抗旱優質穀子的選育方法與流程
2023-06-02 12:05:06 4
本發明涉及穀子品種選育技術領域，尤其涉及抗旱優質穀子的選育方法。
背景技術：
華北夏谷區是穀子生產的重要集散地，乾旱是影響當地農業的瓶頸之一，而且隨著旱情逐年加重的趨勢嚴重製約了當前農業的發展。穀子抗旱性強，隨著育種水平的提升和推廣力度的加大，高產品種、優質品種、抗旱品種正在被人們所認識，但由於乾旱、病害等不利因素的影響，穀子品種的產量潛力遠未能發揮出來，穀子平均單產仍不高，產量潛力仍很大。
多年的研究表明，不同穀子品種的抗旱性差異明顯，關於穀子的抗旱性研究，多數集中在萌芽期和苗期的抗旱性研究上，用成活率或受抑制的程度來評價，適合大量材料的基礎性研究，但不涉及產量問題，而實際生產中，產量是至關重要的。另外，不同生育期穀子的抗旱性能往往不同，對於各個生育期即全生育期抗旱性研究才符合實際生產需求，但全生育期抗旱性鑑定，因周期長，對設施要求條件高，工作強度極大，限制了其研究與發展，而乾旱往往會影響穀子的各個生長階段，只有選育全生育期抗旱性強的品種，才能易被農民接受。再者，隨著人們生活水平的提高，對穀子的品質提出了更高的要求，除了食味品質、外觀品質以外，營養品質日益引進人們的極大關注。
技術實現要素：
為解決現有技術存在的不足，本發明提供了一種抗旱優質穀子的選育方法，通過水旱平行選擇與系譜法相結合的連續定向選育方法，明確各選育世代的性狀篩選標準，以選育出在綜合性狀方面均表現優良的基礎上全生育期抗旱、營養優質的穀子品種。
為實現上述目的，本發明提供的抗旱優質穀子的選育方法，採用水旱平行選擇與系譜法相結合的連續定向選育方法，選育操作及選育標準包括：
f1代：在確定雜交親本進行雜交育種的基礎上，根據標誌性狀結合雙親的特徵特性，鑑定真假雜種，獲得真雜種，於成熟期選擇真雜種單株；
f2代：採用田間自然鑑定法，對f1代獲得的真雜種單株進行抗病性、生育期、株高及產量性狀的初選，收穫後結合室內考種，加大選擇壓力，對抗病性、生育期，兼顧抗倒性、株高、出谷率、千粒重性狀進行篩選得到優異單株；
f3代：採用密植、人工接種和生育後期人工遮蔭噴水的方法創造利於病害和倒伏發生的田間小氣候，對f2代選出的優異單株進行選育，以抗逆性、外觀品質作為篩選標準；
f4代：將f3代入選單株的株系收穫後結合室內考種進行篩選，對株系的抗旱性、高產性、營養品質、食味品質、外觀品質進行初選，確定重點組合的目標株系；
f5、f6代：從f5代開始進行連續兩代的水旱平行選擇，對f4代選出的目標株系進行抗逆性、高產性、食味品質、外觀品質、營養品質和水旱條件適應性的多點鑑定，篩選優良株系、單株；
f7代：將f6代選出的株系進行鑑定，確認產量性狀、抗逆性、食味品質、外觀品質、營養品質的綜合性狀優良，且全生育期抗旱性強、營養優質的穀子株系，並進行光溫反應鑑定，篩選出不敏感的株系，即為選育出的抗旱優質穀子。
本發明的抗旱優質穀子，是指全生育期抗旱性較強，綜合性狀優良基礎上營養優質的穀子品種。本發明的選育方法，通過對雜交種連續七世代的定向選育，採用水旱平行選擇與系譜法相結合的方法，低世代進行高水肥條件下的高產性選育，經田間自然鑑定重點進行抗逆性、生育期、株型性狀的選育，並根據不同病害發病特點採用密植、人工接種和人工環境相結合方法下進行抗逆性、商品性的強化選育；中高世代在繼續進行單株選育純化的同時，結合室內考種法選育抗旱性、高產性和綜合品質較好的目標株系，之後進行水旱平行選擇，最後將入選株系在比較試驗的同時進行全生育期抗旱鑑定、高產鑑定、抗逆鑑定、品質鑑定，確保新品種抗旱與高產穩產協調統一。本發明的選育方法採用和產量密切相關的抗旱指數來評價抗旱性，可選育出貼近實際農業生產需求的全生育期抗旱穀子，所謂全生育期抗旱指不同生育時期包括萌芽期、孕穗期等各個生育期都具有較好的抗旱性，符合節水農業發展趨勢，具有巨大的實用價值，選育出的抗旱優質穀子在種植中能夠體現顯著優勢。
