǎn)量或汁的純度。去穗的植株倒伏較少，但側(cè)芽很多，這能降低去穗植株收獲、加工的成本[1]。

Ferraris 在澳大利亞的Ayr 蔗糖實(shí)驗(yàn)站以麗歐為試材，設(shè)保留圓錐花序（簡稱留穗，并作為對照）、在開花期去穗和去穗+除蘗芽3 種處理。試驗(yàn)結(jié)果表明，汁液錘度因去穗和去穗+除芽而增高。去穗者在成熟期的糖產(chǎn)量竟達(dá)3.20 t/hm2，為對照的3 倍以上。留穗者籽粒產(chǎn)量為2.94 t/hm2，通過能量折算，這2.94 t 高粱籽粒等于2.21 t 糖，因此，去穗植株3.20 t/hm2的糖產(chǎn)量同留穗莖中的0.94 t 糖+籽粒中的2.21 t 糖基本相等[1]。

1984 年，中國科學(xué)院植物研究所北京植物園用甜高粱品種麗歐作試驗(yàn)材料研究去穗對莖稈中糖含量的影響，結(jié)果表明，在開花至乳熟階段，去穗植株汁液錘度顯著高于留穗者[1]。

趙威軍等[12]以5 個高粱不育系、6 個甜高粱雜交種和甜格雷茲為材料，通過對莖稈含糖量和鮮質(zhì)量的測定分析，研究利用A3CMS 選育不育化甜高粱雜交種的可行性。結(jié)果表明，同核異質(zhì)雜交種在莖稈產(chǎn)量上差異不顯著，但在莖稈含糖量上差異顯著，A3雜交種的含糖量明顯優(yōu)于A1雜交種。因此認(rèn)為，利用A3CMS 選育不育化甜高粱雜交種是可行的。

另外，如果甜高粱發(fā)生倒伏，收獲將更加困難。研究表明，在去穗、留穗植株中所測得的纖維素的含量是類似的，從莖的結(jié)構(gòu)來證明抗倒伏未必可靠，高粱的倒伏可以完全歸因于植株頂部高粱籽粒的質(zhì)量作用于莖稈上的杠桿作用。種子的減產(chǎn)、去穗或選用自交不結(jié)實(shí)類型品種后，籽粒產(chǎn)量減少或完全沒有，整個植株的重心高度降低，間接提高了抗倒伏性能，減少了莖稈倒伏，并且去穗或自交不結(jié)實(shí)類型品種植株具有較高的含糖量[1，12]。

利用雄性不育造成植株不孕，既可省去人工去穗或收穗的繁重勞動，又可使植株的光合產(chǎn)物完全貯藏于莖稈之中，使植株莖稈具有較高的含糖量，并提高抗倒伏性能。在我國北方，不育化的抗倒伏甜高粱品種，結(jié)合秋末冬初在田間自然冷凍貯藏甜高粱，加工企業(yè)可隨加工進(jìn)度，用聯(lián)合收割機(jī)到田間按需收割，這將降低植株收獲的成本，減少貯藏空間和成本[13]，在實(shí)踐上意義重大。

自交不結(jié)實(shí)類型的甜高粱品種必須生物產(chǎn)量超高產(chǎn)，莖稈含糖量高，以其高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)優(yōu)價(jià)，來補(bǔ)償或提高農(nóng)戶的收入。其選育可用以下2 種思路：（1）利用A3型不育系與甜高粱品系間的雜交，F(xiàn)1自交不結(jié)實(shí)，而含糖量顯著提高[12]。（2）選育生育期特別長的品種，在特定的地方不能正常抽穗開花而導(dǎo)致不育，如甜格蕾茲在山西以北地區(qū)不能抽穗開花[12]。

3 甜高粱育種的展望

高產(chǎn)、含糖量高、抗性好、適應(yīng)性廣的甜高粱品種是促進(jìn)甜高粱生產(chǎn)發(fā)展的核心和基礎(chǔ)。因此，針對甜高粱產(chǎn)業(yè)化開發(fā)的實(shí)踐需求，創(chuàng)新育種思路，加快品種選育，為生產(chǎn)提供適宜的新品種，將有力地推動甜高粱產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，并且可以促進(jìn)種植業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整和農(nóng)村經(jīng)濟(jì)發(fā)展。

近年來，國家科技部連續(xù)將甜高粱新品種選育與能源利用列入“十五”、“十一五”重點(diǎn)科技計(jì)劃。國內(nèi)已有多個省區(qū)開展了能源甜高粱推廣示范和生物質(zhì)能源產(chǎn)業(yè)化，并有一些生物質(zhì)能源加工企業(yè)建成投產(chǎn)。一些農(nóng)業(yè)科研院所和大專院校也先后開展了甜高粱雜交種選育工作?！笆晃濉逼陂g，全國高粱品種區(qū)域試驗(yàn)增加了能源/青貯組，并鑒定通過了部分能源專用甜高粱品種。

可再生能源法的制定與公布實(shí)施，為新能源的開發(fā)利用提供了新的契機(jī)。隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和社會各方面的努力，甜高粱作為新能源作物一定會得到更大的發(fā)展。

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