光溫敏兩系雜交谷子研究現(xiàn)狀及發(fā)展前景

許寅生　許建銘　趙海洋　任文義　趙治海

摘要從雜交谷子的研究經(jīng)歷、研究成果、主要特點、產(chǎn)業(yè)化水平與發(fā)展前景等方面，闡述了雜交谷子的研究現(xiàn)狀與發(fā)展前景，以此為雜交谷子的研究與生產(chǎn)提供參考。

關(guān)鍵詞雜交谷子；研究經(jīng)歷；研究成果；主要特點；產(chǎn)業(yè)化水平；發(fā)展前景

中圖分類號S515文獻標識碼A文章編號0517-6611（2014）04-01016-02

作者簡介許寅生（1974- ），男，河北沽源人，高級農(nóng)藝師，從事谷子雜種優(yōu)勢的研究和利用工作。*通訊作者，研究員，從事谷子雜種優(yōu)勢的研究和利用工作。

谷子起源于我國，在我國已有7 500年的歷史，是中華民族的哺育作物之一。1938年，我國谷子面積為1 000萬hm2，占糧食作物種植面積的17%，1947年谷子統(tǒng)計面積為980萬hm2，僅次于水稻、小麥。從全國解放至20世紀60年代中后期，我國谷子的播種面積穩(wěn)定在667萬～933萬hm2。70年代開始，由于水稻和玉米育種上的進步，單產(chǎn)增幅顯著，同時由于交通和軍事現(xiàn)代化的發(fā)展，馬的作用隨之減弱，對谷草的需求大幅度減少，谷子的種植面積迅速下降，到1980年全國谷子播種面積約為400萬hm2。1980～2000年，改革開放促進了我國經(jīng)濟的快速發(fā)展，水利條件逐步完善和化肥投入快速增加，小麥和玉米等高耗水高產(chǎn)作物種植面積增加顯著，使得谷子的播種面積再次下降。目前，谷子在我國的播種面積133萬hm2左右。

谷子節(jié)水抗旱耐瘠性突出，是環(huán)境友好作物。隨著干旱形勢的日趨嚴重，谷子這種節(jié)水抗旱特性必將使它有更大的發(fā)展，是種植業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整的理想作物，未來的應(yīng)用市場廣闊。從營養(yǎng)和膳食結(jié)構(gòu)來看，谷子營養(yǎng)豐富，且各種營養(yǎng)成分均衡，是公認的食療糧食，對人們膳食結(jié)構(gòu)的改善和調(diào)節(jié)具有重要作用，需求逐年增加。

谷子是自花授粉作物且種用量小，主要以常規(guī)品種為主，農(nóng)民自己留種占較大比例，品種退化、混雜嚴重，造成產(chǎn)量低、品質(zhì)差，亟待改進。雜種優(yōu)勢利用是提高作物產(chǎn)量的有效途經(jīng)，玉米、水稻產(chǎn)量因雜種優(yōu)勢利用得到大幅度提高，谷子雜種優(yōu)勢利用是提高產(chǎn)量、改善品質(zhì)的有效途徑。張家口市農(nóng)業(yè)科學(xué)院于20世紀90年代研究成功了具有國際領(lǐng)先水平的“谷子光（溫）敏不育兩系法”，解決了谷子雜種優(yōu)勢利用的關(guān)鍵技術(shù)，選育出具有自主知識產(chǎn)權(quán)的8個雜交種并應(yīng)用于生產(chǎn)，累計推廣種植40萬hm2，最高單產(chǎn)12 150 kg/hm2，谷子不再是低產(chǎn)作物。雜交谷子的選育成功和應(yīng)用標志著谷子雜種優(yōu)勢利用技術(shù)走向成熟，是作物雜種優(yōu)勢利用的又一重大突破，是谷子生產(chǎn)史上的重要里程碑，被媒體譽為“南有雜交稻、北有雜交谷”。為此，筆者對雜交谷子的研究現(xiàn)狀和發(fā)展前景進行綜述。

1研究經(jīng)歷

谷子雜種優(yōu)勢利用從1969年開始聯(lián)合攻關(guān)，研究單位達30多家，研究方法以“質(zhì)核互作三系法”為主，但關(guān)鍵問題難以解決，需要改變研究方法，另辟蹊徑。在此思想指導(dǎo)下，70年代，張家口市農(nóng)業(yè)科學(xué)院研究成功了“谷子高度雄性不育兩系法”，但存在雜交率低、雜交種中自交種難以去除的問題，利用難度大；80年代，赤峰市農(nóng)業(yè)科學(xué)研究所研究成功了“谷子顯性核不育三系法”，但存在雜交優(yōu)勢不顯著、選育難度大的問題，也未能應(yīng)用于生產(chǎn)。在這種情況下，張家口市農(nóng)業(yè)科學(xué)院谷子課題組改變思路，從光（溫）敏雄性不育系入手，建立了光（溫）敏兩系雜交谷子選育理論技術(shù)體系，選育成功系列品種，解決了雜交谷子產(chǎn)業(yè)化存在的關(guān)鍵技術(shù)問題并應(yīng)用于生產(chǎn)，實現(xiàn)了產(chǎn)業(yè)化。

