利用除草劑快速回交選育抗除草劑谷子新品種

閆宏山 劉金榮 王素英 劉海萍 宋中強(qiáng) 王淑君 宋慧 張揚(yáng)

摘要 為快速培育抗除草劑谷子新品種，以抗除草劑材料“冀谷19×SK492”為供體親本，以當(dāng)?shù)貎?yōu)良品種豫谷18 為輪回親本，以回交轉(zhuǎn)育為基本方法，利用噴除草劑方法對(duì)回交后代進(jìn)行選擇，將抗除草劑基因?qū)朐ス?8中，選育出抗除草劑谷子新品種。

關(guān)鍵詞 谷子;抗除草劑;回交

中圖分類號(hào) S515文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A

文章編號(hào) 0517-6611（2019）11-0034-03

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2019.11.011

開放科學(xué)（資源服務(wù)）標(biāo)識(shí)碼（OSID）：

Abstract In order to rapidly breed new herbicideresistant foxtail millet cultivars， we use herbicideresistant ‘Jigu 19×SK492 as the donor parent and elite local Yugu 18 as the recurrent parent. The herbicideresistant genes were successfully transferred into Yugu 18 genetic background by selecting the backcross progeny by spraying herbicide solution. And new herbicideresistant foxtail millet cultivars were bred.

Key words Foxtail millet;Herbicideresistance;Backcross

基金項(xiàng)目 國家谷子高粱產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系（CARS-06-13.5-B25）;河南省谷子育種工程研究中心;河南省谷子育種創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)（C20150043）;河南省谷子產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新戰(zhàn)略聯(lián)盟。

作者簡(jiǎn)介 閆宏山（1973—），男，河南湯陰人，副研究員，從事谷子遺傳育種及栽培研究。*通信作者，研究員，從事谷子遺傳育種及栽培研究。

收稿日期 2018-11-27

谷子起源于中國，是我國種植最早的主栽糧食作物之一，具有抗旱耐瘠、水分利用效率高、適應(yīng)性廣、營養(yǎng)豐富且各種成分平衡、飼草蛋白含量高等突出特點(diǎn)，被認(rèn)為是環(huán)境友好型、戰(zhàn)略貯備作物[1]。近年來隨著農(nóng)村土地流轉(zhuǎn)、谷子規(guī)?；N植的快速發(fā)展，輕簡(jiǎn)化、機(jī)械化已成為谷子產(chǎn)業(yè)發(fā)展的主要方向，谷田雜草的有效防治是實(shí)現(xiàn)谷子輕簡(jiǎn)化、機(jī)械化的重要技術(shù)環(huán)節(jié)，培育和推廣抗除草劑谷子新品種是谷子田間雜草防治、提高種谷經(jīng)濟(jì)效益最經(jīng)濟(jì)有效的途徑[2]。

2000年，王天宇等[3]利用谷子近緣野生種狗尾草中的不同類型抗除草劑基因創(chuàng)制出抗性基因表達(dá)完全、抗性穩(wěn)定、農(nóng)藝性狀優(yōu)異、達(dá)到實(shí)用水平的抗除草劑“拿捕凈”“氟樂靈”和“阿特拉津”的谷子新種質(zhì)。2010年，研究人員將青狗尾草的抗咪唑乙煙酸基因轉(zhuǎn)移到栽培谷子中，創(chuàng)制出抗咪唑乙煙酸的谷子新種質(zhì)[4]。這些新種質(zhì)目前已廣泛應(yīng)用于谷子新品種選育工作中，并培育出一批抗除草劑谷子新品種[5-9]，谷子生產(chǎn)可噴施除草劑去除谷田中的大部分雜草，實(shí)現(xiàn)谷子的輕簡(jiǎn)化、規(guī)?；a(chǎn)，提高了谷子生產(chǎn)水平。筆者以抗除草劑材料為供體親本，以當(dāng)?shù)厣a(chǎn)上大面積推廣品種為受體親本雜交，采用噴除草劑篩選具有抗除草劑目標(biāo)性狀但農(nóng)藝性狀不同的優(yōu)良株系，與受體親本回交，利用除草劑鑒別出真回交株，再與受體親本回交，如此連續(xù)回交2次，然后在回交后代自交純化過程中噴除草劑，篩選具有抗除草劑目標(biāo)性狀且農(nóng)藝性狀優(yōu)良的株系，旨在快速培育出適應(yīng)當(dāng)?shù)氐目钩輨┕茸有缕贩N。