在本發明的選育方法中，對於雜交種連續七世代的各世代性狀篩選標準的確定，是基於品種資源的性狀變異幅度及遺傳力特性，依據穀子不同性狀的變異幅度及遺傳力指標，確定在f1～f4世代使高產性得以充分表達，在基本穩定的f5～f7世代加大抗旱與高產性的選擇，並在各世代中增加相應的農藝性狀篩選，以實現抗旱優質穀子的選育。
作為對上述技術方案的限定，所述雜交育種依據性狀互補的原則，採用有性雜交的方法，通過田間自然鑑定選擇生育期小於100天、抗病性2級以上的真雜種單株。
在豐富多樣的品種資源中，均不同程度的分布著符合育種目標要求的性狀，在分析親本材料來源的基礎上，依據性狀互補的原則，以篩選出的親本，配製雜交組合。
作為對上述技術方案的限定，所述雜交育種選用的親本，以目標性狀為選擇標準，要求親本材料綜合性狀較好，不存在明顯缺陷；所述目標性狀包括抗旱、抗病、高產、優質中的至少一項性狀；所述綜合性狀包括產量性狀、農藝性狀、經濟性狀、品質性狀、及抗逆性的全部性狀。
作為對上述技術方案的限定，所述f2代的初選標準為：田間自然鑑定下抗病性2級以上、生育期小於100天、抗倒性2級以上、株高小於1.8m、出谷率大於75％、千粒重大於2.5克。
作為對上述技術方案的限定，所述f3代的篩選標準為：田間自然鑑定下對主要病害抗性2級以上、抗倒性2級以上、外觀品質不低於國家二級優質米標準。
作為對上述技術方案的限定，所述f4代的初選標準為：田間自然鑑定下對主要病害抗性2級以上、抗旱性2級以上，產量不低於國家區試對照、單一營養成分不低於同類品種平均含量，其它品質指標不低於國家二級優質米標準。
作為對上述技術方案的限定，所述f5、f6代的鑑定標準為：田間自然鑑定下對主要病害抗性2級以上、抗旱性2級以上，產量不低於國家區試對照、單一營養成分高於同類品種平均含量10％以上，其它品質指標不低於國家二級優質米標準，足水、限水兩種條件產量均超對照3％以上；所述對照為區域試驗對照品種或當地主栽品種。
明確雜交種選育各世代的選擇標準，以得到優良的選育品種。
作為對上述技術方案的限定，所述水旱平行選擇為在足水、限水兩種條件下進行對應種植選育的方法。
通過在足水、限水兩種條件下對應種植的水旱平行選擇，實現乾旱條件下穩產，足水條件下高產，貼近實際農業生產，符合當前節水農業發展的需求。
作為對上述技術方案的限定，所述f7代的鑑定選育採用在亞熱帶田間的自然鑑定法，於冬季繁種，進行光溫反應鑑定。
通過田間自然鑑定法對f7代進行鑑定選育，以更利於滿足實際農業生產要求。
綜上所述，採用本發明的技術方案，獲得的選育方法，採用水旱平行選擇與系譜法相結合的方法，對穀子雜交種進行連續七世代的定向選育，依據穀子的高產、抗旱以及其它性狀的變異幅度及遺傳力特性，對不同世代特定選育法與選育性狀進行組合，培育在綜合性狀方面均表現優良的基礎上全生育期抗旱性強、營養優質的穀子新品種。
具體實施方式
下面將結合實施例，對本發明的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基於本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬於本發明保護的範圍。
實施例一
本實施例涉及一種抗旱優質穀子的選育方法。
在豐富多樣的品種資源和各單位選育的育種中間材料以及推廣品種中，均不同程度的分布著符合育種目標要求的性狀，但多數農家品種綜合性狀(綜合性狀包括：產量性狀、農藝性狀、經濟性狀、品質性狀、抗逆性)較差，不易實現高產的育種目標，春谷區的材料往往不能適應當地氣候，表現早衰低產，利用難度大，而育種中間材料和推廣品種多數綜合性狀較好。因此確定主要從中間材料和推廣品種中選擇親本材料，兼顧其它生態區的優異材料。
