我國甜高粱育種方法探討

田森林，趙威軍，鄭麗萍

（山西省農業(yè)科學院高粱研究所，山西晉中030600）

近20 a來，隨著人口和經(jīng)濟的持續(xù)增長，能源消費量也在不斷增長，世界正面臨能源與環(huán)境問題的嚴峻挑戰(zhàn)。為此，我國從2006年1月開始實施可再生能源法，大力研究和開發(fā)生物質能源。其中，最有效的途徑之一是開發(fā)生物質乙醇。

在眾多生物質能源作物中，甜高粱以其獨有的高含糖量、高生物產(chǎn)量、高乙醇轉化率和高抗逆性被譽為“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。加強甜高粱莖稈生物質能源綜合開發(fā)利用，對緩解國家能源緊張、改善生態(tài)環(huán)境、促進國民經(jīng)濟穩(wěn)定持續(xù)發(fā)展，都具有十分重要而深遠的意義[1-6]。

1 我國甜高粱育種中存在的問題

在甜高粱新品種選育上，美國起步較早，20世紀60年代就已經(jīng)開始。我國甜高粱育種起步較晚。近年來，隨著人們對甜高粱的認識加深，甜高粱育種已成為育種者的工作重點之一，其雖取得了一定的進展，但與先進國家相比，還有差距。

1.1 科技創(chuàng)新投入不足

由于人力和資金等因素的限制，多數(shù)科研單位在甜高粱育種方面投入的人力、物力明顯不足，從而導致了甜高粱新品種選育多年徘徊不前的局面。

1.2 資源匱乏

在我國國家種質資源庫的10 414份高粱種質中，甜高粱品種只有125份，占總量的1.2%。而且甜高粱專用親本少，母本含糖量普遍偏低[7]。

1.3 優(yōu)良能源甜高粱品種少

現(xiàn)有的甜高粱品種莖稈產(chǎn)量一般為60～75 t/hm2，含糖錘度為16%～18%，多為常規(guī)種，植株高大，在生長后期遇暴雨和大風很容易倒伏。而生物產(chǎn)量高、富含糖份的雜交品種極少。據(jù)統(tǒng)計，“十一五”期間，各省通過審定的甜高粱雜交種只有4個，遠不能滿足甜高粱發(fā)展的需要。

另外，與甜高粱品種相配套的栽培技術、加工利用技術缺乏，推廣力度不夠，甜高粱生產(chǎn)缺乏政策引導等因素，造成甜高粱的栽培價值、利用價值不能充分發(fā)揮，甜高粱的產(chǎn)業(yè)化發(fā)展步伐明顯緩慢。

2 甜高粱育種方法探討

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。

2.1 常規(guī)種或恢復系的選育

2.1.1 現(xiàn)有品種提純復壯 由于各種原因，一個品種一般在生產(chǎn)上應用幾年后會出現(xiàn)不同程度的退化，對其進行提純復壯，使其恢復原有的性狀，可以繼續(xù)在生產(chǎn)中利用，以彌補品種不足的現(xiàn)象。劉曉輝等[8]研究表明，多年種植的甜高粱品種經(jīng)過改良、選育，可以進一步大幅度提高其含糖量，這為甜高粱的系統(tǒng)選育、性狀改良、提純復壯提供了依據(jù)。

2.1.2 雜交育種 其是育種中常用的有效方法，即利用不同的品種雜交，以高糖為目標的新品種選育。根據(jù)甜高粱性狀遺傳力較強的試驗結果（N2＝83.09%），可從早代開始，約經(jīng)過3～4代的連續(xù)選擇便可穩(wěn)定下來[9]。在甜高粱品種選育中，可采用以下方法。

2.1.2.1 甜高粱與甘蔗雜交 吉甜3號甜高粱是吉林省農業(yè)科學院作物研究所于1999—2005年從高粱蔗3號自然變異群體中通過系統(tǒng)選育而成的甜高粱新品種。高粱蔗3號是由輕工業(yè)部甘蔗糖業(yè)科學研究所海南甘蔗育種場用高粱與甘蔗雜交育成的高粱蔗[10]。