1995年，發(fā)現(xiàn)谷子光（溫）敏不育源，選育成功世界上第1個谷子光（溫）敏感型雄性不育系“821”[1]；1998年，完成“谷子光（溫）敏核不育育性轉(zhuǎn)換機理研究”，通過不同地源谷子品種雜交，可以實現(xiàn)谷子光（溫）敏核不育和可育之間的轉(zhuǎn)換；2002年，完成“創(chuàng)造谷子光（溫）敏不育技術(shù)與規(guī)律”研究，闡明了創(chuàng)造谷子光（溫）敏不育系的技術(shù)與規(guī)律。2000年，選育成功第1個光（溫）敏兩系雜交谷子品種“張雜谷1號”，該品種參加國家西北區(qū)早熟組區(qū)試，2年平均較對照增產(chǎn)19.78%，生產(chǎn)試驗較對照增產(chǎn)22.67%，實際應(yīng)用比常規(guī)種增產(chǎn)30%以上，甚至成倍增產(chǎn)。2006年，選育成功首個光（溫）敏兩系抗除草劑雜交種“張雜谷2號”。隨后，選育成功抗除草劑系列雜交谷子品種“張雜谷3、5、6、8、9、10”等。

2取得的成果

在近40年的谷子雜種優(yōu)勢利用研究中，育成雜交谷子品種8個，常規(guī)谷子品種6個，先后取得17項科技成果（6項國際領(lǐng)先水平），其中14項獲獎，包括河北省科技進步一等獎1項、河北省科技進步二等獎1項、三等獎4項、四等獎1項；山區(qū)創(chuàng)業(yè)二等獎1項、三等獎3項，張家口市科技進步一等獎3項。

2.1提出了光（溫）敏兩系谷子雜種優(yōu)勢利用理論體系谷子雜種優(yōu)勢利用研究從全國聯(lián)合攻關(guān)開始，一直在“谷子高度雄性不育兩系法”和“谷子顯性核不育三系法”中尋求突破，但這兩種方法雄性不育系存在不同問題，導(dǎo)致雜交種不能應(yīng)用。“谷子顯性核不育三系法”存在不育系的不育性受顯性基因控制、存在恢復(fù)源少、選育優(yōu)勢組合幾率低的問題；“高度雄性不育兩系法”采用高度雄性不育系和恢復(fù)系兩系雜交生產(chǎn)雜交種，雖解決了“質(zhì)核互作三系法”中恢復(fù)源少、選育優(yōu)勢組合幾率低的問題，但存在不育系不育度低、雜交種純度低的問題，利用難度大。筆者及其課題組提出并創(chuàng)立的光（溫）敏兩系谷子雜種優(yōu)勢利用理論體系中光（溫）敏雄性不育系在一定的光溫條件下可以實現(xiàn)不育或可育，不育用于制種，可育用于繁種，一系兩用，應(yīng)用簡便，同時易于選擇強優(yōu)勢雜交組合。

2.2選育成功第1個光（溫）敏兩系雜交谷子品種由于谷子是自花授粉作物，雜交種中不可避免地有部分假雜交種（不育系雜交種），如何分辨真雜交種和假雜交種是應(yīng)用的關(guān)鍵。谷子苗色是一對核基因控制的性狀，綠色由顯性基因控制，黃色由隱性基因控制。通過雜交選育攜帶隱性純合基因的黃苗不育系與攜帶顯性純合基因的綠苗恢復(fù)系雜交，F(xiàn)1代中綠苗為真雜交種，黃苗為假雜交種，出苗后拔除黃苗?！皬堧s谷1號”就是利用這一特性，解決了F1代假雜交種難以去除的難題，并在生產(chǎn)上得以應(yīng)用與推廣。

