菊芋新品種蘭芋1號的選育

呂世奇 寇一翾 曾 軍 楊 彬 趙長明

（蘭州大學生命科學學院，草地農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)國家重點實驗室，甘肅蘭州 730000）

菊芋又名洋姜、鬼子姜，是菊科向日葵屬的一年生草本植物，起源于北美，隨后經(jīng)歐洲傳入我國，長期以來為我國傳統(tǒng)的優(yōu)質(zhì)醬菜原料。菊芋生態(tài)適應性強，耐旱、耐寒、耐鹽堿、耐貧瘠，生長迅速、生物量大，地上部莖葉營養(yǎng)豐富可作為家畜的飼料，地下塊莖產(chǎn)量高并且富含水溶性膳食纖維菊糖。隨著人們認識的加深，菊芋從傳統(tǒng)的主要應用于制作醬菜到現(xiàn)在發(fā)展為良好的資源性食品（隆小華 等，2005；劉祖昕和謝光輝，2012；呂世奇 等，2014），同時菊糖經(jīng)水解后還可以用來發(fā)酵生產(chǎn)生物乙醇，菊芋塊莖乙醇轉(zhuǎn)化效率高，正常情況下每噸塊莖可生產(chǎn)乙醇80～110 L，且轉(zhuǎn)化技術(shù)也比較成熟，可作為良好的非糧生物質(zhì)原料（賈敬敦 等，2014；寇一翾 等，2014）。菊芋種植范圍廣，全世界可分為歐洲、北美和亞洲三大主要的栽培區(qū)，其種質(zhì)資源數(shù)量龐大，為菊芋的遺傳改良提供了良好的基礎（Kou et al.，2014）。由于菊芋以依賴塊莖的無性繁殖方式為主，有性生殖存在嚴重的障礙，且呈現(xiàn)出高度的自交不親和性，其種子萌發(fā)率低，且當年萌發(fā)的幼苗很難產(chǎn)生塊莖（Kays &Nottingham，2007），嚴重限制了菊芋新品種選育工作的開展，致使菊芋優(yōu)良栽培品種匱乏。蘭州大學趙長明課題組從已收集的國內(nèi)外優(yōu)良的菊芋種質(zhì)資源中，系統(tǒng)地開展了菊芋人工雜交育種工作，由于菊芋種子自然條件下較難萌發(fā)，且由種子萌發(fā)產(chǎn)生的幼苗當年很難產(chǎn)生塊莖，所以結(jié)合組培擴繁技術(shù)和田間表現(xiàn)從后代中篩選出優(yōu)良品系蘭芋1號。目前蘭芋1號已在甘肅中東部地區(qū)大規(guī)模推廣種植，累積推廣面積1 000 hm2，并成為西北地區(qū)菊芋的優(yōu)良主栽品種。

1 選育過程

蘭芋1號是以蘭州大學趙長明課題組從吉林收集的優(yōu)良野生種質(zhì)LZJ040為母本，通過收獲其自然結(jié)實的種子（46粒），并結(jié)合組培擴繁和田間產(chǎn)量表現(xiàn)選育得到的優(yōu)良品種。由于菊芋自然結(jié)實率整體較低（＜25%），自然條件下種子萌發(fā)困難，且萌發(fā)的植株當年很難產(chǎn)生塊莖，為了獲得實生植株的塊莖，2008年LZJ040種子收獲后于當年12月15日應用MS培養(yǎng)基進行組培萌發(fā)和擴繁，共擴繁得到15株幼苗，將擴繁得到的幼苗移入含5 kg營養(yǎng)基質(zhì)（以草炭土、蛭石和珍珠巖等體積混合）、直徑為18 cm、高25 cm的塑料盆中，放入溫室培養(yǎng)，翌年5月植株長至30 cm左右時進行大田移栽，年底即獲得實生植株的塊莖。