1 材料與方法

1.1 材料和試劑

抗除草劑基因供體親本為安陽市農(nóng)業(yè)科學(xué)院自選中間材料“冀谷19×SK492”，該材料抗除草劑“拿捕凈”，谷穗較大，谷碼稍稀，秕谷較多。受體親本為豫谷18，該品種是國家谷子糜子產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系“十二五”重大科研成果之一，同時(shí)適應(yīng)華北、西北、東北三大谷子產(chǎn)區(qū)，具有優(yōu)質(zhì)、穩(wěn)產(chǎn)、高產(chǎn)及抗逆等突出特性[10]。2012年2月通過國家華北夏谷區(qū)鑒定，由于增產(chǎn)顯著和適應(yīng)性極強(qiáng)，又先后參加了西北中晚熟組、早熟組和東北春谷區(qū)品種試驗(yàn)，均表現(xiàn)優(yōu)異，2014年8月通過東北春谷區(qū)鑒定，2016年5月通過西北春谷區(qū)鑒定，是目前唯一通過全國三大谷子產(chǎn)區(qū)鑒定的谷子品種。但豫谷18不抗除草劑，若將抗除草劑基因轉(zhuǎn)入豫谷18，能有效解決谷田除草問題，有利于豫谷18的大面積推廣應(yīng)用。

拿捕凈乳劑為北京中林佳誠科技有限公司生產(chǎn)，有效成分含量為12.5%。田間推薦用藥量為1 200～1 500 mL/hm2。

1.2 選育方法

2010年在安陽相鄰種植母本豫谷18和父本“冀谷19×SK492”，開花期采用套袋接觸授粉的方式進(jìn)行雜交獲得F1，同年冬在海南種植F1，苗期噴施除草劑拿撲凈鑒別出真雜交株，以后每個(gè)雜交世代在定苗前均噴施除草劑拿撲凈，篩選具有抗除草劑目標(biāo)性狀但農(nóng)藝性狀不同的優(yōu)良株系。經(jīng)過3年4代安陽和海南兩地系統(tǒng)選育，2012年篩選出21個(gè)綜合性狀較好、抗拿撲凈除草劑的株系。

2013年在安陽用農(nóng)藝性狀表現(xiàn)突出的不同株系為父本分別與相鄰種植的輪回母本豫谷18套袋接觸回交獲得BC1F1，同年冬海南種植BC1F1，苗期噴施除草劑拿撲凈篩選出真回交株，開花期用真回交株為父本再次與相鄰種植的輪回母本豫谷18套袋接觸回交獲得BC2F1。

2014年在安陽種植BC2F1，苗期噴施除草劑拿撲凈篩選出真回交株，獲得的真回交單株農(nóng)藝性狀明顯與輪回親本豫谷18相似，以后每個(gè)回交世代在定苗前均噴施除草劑拿撲凈篩選具有抗除草劑目標(biāo)性狀和農(nóng)藝性狀優(yōu)良的株系，直至農(nóng)藝性狀純合穩(wěn)定。

2015年在安陽種植BC2F3時(shí)，對(duì)綜合農(nóng)藝性狀表現(xiàn)較好的株系進(jìn)行初步測(cè)產(chǎn)，其中小區(qū)S745、S748、S754、S776、S780的產(chǎn)量較高，2015年冬在海南繁殖參試種子，推薦參加下年區(qū)域適應(yīng)性鑒定試驗(yàn)。具體選育過程如圖1所示。

2 結(jié)果與分析

2.1 利用除草劑篩選抗除草劑后代植株

利用有效成分含量為12.5%的拿捕凈乳劑對(duì)后代進(jìn)行噴藥處理。噴藥3 d后，不含抗除草劑基因的谷子植株開始停止生長;噴藥5 d后，心葉開始黃化、失水;噴藥7～10 d后，谷子植株心葉失綠褪色，基部變褐色枯死。而含抗除草劑基因的谷子植株生長良好且無不良反應(yīng)。利用除草劑對(duì)后代進(jìn)行噴藥處理篩選抗除草劑后代植株貫穿抗除草劑谷子新品種整個(gè)選育過程，而利用除草劑鑒別出真回交株，再與受體親本回交是該選育過程的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。2013年在海南種植21個(gè)BC1F1回交穗，并相鄰種植輪回親本豫谷18便于回交，BC1F1苗期噴施除草劑拿撲凈篩選真回交株時(shí)，用塑料膜遮蓋豫谷18幼苗，防止殺死輪回親本。在21個(gè)BC1F1小區(qū)中僅有15株含抗除草劑基因植株存活，鑒定為真回交株，其余不含抗除草劑基因植株全部死亡。2014年在海南種植15個(gè)BC2F1回交穗，在15個(gè)BC2F1小區(qū)中僅有11株含抗除草劑基因植株存活，鑒定為真回交株，其余不含抗除草劑基因植株全部死亡。