2.3選育成功系列抗除草劑高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)雜交谷子品種“張雜谷1號”雖利用苗色解決了假雜交種去除的難題，但加大了田間勞動量。為此，利用王天宇等[2]獲得的具有抗除草劑“拿捕凈”基因的新種質(zhì)，通過雜交和回交育種把抗除草劑基因?qū)氲交謴?fù)系中，用這樣的恢復(fù)系與不育系配制選育成功首個光（溫）敏兩系抗除草劑雜交種“張雜谷2號”。該雜交種表現(xiàn)為抗除草劑的特性，苗期田間噴施特定除草劑可以實現(xiàn)殺滅假雜交苗而留下真雜交苗，解決了去除假雜交種勞動強度大的問題。之后，選育成功抗除草劑系列雜交谷子品種“張雜谷3、5、6、8、9、10”等[3]?！皬堧s谷1、2、3、5、8、10號”被全國粟類專業(yè)委員會評為優(yōu)質(zhì)米，最高產(chǎn)量達到12 150 kg/hm2，實現(xiàn)了高產(chǎn)與優(yōu)質(zhì)的統(tǒng)一。

2.4完成了抗除草劑雜交種應(yīng)用的生態(tài)安全性評估抗除草劑雜交谷子的大量種植是否會造成生態(tài)污染，是否會產(chǎn)生抗該除草劑的雜草，一直是研究者關(guān)注的問題?！翱鼓貌秲舫輨┕茸臃N質(zhì)應(yīng)用的生態(tài)安全性評估”[4]證明，應(yīng)用該除草劑基因是安全的，并提出了種植抗除草劑谷子種質(zhì)的應(yīng)對措施，選用與谷子近緣野生種雜交后育性程度低的抗除草劑品種，可以減少抗除草劑雜草；同時抗、不抗拿捕凈品種輪換種植可以減少田間抗除草劑基因的積累率，為谷子抗除草劑基因在今后育種和生產(chǎn)中安全使用提供了重要的科學(xué)依據(jù)，是較為系統(tǒng)的谷子抗除草劑基因應(yīng)用安全性研究，并且對其他作物相關(guān)研究具有一定的借鑒作用。

2.5提高了不育系繁種和雜交制種產(chǎn)量不育系繁種產(chǎn)量和雜交制種產(chǎn)量是制約雜交種能否應(yīng)用及種植面積的關(guān)鍵因素。通過研究，提高了雜交谷子繁殖系數(shù)，解決了應(yīng)用成本問題。其中，不育系繁種產(chǎn)量提高到750 kg/hm2，繁殖系數(shù)達到1∶100；制種產(chǎn)量提高到22 250 kg/hm2，繁殖系數(shù)達到1∶300，種植雜交谷子種子成本同種植玉米相當。

2.6研究并建立了標準化栽培技術(shù)體系良種必須有成熟的配套栽培技術(shù)，才能實現(xiàn)更高的收益。課題組制定了《谷子雜交種》、《谷子雜交種制種技術(shù)操作規(guī)程》、《谷子雜交種栽培技術(shù)規(guī)程》地方標準，解決了無產(chǎn)品標準和不育系繁種、雜交制種、雜交種種植的標準化栽培技術(shù)問題，實現(xiàn)了良種良方配套。“春谷高產(chǎn)、抗逆、節(jié)水型雜交種選育及產(chǎn)業(yè)化技術(shù)”（國際領(lǐng)先），提出了“春谷雜交種稀植大穗高產(chǎn)技術(shù)”，留苗密度12萬～18萬株/hm2，通過降低種植密度，在不增加投入情況下，提高單株水分、養(yǎng)分供應(yīng)量，發(fā)揮單株增產(chǎn)優(yōu)勢，實現(xiàn)高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)，同時減少除草間苗用工30～45個/hm2。

2.7研究成功種子批量加工技術(shù)產(chǎn)業(yè)化需要大量的種子，必須實現(xiàn)機械化加工才能滿足市場需求。通過對水稻脫粒機械和玉米種子加工機械的改造，實現(xiàn)了種子脫粒、清選、烘干、包衣、包裝的機械化，形成了年200萬kg種子的加工能力。除草劑和藥劑混合包衣技術(shù)，可抗白發(fā)病、黑穗病，使假雜交種不再出苗，免去了農(nóng)民田間噴施除草劑的工作。

3雜交谷子主要特點

雜交谷子個體優(yōu)勢明顯，根系發(fā)達，莖稈堅韌，穗大粒多，單株生產(chǎn)能力強。常規(guī)谷子一般單穗長20 cm，粒重只有20 g；而雜交谷子穗長30 cm，穗重50 g，留苗15萬株/hm2，產(chǎn)量可達7 500 kg/hm2。

3.1產(chǎn)量高，經(jīng)濟效益顯著雜交谷子產(chǎn)量是常規(guī)谷子的2倍，與玉米產(chǎn)量、用工相當，但可以實現(xiàn)效益翻番；在夏播區(qū)與棉花收益相當，但比棉花省工。2007年創(chuàng)造了谷子最高產(chǎn)12 150 kg/hm2的全國紀錄，證明谷子不再是低產(chǎn)作物。