親本材料要求綜合性狀較好，不能有明顯缺陷，初步選擇了具有抗旱、抗病、高產、優質(國家二級優質米以上)至少一個目標性狀的材料共113份，進行田間自然鑑定和人工控制條件下的鑑定，經過綜合鑑定，篩選出31份綜合表現突出的材料，再經過營養品質(以賴氨酸含量為主)的測定，最終選出「安2491」、「豫谷1號」、「谷豐2號」、「201075」、「豫谷2號」、「衡8046」等6份1級抗旱材料作為親本材料，其中，「衡8046」(來自河北省農林科學院旱作農業研究所)是高賴氨酸材料(0.31％)，但是豐產性較差；「201075」(來自河北省農林科學院穀子所的中間材料)賴氨酸含量較高(0.27％)，抗谷銹病、谷瘟病，產量較高；「安2491」(來自安陽農科所的中間材料)，抗谷銹病、谷瘟病，產量較高，賴氨酸含量較高(0.24％)且富含硒(173.78μg/kg)，是一般品種的2.5倍；「豫谷1號」、「谷豐2號」、「豫谷2號」為國家鑑定品種，抗病，米色金黃，食味品質及商品性均較好。6份親本材料的性狀特徵如下表(表1)所示：
表1、親本材料性狀一覽表
採用水旱平行選擇與系譜法相結合的連續定向選育方法，選育操作及選育標準包括：
f1代：在確定雜交親本進行雜交育種的基礎上，依據標誌性狀結合雙親的特徵特性，鑑定真假雜種，獲得真雜種，於成熟期選擇真雜種單株；
配製雜交組合，聚合優良性狀：
在分析親本材料來源的基礎上，依據性狀互補的原則，以篩選出的親本，配製了安2491×衡8046、豫谷1號×衡8046、谷豐2號×衡8046、201075×衡8046、豫谷2號×衡8046、安2491×201075、谷豐2號×201075、豫谷1號×201075、豫谷2號×201075、谷豐2號×安2491、豫谷1號×安2491、豫谷2號×安2491等包括正反交的24個雜交組合；
經溫湯去雄，套袋雜交，同年冬季在海南加代，根據苗色、刺毛等標誌性狀，結合雙親的特徵特性，鑑定真假雜種，獲得一定數量的真雜種，收穫生育期小於100天、抗病性2級以上的組合；
f2代：採用田間自然鑑定法，對f1代獲得的真雜種單株進行抗病性、生育期、株高及產量性狀的初選，收穫後結合室內考種，加大選擇壓力，對抗病性、生育期，兼顧抗倒性、株高、出谷率、千粒重性狀進行篩選得到優異單株；
f2代是大量分離的世代，重點根據田間自然鑑定對抗病性、生育期、株高等性狀進行選擇，並對產量性狀進行粗選，收穫後通過室內考種，測量所選材料的出谷率和千粒重，決選出86個抗病性2級以上、生育期小於100天、抗倒性2級以上、株高小於1.8m、出谷率大於75％、千粒重大於2.5克的優異單株供來年繼續選擇。
f3代：採用密植、人工接種和生育後期人工遮蔭噴水的方法創造利於病害和倒伏發生的田間小氣候，對f2代選出的優異單株進行選育，篩選具有抗逆性、外觀品質優的類型；
f3代創造田間鬱蔽，空氣溼度大等利於病害和倒伏發生的田間小氣候，加大選擇壓力，選擇抗倒性、抗病性強的類型，即對主要病害抗性2級以上、抗倒性2級以上、外觀品質不低於國家二級優質米標準，同時也有利於進一步選擇商品性。
f4代：將f3代入選單株的株系收穫後結合室內考種進行篩選，對株系的抗旱性、高產性、營養品質、食味品質、外觀品質進行初選，確定重點組合的目標株系；
f4代從入選家系中選擇綜合性狀突出的單株，將入選單株的株系收穫後結合室內考種進一步選擇，以主要病害抗性2級以上、抗旱性2級以上，產量不低於國家區試對照、單一營養成分不低於同類品種平均含量，其它品質指標不低於國家二級優質米標準，確定「201075×安2491」、「豫谷2號×201075」2個組合為目標品種選育的重點，從中選出9個重點株系，38個優異單株；優質、賴氨酸含量在f4代(含)以後嚴格跟蹤檢測，定向選擇，並在出圃後注意監測。
f5、f6代：從f5代開始進行連續兩代的水旱平行選擇，對f4代選出的目標株系進行抗逆性、高產性、食味品質、外觀品質、營養品質和水旱條件適應性的多點鑑定，篩選優良株系、單株；