2.2 培育出5個(gè)抗除草劑谷子新品種

2016—2017年推薦S776、S745參加全國谷子品種區(qū)域適應(yīng)性聯(lián)合鑒定試驗(yàn)，分別命名為豫谷31、豫谷32;S754、S780、S748參加安陽市谷子品種全國多點(diǎn)區(qū)域適應(yīng)性鑒定試驗(yàn)分別命名為豫谷33、豫谷34、豫谷35。各品種參試結(jié)果見表1、2。

2.2.1 豫谷31產(chǎn)量表現(xiàn)。

2016—2017年豫谷31參加全國谷子品種區(qū)域適應(yīng)性聯(lián)合鑒定試驗(yàn)，在華北夏谷區(qū)試點(diǎn)平均產(chǎn)量為5 377.5 kg/hm2，較對(duì)照豫谷18減產(chǎn)2.25%;在西北

春谷早熟區(qū)試點(diǎn)平均產(chǎn)量為5 749.5 kg/hm2，較對(duì)照大同29號(hào)減產(chǎn)2.32%;在西北春谷中晚熟區(qū)試點(diǎn)平均產(chǎn)量為5 041.5 kg/hm2，較對(duì)照長農(nóng)35號(hào)增產(chǎn)2.19%;在東北春谷區(qū)試點(diǎn)平均產(chǎn)量為5 830.5 kg/hm2，較對(duì)照九谷11增產(chǎn)1033%。

2.2.2 豫谷32產(chǎn)量表現(xiàn)。

2016—2017年豫谷32參加全國谷子品種區(qū)域適應(yīng)性聯(lián)合鑒定試驗(yàn)，在西北春谷早熟區(qū)試點(diǎn)平均產(chǎn)量為6 016.5 kg/hm2，較對(duì)照大同29號(hào)增產(chǎn)2.22%;在西北春谷中晚熟區(qū)試點(diǎn)平均產(chǎn)量為5 365.5 kg/hm2，較對(duì)照長農(nóng)35號(hào)增產(chǎn)8.76%;在東北春谷區(qū)試點(diǎn)平均產(chǎn)量為5 746.5 kg/hm2，較對(duì)照九谷11增產(chǎn)8.74%。

2.2.3 豫谷33產(chǎn)量表現(xiàn)。

2016—2017年豫谷33參加安陽市谷子品種全國多點(diǎn)區(qū)域適應(yīng)性鑒定試驗(yàn)，在華北夏谷區(qū)試點(diǎn)平均產(chǎn)量為5 936.25 kg/hm2，較對(duì)照豫谷18增產(chǎn)0.03%;在西北春谷早熟區(qū)試點(diǎn)平均產(chǎn)量為6 461.40 kg/hm2，較對(duì)照大同29號(hào)減產(chǎn)4.71%;在西北春谷中晚熟區(qū)試點(diǎn)平均產(chǎn)量為6 258.00 kg/hm2，較對(duì)照長農(nóng)35號(hào)減產(chǎn)10.72%;在東北春谷區(qū)試點(diǎn)平均產(chǎn)量為5 932.35 kg/hm2，較對(duì)照九谷11增產(chǎn)15.66%。

2.2.4 豫谷34產(chǎn)量表現(xiàn)。

2016—2017年豫谷34參加安陽市谷子品種全國多點(diǎn)區(qū)域適應(yīng)性鑒定試驗(yàn)，在華北夏谷區(qū)試點(diǎn)平均產(chǎn)量為5 730.00 kg/hm2，較對(duì)照豫谷18減產(chǎn)3.45%;在西北春谷早熟區(qū)試點(diǎn)平均產(chǎn)量為6 934.05 kg/hm2，較對(duì)照大同29號(hào)增產(chǎn)2.26%;在西北春谷中晚熟區(qū)試點(diǎn)平均產(chǎn)量為6 879.00 kg/hm2，較對(duì)照長農(nóng)35號(hào)減產(chǎn)1.86%;在東北春谷區(qū)試點(diǎn)平均產(chǎn)量為6 029.40 kg/hm2，較對(duì)照九谷11增產(chǎn)17.55%。

