一種北方用糯高粱不育系和保持系的選育方法與流程

2023-05-26 06:38:11

本發明涉及農作物育種技術領域，具體涉及高粱品種選育，尤其涉及一種北方用糯高粱不育系和保持系的選育方法。

背景技術：

高粱是主要雜糧作物之一，也是世界上最古老的栽培作物之一。其屬一年生草本植物，禾本科高粱族高粱屬。由於它耐旱、耐澇、耐鹽鹼、耐瘠薄，適應性廣，從熱帶到寒帶都有種植。其在我國的分布也極廣，幾乎全國各地均有種植。其中，糯高粱因其籽粒具有吸水性強、易糊化的特點，在固態發酵中，疏鬆適度，熟而不粘，利於發酵，被廣泛用於醬香型、濃香型白酒的製造，如茅臺、五糧液、瀘州老窖等都以糯高粱為主要原料。隨著我國釀造業的發展，釀造原料的需求快速上升。為進一步配合釀酒工業的大力發展，必須加快糯高粱的新品種選育進程，及時滿足釀造業市場的原料供應。

我國高粱單產處於世界領先水平，這是由於高粱雜交種在生產上的應用和相應的配套栽培技術改善的結果，雜種優勢的利用是提高高粱產量最直接、最有效的方法，因此，生產上選擇好的雜交種意義重大。

糯高粱以南方的糯高粱品種居多，北方用糯高粱品種卻極為短缺，而南種北引後時常表現生育期長、光敏感、不抗倒伏、絲黑穗病易發病等問題，農民種植風險大，經常造成嚴重損失。因此選育適宜我國北方用糯高粱品種是當務之急。優良親本系是優良雜交種選育的基礎，其中不育系是組配優良雜交種的關鍵。研究表明，粳×糯是選育糯高粱親本系的最佳途徑，更易獲得籽粒澱粉含量高且澱粉中支鏈澱粉比例高的親本系，在此基礎上選育出北方優質實用型糯高粱不育系，對改變糯高粱以南方為主產區的現狀，緩解我國糯高粱需求緊張局面，拉動我國北方高粱產業鏈，帶動農民增收致富，促進名酒釀造業發展具有重要意義。

目前存在的北方用糯高粱品種嚴重不足，無論是品種數量還是產量水平都不能適應生產發展的需要。生產中急需高產優質的糯高粱不育系、保持系及雜交種。

技術實現要素：

為了解決北方高粱主產區糯高粱品種缺乏的問題，本發明提供了一種北方用糯高粱不育系的選育方法，其具體步驟如下：

(1)以保持系粳高粱lgb/r5m874b為母本，以糯高粱保持系45b為父本，進行雜交，後代選擇糯質、大穗、早熟三種性狀優良的單株自交；

(2)以粳高粱不育系a2v4a為母本，與步驟(1)中的f2代為父本進行雜交，採用邊雜交穩定邊回交轉育的方法，後代以雜交後代優良單株為父本進行回交轉育4代，以不育性好、籽粒糯質、抗絲黑穗為選育標準，育成糯高粱不育系。

其中，在步驟(1)或(2)的糯質鑑定中，只切割胚乳進行碘液反應，從而保障糯性籽粒正常發芽，避免籽粒縱切而傷害胚。

在本發明的另外一個方面，本發明還提供一種北方用糯高粱保持系的選育方法，其具體步驟如下：

以保持系粳高粱lgb/r5m874b為母本，以糯高粱保持系45b為父本，進行雜交，後代選擇糯質、大穗、早熟三種性狀優良的單株自交7代，育成糯高粱保持系；

其中，在上述步驟的糯質鑑定中，只切割胚乳進行碘液反應，從而保障糯性籽粒正常發芽，避免籽粒縱切而傷害胚。

在本發明的另外一個方面，本發明還提供一種北方用糯高粱雜交種的育種方法，其具體步驟如下：

(1)以保持系粳高粱lgb/r5m874b為母本，以糯高粱保持系45b為父本雜交，後代選擇糯質、大穗、早熟三種性狀優良的單株自交7代，育成糯高粱保持系；

(2)以粳高粱不育系a2v4a為母本，與步驟(1)中的f2代為父本進行雜交，採用邊雜交穩定邊回交轉育的方法，後代以雜交後代優良單株為父本進行回交轉育4代，以不育性好、籽粒糯質、抗絲黑穗為選育標準，育成糯高粱不育系；