3.2穩(wěn)產(chǎn)性、適應(yīng)性強雜交谷子抗旱性、抗倒性強，高抗白發(fā)病、黑穗病，適應(yīng)范圍廣，穩(wěn)產(chǎn)性好，產(chǎn)量年度間、地區(qū)間變化小，經(jīng)推廣證實是經(jīng)得起檢驗的優(yōu)良種子。

3.3品質(zhì)好，消費者認可雜交谷子解決了高產(chǎn)與優(yōu)質(zhì)的矛盾。小米色澤黃亮，米型整齊一致，口感好，香味濃?！皬堧s谷1、2、3、5、8、10號”被粟類作物協(xié)會評為優(yōu)質(zhì)米，同時也得到了消費者的認可。

3.4抗除草劑，省工省力雜交種除草、間苗可以通過噴施專用除草劑完成，節(jié)省用工，易于簡化栽培和規(guī)?；N植，種植谷子同種植玉米一樣省工。

3.5抗旱節(jié)水雜交谷子的根系總量是常規(guī)谷子的1.2～1.5倍，抗旱性比常規(guī)谷子更強。種植1 hm2谷子比玉米至少節(jié)水1 500 m3，每推廣種植1萬hm2雜交谷子，每年將節(jié)水1 500萬m3，生態(tài)效益顯著。

4產(chǎn)業(yè)化水平

依托“河北巡天農(nóng)業(yè)科技有限公司”建立種業(yè)產(chǎn)業(yè)化體系，利用企業(yè)資金、人力和網(wǎng)絡(luò)優(yōu)勢與科研優(yōu)勢結(jié)合，在繁種、制種、種子加工、示范、推廣、技術(shù)服務(wù)等方面全方位合作，形成種子產(chǎn)業(yè)化的完整鏈條。以張家口市壩下各縣和邢臺巨鹿縣為中心，建立了萬畝雜交谷子制種基地，年產(chǎn)雜交種150萬kg。建設(shè)了種子脫粒、清選、烘干、包衣、包裝生產(chǎn)流水線，實現(xiàn)了種子加工的機械化，形成了年產(chǎn)300萬kg種子的加工能力。整合銷售網(wǎng)絡(luò)與技術(shù)服務(wù)為一體，改變大部分種子企業(yè)銷售與技術(shù)服務(wù)脫鉤的狀況，建立了由全國11個省份的200多家經(jīng)銷商組成的營銷網(wǎng)絡(luò)，確立了“技術(shù)服務(wù)”的推廣理念，由以往單純銷售種子轉(zhuǎn)變?yōu)橐约夹g(shù)跟蹤服務(wù)為主、以銷售為輔的“張雜谷”推廣模式，為實現(xiàn)良種良方配套、充分挖掘雜交種的增產(chǎn)潛力提供新的思路，有力地推動了雜交谷子產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。雜交谷子已成為新型產(chǎn)業(yè)，累計在我國北方11省區(qū)推廣種植40萬hm2，已增產(chǎn)糧食6億多kg，增收15億元，節(jié)約了寶貴的水資源，收到了良好的社會、經(jīng)濟、生態(tài)效益。雜交谷子已走出國門，在非洲埃塞俄比亞、烏干達、馬里種植成功，平均產(chǎn)量4 500 kg/hm2左右，比當?shù)刂髟宰魑锾熢霎a(chǎn)1～2倍，深受當?shù)剞r(nóng)民和政府歡迎。

5發(fā)展前景

隨著人們生活水平的不斷提高，對膳食的營養(yǎng)和保健作用的要求越來越高。小米營養(yǎng)豐富、均衡，具有食療保健作用，且多種植在無污染的山區(qū)，是優(yōu)質(zhì)的無公害食品，符合群眾對營養(yǎng)保健的要求，深受歡迎，近年來小米的需求不斷增加。

雜交谷子具有高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、節(jié)水、省工、適應(yīng)性強等特點，在生產(chǎn)中比常規(guī)谷子表現(xiàn)出更好的增產(chǎn)增收效果和比較優(yōu)勢，正在逐漸替代常規(guī)谷子成為谷子播種區(qū)的主栽品種。

我國面臨著水資源嚴重短缺的問題，充分發(fā)揮雜交谷子的增產(chǎn)和節(jié)水優(yōu)勢，既是國家糧食安全的要求也是生態(tài)安全的要求。隨著干旱對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的限制加重，雜交谷子種植面積將會逐年上升，為保障我國糧食安全和生態(tài)安全作出更大貢獻。

參考文獻

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