2.1.2.2 外引甜高粱品種與當?shù)刈赃x甜高粱品種雜交 新高粱2號是新疆農業(yè)科學院吐魯番研究所以當?shù)刂髟云贩N克皮西巴西為母本，從海南島引進的紅粒甜高粱品種海南高粱蔗作父本培育而成的常規(guī)種[11]。遼甜1號的父本LTR102是利用國外引進的甜高粱恢復系ICSV111與1022遠緣雜交，歷經(jīng)10代選育而成的[12]。

2.1.2.3 甜高粱品種與草高粱品種雜交 在草高粱育種中，天農2號的父本TS175，是用含糖17%（錘度）的抗蚜140粒用高粱與IS720蘇丹草雜交，經(jīng)系譜法選擇出的恢復系，天農2號的含糖量達到15%。

2.1.3 誘變育種 它是采用人工的誘變方法，使農作物產(chǎn)生變異，然后選擇和穩(wěn)定這種新的變異，培育出新品種。誘變育種的方法和途徑很多，有一些已在高粱中取得顯著進展，對甜高粱育種有一定的借鑒作用。

2.1.3.1 輻射育種 山西省呂梁農業(yè)科學研究所于1967年用60Co-γ射線2.4萬R的劑量照射晉雜5號零代干種子，選出了優(yōu)良新恢復系晉輻1號。劉立德用γ射線處理晉雜12號，選出了恢復系矮豐2號[13]。

2.1.3.2 航天育種 其就是利用返回式衛(wèi)星或熱氣球所達到的空間環(huán)境（空間宇宙射線、微重力、高真空、交變磁場等因素）對農作物種子或微生物產(chǎn)生誘變作用，使其產(chǎn)生變異，再經(jīng)地面常規(guī)選育，培育出新種質、新品系、新品種的育種新技術。它屬于輻射育種的新領域，開辟了培育新品種及特異種質資源的新途徑。山西省農業(yè)科學院高粱研究所和中國科學院植物研究所合作，1996年選用優(yōu)良高粱恢復系R111，利用返回式衛(wèi)星搭載處理后，獲得了矮稈早熟突變株；選育出提早成熟15 d，株高降低40 cm，穗粒數(shù)增加400粒，亮氨酸增加15%，可溶性糖增加25%，單寧降低30%的優(yōu)良品系和一批不育材料，目前已組配出雜交種進行試驗示范[14-15]。航天育種能夠使可溶性糖增加，如用于甜高粱育種，有望提高其含糖量。

2.1.3.3 體細胞無性系變異 體細胞無性系變異源的存在給作物新品種選育奠定了新的物質基礎，也為新育種方法的形成創(chuàng)造了條件。王良群等[16]經(jīng)過多年的研究探索，初步建立了一套高粱室內組培和田間選育的技術體系。他們選育出的R111是高粱骨干恢復系晉粱5號的一個無性變異系，以R111為父本與7501A配制的雜交種，已通過山西省農作物品種審定委員會審定，命名為晉雜18號。

2.1.4 生物技術育種

2.1.4.1 外緣DNA導入技術 利用花粉管通道進行外緣DNA導入技術，已在多種作物上得到基因表達。王黎明等[17]研究表明，利用花粉管通道將外緣DNA導入高粱是可行的，可有效地利用熱帶高粱莖稈多汁、含糖量高的優(yōu)良特性，提高當?shù)仄贩N的含糖量，可作為甜高粱育種的一個輔助手段。

2.1.4.2 分子標記輔助育種 通過加強對甜高粱抗病、抗蟲、含糖量等性狀的遺傳規(guī)律和分子標記研究，實現(xiàn)田間選擇鑒定和實驗室選擇鑒定相結合，將會大幅度提高選育的準確性和效率。