其中，在步驟(1)或(2)的糯質鑑定中，只切割胚乳進行碘液反應，從而保障糯性籽粒正常發芽，避免籽粒縱切而傷害胚；

(3)利用步驟(2)獲得的糯高粱不育系與自選恢復系l17r雜交，選育出糯高粱雜交種。

其中，在一個優選的實施方案中，步驟(1)所述糯質是指糯高粱的澱粉含量在60％-70％之間，支鏈澱粉佔總澱粉的90％以上，胚乳遇碘呈紅色反應；所述大穗是指穗長30cm以上；所述早熟是指生育期早於當地種植的45b。

其中，在一個優選的實施方案中，步驟(2)所述不育性好是指套袋結實小於0.1％為不育型；籽粒糯質是指糯高粱的澱粉含量在60％-70％之間，支鏈澱粉佔總澱粉的90％以上，胚乳遇碘呈紅色反應；抗絲黑穗是指對高粱絲黑穗病表現免疫的單株及對高粱絲黑穗病表現高抗以上的株系。

本發明與現有技術相比的有益效果是：

(1)將北方用粳高粱與南方用糯高粱雜交，成功聚合了粳高粱lgb/r5m874b的生育期早、株型青秀與a2v4a的頂土力強、抗絲黑穗病、柱頭生活力強的特性，同時又保留了45b的紅粒糯質、大穗、穗粒重高的特點，使南北高粱的產量、品質、抗性、配合力和外觀等優良性狀有機集於一體，使其成為北方用糯質高粱的骨幹親本系，豐富了糯高粱種質資源。

(2)在分離世代f2群體即開始進行糯性、絲黑穗鑑定，減少了後代群體的大小，節省了大量的人力、物力，降低了勞動成本，提高了多抗糯高粱不育系的選育成效。

(3)在高粱糯性鑑定中只切割胚乳進行碘液反應，改變了常規方法中籽粒縱切，傷害胚的做法，保證了糯性籽粒的正常發芽,加快了糯高粱選育進程。

附圖說明

圖1為糯高粱不育系11476a選育系譜圖；

圖2為糯性鑑定籽粒染色切割圖。圖2a為粳高粱染色圖；圖2b為糯高粱染色圖；

圖3為高粱雜交種晉糯3號選育流程。

具體實施方式

以下結合具體實施例,對本發明進行進一步的詳細說明,應當理解,此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發明,並不用於限定發明範圍。

對本選育方法中所涉及使用的高粱各品種材料的來源說明如下：

保持系粳高粱lgb/r5m874b為自選育成品種，有時也記載為lgb×r5m874b、以及lgbr5m874b等。其可以獲自山西省農業科學院高粱研究所飼料高粱研究室。

糯高粱保持系45b為從四川省農業科學院水稻高粱研究所引進種質。

粳高粱不育系a2v4a可以獲自國家種質資源庫或山西省農業科學院高粱研究所飼料高粱研究室，其與a2v4、a2v4(a)、v4a是同一材料的不同表述。

自選恢復系l17r可獲自山西省農業科學院高粱研究所飼料高粱研究室。

實施例1選育糯高粱不育系及糯高粱保持系。

按以下步驟選育糯高粱不育系(命名為11476a)及糯高粱保持系(命名為11476b)，具體步驟如下：

(1)以保持系lgb/r5m874b為母本，以糯高粱保持系45b為父本，進行雜交，後代選擇抗病、糯質、大穗等農藝性狀優良的單株自交7代，育成糯高粱保持系，命名為11476b。

具體方法為：45b整穗後人工去雄，採集lgb/r5m874b花粉與其授粉雜交，f1代套袋自交，收3-5穗；f2代種植5小區，共30行，行長5m，分離群體中選擇抗絲黑穗病、糯質、大穗等農藝性狀優良的單株自交；f3代從分離群體中選擇符合育種要求的優良單株自交收穫；f4、f5代繼續自交選擇優良株系、單株自交；f6代選擇優良單株絲黑穗病抗性鑑定至穩定。

(2)以粳高粱不育系a2v4a為母本，與步驟(1)中f2代為父本雜交，開始採用邊雜交穩定邊回交轉育的方法，後代以雜交後代優良單株為父本進行回交轉育4代，以不育性好、籽粒糯質、抗絲黑穗為選育標準，育成糯高粱不育系11476a。

具體方法為：在f2代以a2v4a作為不育系進行回交轉育，bc1代選擇具有抗病、糯質、大穗等農藝性狀優良的單株收穫；同時套袋3-5穗觀察育性，結實率小於0.1％為不育型；bc2代繼續回交並育性鑑定，bc3代邊自交穩定邊回交及絲黑穗病抗性鑑定；bc4代繼續回交並成對套袋保持，後代繼續自交至性狀穩定。