從f5開始，在繼續選擇的同時，分別在涉縣、易縣、衡水對抗逆性、品質(賴氨酸含量)、產量、適應性進行多點鑑定，以主要病害抗性2級以上、抗旱性2級以上，產量不低於國家區試對照、單一營養成分高於同類品種平均含量10％以上，其它品質指標不低於國家二級優質米標準，足水、限水兩種條件產量均超對照(對照為區域試驗對照品種或當地主栽品種)3％以上，選擇優良株系、單株進行下一年的篩選，並按同樣標準篩選出f6代株系。
f7代：將f6代選出的株系進行鑑定，確認產量性狀、抗逆性、食味品質、外觀品質、營養品質的綜合性狀優良，且全生育期抗旱性強、營養優質的穀子株系，並進行光溫反應鑑定，篩選出不敏感的株系，即為選育出的抗旱優質穀子。
篩選出5個株系，基本符合育種目標要求，但不同株系的表現仍不盡相同，經過鑑定，「200475-1」、「200475-5」、「200475-10」抗旱性表現較好，「200475-1」、「200475-9」、「200475-10」賴氨酸含量較高，在品質方面綜合表現較好。
為了避免試驗誤差造成優良品種的丟失，將這5個株系全部收穫後冬季在三亞繁種，進行光溫反應鑑定。鑑定結果如下述系列表(表2、表3)所示：
表2、不同株系全生育期抗旱性鑑定結果
表3、不同株系品質鑑定結果
將篩選出的株系與其它新品種(系)在擬推廣區域進行多點大面積種植試驗，區域設置按降水量劃分，即在降水較多的區域設置足水產量比較試驗，在降水較少且無水澆條件的地點設置乾旱產量比較試驗，通過對不同株系進行多點試驗，對參試株系的產量、品質等進行進一步檢測，進一步利用田間自然鑑定最終決選出符合育種目標的新品種(系)。
利用「200475」的5個株系及選育過程培育的其它新品種(系)共同以國家區試對照品種「冀谷19」為對照，進行了足水條件下的產量比較試驗，結果見下述系列表(表4、表5)所示。
表4、新品系產量鑑定結果
由上表可見：「200475-1」、「200475-3」、「200475-10」較對照均增產15％以上，其中「200475-10」畝產為358.5公斤，較對照「冀谷19」號增產24.84％，居參試品種第1位。
表5、新品系抗病性鑑定結果
同時在河北省農業科學院旱作研究所(即旱作所)及太行山區的涉縣、平山、易縣共4個地點對「200475」的5個株系進行多點試驗，對參試株系的產量、賴氨酸含量等進行進一步檢測，檢測結果如下表(表6)所示：
表6、同株系多點品質、產量鑑定結果
通過多點試驗篩選出適宜山區生態條件的株系「200475-10」，本年度4地平均產量337.8kg/畝，居第2位，綜合性狀較好，在足水條件下高產，在乾旱條件下豐產，表現出較好的高產和適應性，且賴氨酸含量較高。
經上述多點試驗、鑑定，決選「200475-10」為選育出的抗旱優質穀子品系，參加明年的國家區域試驗。
實施例二
本實施例涉及對實施例一得到的選育品種主要性狀的鑑定。
為確保品種的優異性，委託權威機構對抗旱性、抗病性、營養品質進行鑑定，按照國家對品種的管理辦法進行審(鑑)定或登記。
(1)區域試驗產量鑑定，鑑定結果如下表(表7)所示：
表7、全國穀子區域試驗產量匯總結果
由上表可見，本發明的選育品種兩年平均畝產320.9kg，較對照「冀谷19」增產6.33％，居所有參試品種第2位。
通過國家穀子品種鑑定委員會鑑定，將選育出的穀子品種定名為「衡谷11號」，綜合了各自雙親的優點，達到了育種目標的要求。
(2)抗旱性、抗病性
委託中國農科院作物所對穀子品種「衡谷11號」進行全生育期的抗旱性鑑定和抗病性鑑定。
「衡谷11號」抗旱指數為1.260，本試驗實施及指標採用河北省地方標準「穀子抗旱鑑定評價技術規程」(db13/t1753-2013)，以「冀谷19」做為對照。依據此標準，穀子品種「衡谷11號」全生育期的抗旱性達到了「1級」(抗旱性極強)的標準。
國家區域試驗的對照種「冀谷19」，進行24點次自然鑑定，「冀谷19」表現1級高度耐旱，經採用全生育期三段反覆乾旱法鑑定，「冀谷19」為1級高度抗旱類型，由中國農業科學院用階段反覆乾旱法鑑定為1級耐旱。經過對谷瘟病、谷銹病的抗性進行了重複接種鑑定，結果表明，「衡谷11號」均達中抗以上水平。