2.2.5 豫谷35產(chǎn)量表現(xiàn)。

2016—2017年參加安陽市谷子品種全國多點(diǎn)區(qū)域適應(yīng)性鑒定試驗(yàn)，在華北夏谷區(qū)試點(diǎn)平均產(chǎn)量為5 790.00 kg/hm2，較對(duì)照豫谷18減產(chǎn)2.44%;在西北春谷早熟區(qū)試點(diǎn)平均產(chǎn)量為7 766.10 kg/hm2，較對(duì)照大同29號(hào)增產(chǎn)14.53%;在西北春谷中晚熟區(qū)試點(diǎn)平均產(chǎn)量為7 542.00 kg/hm2，較對(duì)照長農(nóng)35號(hào)增產(chǎn)7.60%;在東北春谷區(qū)試點(diǎn)平均產(chǎn)量為6 740.10 kg/hm2，較對(duì)照九谷11增產(chǎn)3141%。

由于豫谷31、32、33、34、35較好地遺傳了其親本豫谷18的豐產(chǎn)性和適應(yīng)性，在全國各大谷子產(chǎn)區(qū)特別在東北春谷區(qū)均有良好表現(xiàn)，2018年通過了國家非主要農(nóng)作物品種登記，登記編號(hào)分別為：GPD谷子（2018）410130、GPD谷子（2018）410131、GPD谷子（2018）410132、GPD谷子（2018）410133、GPD谷子（2018）410134。

3 討論

該育種方法之所以取得成功主要取決于以下幾方面：

（1）正確選用輪回親本，輪回親本是改良后品種豐產(chǎn)性和適應(yīng)性的基礎(chǔ)，要求綜合性狀優(yōu)良。該研究輪回親本豫谷18在2010—2011年華北夏谷區(qū)組谷子新品種區(qū)域試驗(yàn)中，兩年平均產(chǎn)量5 398.5 kg/hm2，較對(duì)照增產(chǎn)14.88%，是近20多年來較對(duì)照增產(chǎn)最多的品種，具有良好的豐產(chǎn)性，并且兩年23點(diǎn)次區(qū)域試驗(yàn)全部增產(chǎn)，增產(chǎn)點(diǎn)率100%，具有較強(qiáng)的適應(yīng)性，而且豫谷18米質(zhì)優(yōu)良，2009年參加中國作物學(xué)會(huì)粟類作物專業(yè)委員會(huì)第八屆全國優(yōu)質(zhì)食用粟鑒評(píng)，被評(píng)為“一級(jí)優(yōu)質(zhì)米”[11]。 豫谷18集眾多優(yōu)良性狀于一身，因此預(yù)計(jì)其改良后仍能在生產(chǎn)上有較長時(shí)間的推廣價(jià)值。

（2）目標(biāo)性狀易于鑒別。該研究的目標(biāo)性狀為抗“拿撲凈”除草劑，其抗除草劑性狀為1 對(duì)核基因控制的顯性性狀，遺傳力高且抗性強(qiáng)，苗期噴“拿撲凈”除草劑即可鑒定識(shí)別含抗除草劑基因植株，特別是易于鑒別出真回交株，便于快速與受體親本回交，回交工作簡(jiǎn)單易操作且工作量較小。

（3）運(yùn)用系譜法和有限回交法相結(jié)合的育種方法。該研究在雜交后代的選育過程中采用系譜法，篩選具有抗除草劑目標(biāo)性狀但農(nóng)藝性狀不同的優(yōu)良株系，然后與綜合性狀優(yōu)良的輪回親本豫谷18回交2次，再用系譜法選育回交后代，如此選育的新品種既遺傳了輪回親本豫谷18的大部份優(yōu)良性狀又與其有差異之處。

4 結(jié)論

通過有限回交轉(zhuǎn)育將抗“拿捕凈”除草劑基因?qū)氡镜貎?yōu)良品種豫谷18中，成功選育出5個(gè)具有“拿捕凈”除草劑抗性的谷子新品種。利用除草劑易于鑒別出真回交株，可快速與受體親本再回交，操作簡(jiǎn)單工作量小。該育種方法還可以應(yīng)用到谷子抗其他類型除草劑新品種選育中，也可以應(yīng)用到其他作物抗除草劑新品種選育中。

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