其中，在步驟(1)或(2)的糯質鑑定中，只切割胚乳進行碘液反應，從而保障糯性籽粒正常發芽，避免籽粒縱切而傷害胚。

其中，步驟(1)所述糯質是指糯高粱的澱粉含量在60％-70％之間，支鏈澱粉佔總澱粉的90％以上，胚乳遇碘呈紅色反應；所述大穗是指穗長30cm以上；所述早熟是指生育期早於當地種植45b。

其中，步驟(2)所述不育性好是指套袋結實小於0.1％為不育型；籽粒糯質是指糯高粱的澱粉含量在60％-70％之間，支鏈澱粉佔總澱粉的90％以上，胚乳遇碘呈紅色反應；抗絲黑穗是指對絲黑穗表現免疫的單株及絲黑穗表現高抗以上株系。

對照例1

(1)以糯高粱保持系18b為母本，以保持系鐵掃1為父本，進行雜交，後代選擇抗病、糯質、農藝性狀優良的單株自交7代，育成糯高粱保持系，命名為10521b。

具體方法為：鐵掃1整穗後人工去雄，採集18b花粉與其授粉雜交，f1代套袋自交，收3-5穗；f2代種植5小區，共30行，行長5m，分離群體中選擇抗絲黑穗病、糯質等農藝性狀優良的單株自交；f3代從分離群體中選擇優良單株自交收穫；f4、f5代繼續自交選擇優良株系、單株自交；f6代選擇優良單株絲黑穗病抗性鑑定至穩定。

(2)以粳高粱不育系a2v4a為母本，與步驟(1)中f2代為父本雜交，開始採用邊雜交穩定邊回交轉育的方法，後代以雜交後代優良單株為父本進行回交轉育4代，以不育性好、籽粒糯質、抗絲黑穗為選育標準，育成糯高粱不育系10521a。

具體方法為：在f2代以a2v4a作為不育系進行回交轉育，bc1代選擇具有抗病、糯質等農藝性狀優良的單株收穫；同時套袋3-5穗觀察育性，結實率小於0.1％為不育型；bc2代繼續回交並育性鑑定，bc3代邊自交穩定邊回交及絲黑穗病抗性鑑定；bc4代繼續回交並成對套袋保持，後代繼續自交至性狀穩定。

其中，在步驟(1)或(2)的糯質鑑定中，只切割胚乳進行碘液反應，從而保障糯性籽粒正常發芽，避免籽粒縱切而傷害胚。

10521a在後期鑑定中由於穗型散穗，穗粒重小而淘汰。

對照例2

(1)以保持系lgb/r5m874b為母本，以糯高粱保持系45b為父本，進行雜交，後代選擇抗病、糯質、大穗等農藝性狀優良的單株自交7代，育成糯高粱保持系。

具體方法為：45b整穗後人工去雄，採集lgb/r5m874b花粉與其授粉雜交，f1代套袋自交，收3-5穗；f2代種植5小區，共30行，行長5m，分離群體中選擇抗絲黑穗病、糯質、大穗等農藝性狀優良的單株自交；f3代從分離群體中選擇符合育種要求的優良單株自交收穫；f4、f5代繼續自交選擇優良株系、單株自交；f6代選擇優良單株絲黑穗病抗性鑑定至穩定。

(2)以粳高粱不育系tx623a1為母本，與步驟(1)中f2代為父本雜交，開始採用邊雜交穩定邊回交轉育的方法，後代以雜交後代優良單株為父本進行回交轉育4代，以不育性好、籽粒糯質為選育標準，育成糯高粱不育系11402a。

具體方法為：在f2代以tx623a1作為不育系進行回交轉育，bc1代選擇具有早熟、糯質等農藝性狀優良的單株收穫；同時套袋3-5穗觀察育性，結實率小於0.1％為不育型；bc2代繼續回交並育性鑑定，bc3代邊自交穩定邊回交；bc4代繼續回交並成對套袋保持，後代繼續自交至性狀穩定。

其中，在步驟(1)或(2)的糯質鑑定中，只切割胚乳進行碘液反應，從而保障糯性籽粒正常發芽，避免籽粒縱切而傷害胚。

11402a在後期鑑定中由於其抗絲黑穗病不達標而被淘汰。

實施例2糯高粱不育系11476a及保持系11476b的特性鑑定

1、性狀鑑定

糯高粱不育系11476a育性穩定，生育期120d左右，幼苗葉鞘綠色，葉片深綠色；株高120-130cm，穗長32-37cm，單穗粒重75-80g，千粒重24-32g，莖稈粗壯，長紡錘狀，緊穗，褐殼，紅粒，籽粒糯質，易脫粒，著殼率0.3％，無絨毛，無芒，抗倒伏。