2010～2011年在蘭州大學榆中校區(qū)植物種質(zhì)資源圃和民勤治沙實驗站進行品種比較試驗，2012～2013年分別在甘肅省的榆中、靖遠、民勤、臨洮和慶陽5個試驗點進行區(qū)域試驗，生產(chǎn)試驗于2013年在榆中、靖遠、民勤、臨洮和慶陽5個試驗點進行，2014年通過甘肅省農(nóng)作物品種審定委員會認定（甘認菜2014038），定名為蘭芋1號。蘭芋1號較其母本LZJ040生長期更長，但花序較少，且不結(jié)種子，降低了有性生殖的資源分配，分枝較少，適合密植，塊莖薯形好，產(chǎn)量高。

2 選育結(jié)果

2.1 品種比較試驗

2010～2011年分別在甘肅榆中和民勤進行品種比較試驗（表1），以定芋1號為對照，露地栽培，小區(qū)面積45 m2，采用隨機區(qū)組排列，3次重復，株距40 cm，行距60 cm，3月下旬栽培，10月下旬待地上部干枯后收獲。蘭芋1號田間表現(xiàn)出較好的豐產(chǎn)性、耐旱性，榆中地區(qū)兩年平均產(chǎn)量為5 527.2 kg·（667 m2）-1，較對照定芋 1號增產(chǎn) 51.20%；在民勤地區(qū)的干旱條件下，蘭芋1號兩年平均產(chǎn)量為 4 310.1 kg·（667 m2）-1，較定芋 1號增產(chǎn)98.66%。

表1 蘭芋1號品種比較試驗產(chǎn)量結(jié)果

2.2 區(qū)域試驗

2012～2013年參加甘肅省共10點次的多點區(qū)域試驗，包括榆中、靖遠、民勤、臨洮和慶陽5個試驗點（表2），以定芋1號為對照，露地栽培，小區(qū)面積45 m2，采用隨機區(qū)組排列，3次重復，株距40 cm，行距60 cm，3月下旬栽培，10月下旬待地上部干枯后收獲。蘭芋1號兩年10點次試驗產(chǎn)量在3 681.0～5 826.0 kg·（667 m2）-1之間，平均產(chǎn)量為4 389.6 kg·（667 m2）-1，較統(tǒng)一對照定芋1號增產(chǎn)50.59%，表現(xiàn)出較好的高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)特性。

2.3 生產(chǎn)試驗

2013年蘭芋1號參加甘肅省5點次生產(chǎn)試驗（表3），包括榆中、靖遠、民勤、臨洮和慶陽5個試驗點，采用隨機區(qū)組排列，3次重復，累計試驗面積為12 000 m2，栽培措施同區(qū)域試驗。蘭芋1號多點平均產(chǎn)量為4 373 kg·（667 m2）-1，較統(tǒng)一對照定芋1號增產(chǎn)39.15%，各點增產(chǎn)均達到顯著或極顯著水平。

表2 蘭芋1號區(qū)域試驗產(chǎn)量結(jié)果

表3 蘭芋1號生產(chǎn)試驗產(chǎn)量結(jié)果

2.4 品質(zhì)

委托甘肅省農(nóng)業(yè)科學院農(nóng)業(yè)測試中心，于2013年11月對蘭芋1號的塊莖品質(zhì)進行測定（表4）。其中蘭芋1號干物質(zhì)、總糖和菊糖的含量顯著高于對照定芋1號，還原糖含量極顯著低于對照。在反映菊芋塊莖品質(zhì)的關鍵指標干物質(zhì)含量和菊糖含量上，蘭芋1號顯著高于對照定芋1號。

表4 蘭芋1號塊莖品質(zhì)指標

2.5 抗病性

2013年7～9月委托甘肅省農(nóng)業(yè)科學院植物保護研究所，對蘭芋1號田間自然發(fā)病情況進行鑒定，未發(fā)現(xiàn)有菊芋白粉病、莖腐病等病害發(fā)生；與對照定芋1號相比，蘭芋1號對根腐病表現(xiàn)出較高的抗性，病情指數(shù)為5.0，顯著低于對照（35.0）。