2.2 雜種優(yōu)勢利用

利用高粱三系配套進行雜交，雜交一代（F1）比它們的雙親表現(xiàn)優(yōu)良，生長健壯、產(chǎn)量高、適應性廣、抗逆性強等的現(xiàn)象叫做雜種優(yōu)勢。在粒用高粱中，雜種優(yōu)勢利用研究已近50 a，為高粱的生產(chǎn)作出了巨大貢獻。相信在甜高粱育種中，雜種優(yōu)勢利用有廣闊的前景。

2.2.1 糧糖兼用型 2006年，我國生物質能源工作會議提出了生物質能源的發(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，合理利用劣質土地[7]。發(fā)展糧糖兼用型甜高粱品種，可以很好地貫徹這一方針。

產(chǎn)糧為主的甜高粱雜交種，產(chǎn)量接近普通粒用高粱，但其植株高大、莖稈多汁、含糖量較高，籽粒是主產(chǎn)品，莖稈是副產(chǎn)品。

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[10]。

2.2.2 自交不結實類型 自交不結實類型即只要莖稈，不考慮籽粒產(chǎn)量。雖然在去穗、留穗植株中所測得的纖維素的含量相似，從莖的結構來證明抗倒伏未必可靠，但因為甜高粱植株很高，植株頂部高粱籽粒的質量作用于莖稈上的杠桿作用是值得考慮的。去穗或選用自交不結實類型品種后，沒有籽粒產(chǎn)量，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實類型品種植株具有較高的含糖量[1，18]。可見，選用自交不結實的品種，既可省去人工去穗的繁重勞動，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，并可提高其抗倒伏性能，在生產(chǎn)實踐中有重大意義[1]。但要求此類型的生物產(chǎn)量超高產(chǎn)，莖稈含糖量高，以其高產(chǎn)優(yōu)質優(yōu)價來補償或提高農戶的收入。

利用A3型不育系與甜高粱品系進行雜交，F(xiàn)1自交不結實，而含糖量顯著提高。生育期特別長的品種，在高緯度和高海拔的地方，光周期不能滿足甜高粱正常抽穗開花而導致不育，如甜格蕾茲在山西以北地區(qū)不能抽穗開花[18]。

2.2.3 早熟型 因其早熟，如按正常播期（5月上旬）播種，9月上中旬可成熟；晚播1個月（6月上旬）或更晚，到10月上中旬也能成熟，這樣就可以利用分期播種、分期成熟，來延長供應期。

2.2.4 草高粱類型 多次刈割，產(chǎn)量高，含糖量高，供應期延長。劉曉輝等[19]研究表明，利用高粱與蘇丹草雜交選育富含糖份的草高粱，可以實現(xiàn)多次刈割，提高產(chǎn)量，延長供應期。如鍵寶在珠江三角地區(qū)，一年四季均可種植；牧特利、晉草1號含糖量分別可達到17°Bx和20°Bx左右[20]，而且在華北、華中地區(qū)每年可刈割2～3次。

3 甜高粱育種及應用前景展望

針對不同地區(qū)、不同生態(tài)區(qū)的生產(chǎn)實踐需求，多途徑、多方法、有目的地進行甜高粱育種研究，將有力地推動甜高粱產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

“十一五”期間，甜高粱已被列入再生能源生產(chǎn)計劃和國家科技支撐項目。我國已有多個省區(qū)開展了能源甜高粱推廣示范和生物質能源產(chǎn)業(yè)化，并有一些生物質能源加工企業(yè)建成投產(chǎn)，如中興能源（內蒙古）有限公司、北京巴奧燃料技術有限公司、遼寧國福生物質能源發(fā)展有限公司。2008年以來，山西省晉中市、太原市、呂梁市陸續(xù)有小型的生物質能源加工企業(yè)建成投產(chǎn)，如晉中德牧農業(yè)開發(fā)有限公司，在這些地區(qū)能源甜高粱種植面積有所擴大。

“十一五”期間，全國高粱品種區(qū)域試驗增加了能源/青貯組，并鑒定通過了部分能源專用甜高粱品種，為種植業(yè)結構調整、發(fā)展高粱產(chǎn)業(yè)、促進農村經(jīng)濟發(fā)展作出了貢獻。

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