糯高粱保持系11476b生育期120d左右，幼苗葉鞘綠色，葉片深綠色；株高120-130cm，穗長32-37cm，單穗粒重75-80g，千粒重24-32g，莖稈粗壯，長紡錘狀，緊穗，褐殼，紅粒，籽粒糯質，易脫粒，著殼率0.3％，無絨毛，無芒，抗倒伏。

2、糯性室內鑑定

原理：根據支鏈澱粉遇碘變紅，直鏈澱粉遇碘變藍的原理，對收集的種子在室內進行糯性鑑定。

方法：與常規方法不同的是採用籽粒保胚鑑定。以f2代收穫的單株籽粒為單位，每穗脫粒後，選取100粒完好無損的籽粒在室內進行糯性鑑定，用小刀在胚乳部分割開，用碘液滴定，淘汰變藍籽粒，保留變紅的籽粒，下年種于田間。步驟如下：

a.實驗儀器

電子天平玻璃棒鑷子容量瓶燒杯小刀膠頭滴管滴瓶

b.碘液製備

稱取分析純結晶碘5.5g，分析純碘化鉀11g，用蒸餾水完全溶解加水定容至300ml貯於棕色瓶內避光保存。

c.種子消毒及切割

用濃度75％酒精對高粱籽粒消毒，晾乾後用小刀在籽粒1/3處進行切割，避免傷及種胚。

d.碘液滴定

將切好的高粱籽粒用預先配好的碘液滴定,顯色後觀察顏色，淘汰藍色籽粒，保留紅色籽粒。

結果以顯色反應呈紅色為糯性籽粒(見附圖2b)，保留該籽粒於下年種于田間。

3、絲黑穗田間鑑定

採用f2代分離群體開始田間土壤接種法進行絲黑穗病病菌鑑定。

a.菌粉收集

播種前從上一年的病穗上收集絲黑穗病菌3號生理小種備用。

b.菌土製備

將收集的絲黑穗菌粉與過篩的細土混合成0.6％的菌土(重量比)，用塑料布覆蓋，使菌種萌發。

c.田間接種

將f2分離群體播種於山西省農業科學院高粱研究所東白試驗基地，共30行，行長5m，穴播,每穴用100g菌土覆蓋種子，使種子與菌土充分接觸,最後覆蓋田土鎮壓，待植株抽穗後調查植株發病情況，選擇符合育種目標的對絲黑穗免疫單株及高抗以上株系收穫。

各後代絲黑穗鑑定結果

實施例3糯高粱不育系11476a雜交制種配合力分析

試驗採用完全隨機區組設計，3次重複，6行區，行長4.5m，行距0.33m，株距0.21m，小區面積4.5m×2m＝9m2。5月14日播種，田間管理按大田管理進行，10月10日各區隨機取中間2行10株樣本，晾曬脫粒，使用近紅外穀物分析儀分析籽粒蛋白質、脂肪、總澱粉、單寧含量。統計分析結果如下：

糯高粱不育系11476a一般配合力相對效應值

由上表可知，11476a具有高的總澱粉配合力，所配雜交組合籽粒澱粉含量較高。

為了科學、準確的評價糯質高粱新選不育系，為糯高粱的品質改良提供優良的親本材料，選用了l2r、l17r、東北10r三個恢復系作為父本，分別與11476a雜交，對雜交種品質性狀統計分析，結果如下表。

各組合品質性狀表現

11476a所配雜交組合澱粉含量較高，達到72.97％-73.69％，11476a×l2r這個組合的澱粉含量為最高，達到了73.69％，而蛋白質含量卻最低，為11.10％；11476a×l17r蛋白質、脂肪和單寧偏低，而澱粉卻偏高，為73.72％。

11476a×l17r在株高、千粒重、生育期和產量上的特殊配合力效應值大，效應值分別為3.0149,5.9701,1.0806,6.7525，該組合是組配優質高產雜交種的理想組合。

實施例4糯高粱不育系11476a雜交制種效果鑑定

以糯高粱不育系11476a為母本，糯高粱恢復系l17r為父本育成了高產、優質、廣適、多抗糯高粱雜交種晉糯3號(見附圖3)。

晉糯3號平均生育期120d，幼苗綠色，平均株高167.8cm，穗長33.4cm，穗粒重67.9g，千粒重27.4g，褐殼紅粒，紡錘形穗，穗型中散。該品種籽粒粗蛋白9.56％、粗澱粉74.38％、單寧1.01％、粗脂肪3.44％、水分12.0％、支鏈澱粉佔總澱粉含量的97％。絲黑穗病自然發病率0，接種發病率兩年平均5.7％。晉糯3號豐產性好，支鏈澱粉含量高，釀造品質佳的優良糯高粱雜交種。

晉糯3號與ck產量表現