(3)賴氨酸含量檢測
對「衡谷11號」進行賴氨酸檢測，結果表明賴氨酸含量為0.307％，經查新夏谷區育成品種中未見高於本品種的報導，該品種屬夏谷區的高賴氨酸品種，與此前的選育結果相吻合。
(4)品質鑑定
「衡谷11號」米色鮮黃，米色一致性上等，煮粥香粘省火，在全國優質食用粟評選中被評為「二級優質米」。
(5)區域適應性
經國家區域試驗鑑定，全國兩年23點次區域試驗18點次增產，增產幅度為0.4％～23.04％，增產點率為78.3％。
(6)太行山區旱地產量表現
先後在涉縣、永年、易縣、平山的旱地條件下進行試驗，「衡谷11號」表現出較好的穩產豐產性，平均畝產264.2kg，較對照「冀谷19」增產36.7kg/畝，增幅達16.4％，深受當地種植戶歡迎。太行山旱地產量鑑定結果見下表(表8)所示：
表8、太行山旱地產量鑑定結果
選育得到的穀子品種「衡谷11號」，全生育期的抗旱性達到了「1級」、賴氨酸含量0.307％，夏谷區育成品種未見高於本品種的報導。
對比例
根據河北省旱地眾多、旱情逐年加重的實際，為使穀子在旱作農業區糧食生產中發揮更大的作用，確定了主攻抗旱，兼顧優質、多抗的育種目標。圍繞育種目標，篩選目標性狀親本，依據性狀互補的原則，採用有性雜交方法聚合各優良性狀，同時根據其它性狀的遺傳特點，分世代進行連續定向選擇，使後代逐步向符合育種目標的方向發展。
在雜種1代鑑定出真雜種的基礎上，根據各性狀的遺傳特點，從f2代開始進行抗旱性選擇，乾旱條件下，重點對葉片萎蔫程度、相對株高、穗部谷碼發育情況、結實性進行選擇。
f1代：根據苗色等標誌性狀，結合雙親的特徵特性，鑑定真假雜種，38個雜交組合均獲得了一定數量的真雜種。
f2代：乾旱條件下重點對抗旱性進行了選擇，根據後代群體抗旱性和綜合性狀表現，淘汰了11個表現差的組合，在剩餘的27個組合中，選出抗旱性強、綜合性狀突出的單株218個，收穫後通過室內考種，從結實性和籽粒飽滿程度兩方面對抗旱性進行進一步選擇，淘汰出谷率低於75％、千粒重小於2.5克的單株，決選出116個優異單株供來年繼續選擇。
f3代：加大選擇壓力，進行谷銹病、谷瘟病接種鑑定，經過嚴格鑑定選擇，11個組合被淘汰，剩餘的16個組合中共入選單株303個。
f4代：對抗旱性、高產性、營養品質、食味品質、外觀品質進行初選，確定重點組合。與對照相比，發現在前代抗旱性表現較好的株系(穗行)約74％已經不再表現較好的抗旱性，這可能是因為穀子的抗旱性在f2超親遺傳十分明顯，誤導了抗旱性的篩選。為避免材料的丟失，勉強從中選出了抗旱性相對較好的5個重點株系，選出18個優異單株。
f5代：進行抗逆性、高產性、食味品質、外觀品質、營養品質和水旱條件適應性的多點鑑定，篩選優良株系、單株；確定了2個重點株系，從中選出16個優異單株。
f6代：重點對抗旱性、豐產性、抗病性、抗倒性、小米商品性進行鑑定，從中鑑定出綜合性狀優異的品系「衡201103」，混收部分種子同時，從中選出優異單株15個。
f7代：種植穗行15個。同時混收種子參加水、旱兩組穀子新品系產量比較試驗，結果表明，其全生育期抗旱性2級，較對照增產2.2％；在水地試驗產量較高產對照增產3.8％，表現抗病性好。
經農業部穀物品質監督檢測中心檢測，小米含粗蛋白11.22％，粗脂肪3.47％，直鏈澱粉17.14％，膠稠度126毫米，鹼消指數4.0，vb16.9mg/kg，賴氨酸0.25％，綜合指標達到「冀db/1300b2213-90優質食用粟品質及其檢測方法」規定的優質米標準。
因增產幅度較小，且沒有突出的特色，該品種最終沒能通過國家鑑定。
綜上所述，本發明的全生育期選育方法，採用水旱平行選擇與系譜法相結合的方法，對穀子雜交種進行連續七世代的定向選育，通過不同世代特定選育法與選育性狀的組合，以得到抗旱與高產穩產協調統一、貼合實際農業生產需求，並且在綜合性狀方面均表現優良的基礎上全生育期抗旱性強、營養優質的穀子新品種。