3 品種特征特性

蘭芋1號是通過對LZJ040自然結(jié)實種子的收獲并結(jié)合組培擴繁和田間產(chǎn)量表現(xiàn)篩選獲得的優(yōu)良品種，從出苗到收獲約160 d（天），屬于晚熟品種，9月中下旬為盛花期，花期持續(xù)時間較短，約15 d（天）左右，花序較少，不結(jié)種子。株型緊湊，株高230～250 cm，莖基部直徑15～20 mm，主莖數(shù)通常為1，莖稈直立，淺紫色，表面密布白色短糙毛，分枝較少，適合密植；葉片顏色為綠色，每株葉片數(shù)110～125片，葉片形狀近心形，葉長150 mm，葉寬110 mm，葉緣呈深裂鋸齒狀；花序為頭狀花序，數(shù)量較少，一般少于5個，花序四周舌狀花為無性花，一般12～15朵，中間部分管狀花為兩性花，聚藥雄蕊，結(jié)實率為0；塊莖顏色呈淺棕色，生長集中，形狀規(guī)則，大小均勻，芽眼紫色、無明顯的芽眼外突，單株約有80%以上的塊莖質(zhì)量為50～60 g，最大塊莖質(zhì)量為80 g左右，單株產(chǎn)量達1.7 kg以上。塊莖質(zhì)地緊密，干物質(zhì)含量較高，占鮮質(zhì)量的28%左右，粗蛋白含量為84.9 g·kg-1，粗脂肪4.23 g·kg-1，總糖650.8 g·kg-1，還原糖11.3 g·kg-1，菊糖 639.5 g·kg-1，粗纖維 25.70 g·kg-1。蘭芋1號的優(yōu)勢在于生育期長、開花少、不結(jié)種子、花期持續(xù)時間短，整個生長過程基本為營養(yǎng)生長，塊莖產(chǎn)量高、大小均勻且集中，每667 m2產(chǎn)量可達3 300 kg以上。成熟后地下莖與塊莖容易脫離，利于機械化采收和后期的加工利用，且塊莖的干物質(zhì)和菊糖含量較高。植株對干旱、鹽堿等不良環(huán)境有很好的適應能力，對土壤要求不嚴格，整個生育期內(nèi)不需要進行專門的病蟲害防治，適合在甘肅中東部干旱、半干旱地區(qū)及同類地區(qū)大規(guī)模推廣種植。

4 栽培技術(shù)要點

蘭芋1號在甘肅中東部干旱、半干旱地區(qū)及同類地區(qū)均可大規(guī)模推廣種植，對土地要求不嚴格，耕地及一般邊際性土地均可種植。播種前土壤深翻30 cm，耙平，露地栽培，秋播在11月上旬土地封凍前，春播在翌年3月中下旬土地解凍后，選取大小20～30 g、具有1～2個芽眼、無腐爛的塊莖作種進行播種，播深10～15 cm，每667 m2種植密度為3 000～3 500 株；播前每667 m2基施農(nóng)家肥 2 000 kg、P2055～6 kg、純N 2.5～3.0 kg；苗期適當除草；以10月底和11月初收獲的塊莖品質(zhì)最佳；收獲后塊莖窖藏時，應保持干燥通風的環(huán)境，埋藏深度不超過1.5 m，覆土30～50 cm厚，壓實土層。

賈敬敦，馬隆龍，蔣丹平，葛毅強．2014．生物質(zhì)能源產(chǎn)業(yè)科技創(chuàng)新發(fā)展戰(zhàn)略．北京：化學工業(yè)出版社：255-261．

寇一翾，呂世奇，劉建全，趙長明．2014．寡糖類能源植物菊芋及其綜合利用研究進展．生命科學，26（5）：451-457．

劉祖昕，謝光輝．2012．菊芋作為能源植物研究進展．中國農(nóng)業(yè)大學學報，17（6）：122-132．

隆小華，劉兆普，劉玲，王琳．2005．鹽生能源植物菊芋研究進展．海洋科學進展，23（s）：80-85．

呂世奇，寇一翾，楊彬，曾軍，趙長明．2014．半干旱地區(qū)菊芋品系植株表型與光合特性分析．作物學報，40（10）：1871-1878．

Kays J S，Nottingham F S．2007．Biology and Chemistry of Jerusalem Artichoke（Helianthus tuberosusL．）．New York：CRC Press：149-164．

Kou Y X，Zeng J，Liu J Q，Zhao C M．2014．Germplasm diversity and differentiation ofHelianthus tuberosusL．revealed by AFLP maker and phenotypic traits．Journal of Agriculture Science，152：779-789．