謝 楠,趙海明,李 源,劉貴波

(河北省農(nóng)林科學(xué)院旱作農(nóng)業(yè)研究所/河北省農(nóng)作物抗旱研究重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,河北衡水 053000)

遠(yuǎn)緣雜交把不同種、屬的特征、特性結(jié)合起來,突破種屬界限,擴(kuò)大遺傳變異,從而創(chuàng)造新的變異類型或新物種,是創(chuàng)造新物種和選育新品種的一個(gè)重要育種技術(shù)和方法,是染色體水平上的轉(zhuǎn)基因工程。尤其在以收獲營(yíng)養(yǎng)體為目的的飼草育種方面遠(yuǎn)緣雜交將是一項(xiàng)重要的育種手段。

對(duì)于黑麥,小黑麥與小麥的遠(yuǎn)緣雜交已有研究[1-3],多是以小麥為中心,利用黑麥、小黑麥的有益基因在改良小麥抗病性、品質(zhì)和產(chǎn)量性狀方面進(jìn)行研究。在小麥及其種間雜交不親和性方面,陳軍營(yíng)[4]等利用硬粒小麥、小黑麥和黑麥各一個(gè)品種研究小麥遠(yuǎn)緣雜交的不親和性。在親本組配上,已有采用非飼用品種的二倍體(黑麥)、六倍體(小黑麥、小麥)、四倍體(硬粒小麥)之間作雜交[4-6]。在利用飼用八倍體(小黑麥)與飼用二倍體(黑麥)和飼用六倍體小黑麥、冬小麥雜交進(jìn)行研究尚未有過相關(guān)報(bào)導(dǎo)。試驗(yàn)從遠(yuǎn)緣雜交入手,研究立足于為選育收獲營(yíng)養(yǎng)體的飼草新品種為目的,探討不同麥類作物種類之間的雜交親和性,為今后利用遠(yuǎn)緣雜交開展麥類飼草新品種選育研究的田間雜交技術(shù)提供重要依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 供試品種

試驗(yàn)選用飼用黑麥、飼用六倍體小黑麥、飼用八倍體小黑麥和冬小麥品種各3個(gè)(表1)。

1.2 研究方法

1.2.1 試驗(yàn)地點(diǎn) 試驗(yàn)于2006年10月～2007年6月,2007年10月～2008年6月進(jìn)行。試驗(yàn)地位于河北省深州市護(hù)遲鎮(zhèn)的河北省農(nóng)林科學(xué)院旱作農(nóng)業(yè)研究所試驗(yàn)站進(jìn)行 ,E 115°42′,N 37°44′,海拔高度20 m,年均降水量510 mm,其中70%的降水集中在7～8月。年平均氣溫12.6℃,無霜期206 d。

1.2.2 試驗(yàn)方法 分別于2006年10月15日和2007年10月20日造墑播種,施足底肥,尿素 375 kg/hm2,復(fù)合肥(N 14%,P 16%和 K 15%)750 kg/hm2,每個(gè)材料均播種2行,行長(zhǎng)4.2 m,同一品種之間行距30 cm,不同品種之間行距60 cm,返青后結(jié)合灌水追施尿素225 kg/hm2。利用12個(gè)親本材料,采用人工去雄和授粉的方法以同一類別品種為重復(fù)共分3組(表2),同一類別的每個(gè)親本材料按照表中所示與其他類別相對(duì)應(yīng)的3個(gè)材料進(jìn)行正反雜交,每1組合兩個(gè)穗,共計(jì)72個(gè)組合,144穗。每個(gè)穗子兩側(cè)各留中部10個(gè)小花,共20個(gè)小花。

表1 品種名稱,來源及供種單位Table 1 Names and sources of tested cultivars

表2 試驗(yàn)品種的分組Table 2 Groups of tested cultivars

待抽穗后田間選擇發(fā)育良好、一致,健壯和具有本品種典型特征的主莖穗或大分蘗穗為母本,進(jìn)行人工整穗、去雄。并選擇與母本花期相近的父本穗對(duì)母本穗進(jìn)行人工授粉,為了克服遠(yuǎn)緣雜交的困難,對(duì)每個(gè)雜交組合中母本穗進(jìn)行了多次授粉,這與袁漢民[5]在普通小麥遠(yuǎn)緣雜交F1代表現(xiàn)型研究中所述相同。雜交后掛牌,注明父母本名稱、去雄日期和授粉日期。

為防止花期不育,對(duì)飼用黑麥的抽穗早品種在拔節(jié)期進(jìn)行部分刈割,使再生后的部分植株花期推遲,達(dá)到花期相遇的目的。

1.2.3 調(diào)查項(xiàng)目及方法 盛花期以田間每品種有80%的植株開花為盛花期;抗倒性在收獲期分為4級(jí),以無(0)、輕(25%)、中(30%)、重(50%)表示倒伏度,植株傾倒45°以上為倒伏;抗病性以田間調(diào)查三銹病、葉枯病和白粉病?？砂?級(jí)調(diào)查:無(0)全株無病、輕(1)基部?jī)扇~片感染、中(2)中部葉片感染、重(3)旗葉及穗部均感染;在收獲后,分別調(diào)查記載不同雜交組合籽粒秕瘦和飽滿情況。結(jié)實(shí)籽粒的飽滿程度分為3級(jí)調(diào)查:1(飽滿)、2(干癟)、3(極干癟);收獲后,分別調(diào)查記載所有雜交組合的結(jié)實(shí)粒數(shù)。

結(jié)實(shí)率:統(tǒng)計(jì)雜交結(jié)實(shí)粒數(shù),(結(jié)實(shí)粒數(shù)/授粉小花數(shù)×100%)。

飽滿度:(飽滿籽粒數(shù)/結(jié)實(shí)籽粒數(shù))×100%。

結(jié)實(shí)率和飽滿度,用SAS軟件進(jìn)行方差分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 4種飼用麥類的盛花期和抗逆性

從表3可以看出,飼用六倍體小黑麥和飼用八倍體小黑麥達(dá)到盛花期的時(shí)間最接近,花期相遇可能使組合之間授粉較好,也給結(jié)實(shí)性創(chuàng)造了先決條件;飼用黑麥和冬小麥之間雖然盛花期的時(shí)間也較接近,但由于二者之間親緣關(guān)系較遠(yuǎn),結(jié)實(shí)性相對(duì)較弱;飼用六倍體小黑麥、飼用八倍體小黑麥分別和飼用黑麥、冬小麥之間花期有差別,如果在結(jié)實(shí)性方面出現(xiàn)差異,可能是導(dǎo)致結(jié)實(shí)率低的原因之一。盡管在試驗(yàn)過程中人為的采取一些措施,如飼用黑麥類在拔節(jié)期進(jìn)行部分植株刈割,使刈割后的植株花期推遲5 d,但是對(duì)于飼用六倍體小黑麥、飼用八倍體小黑麥來說還是未達(dá)到花期相遇的目的。

抗倒優(yōu)性結(jié)果顯示(表3),2007年飼用黑麥品種的抗倒優(yōu)性較差,尤以oklon品種抗倒優(yōu)性最差,倒伏面積達(dá)到了50%以上,其他2個(gè)飼用黑麥品種Bates和89R47,也有中度倒伏現(xiàn)象發(fā)生,倒伏面積30%。另外,5月22日、23日遇大雨和大風(fēng)天氣,正值植株生長(zhǎng)后期,也是導(dǎo)致倒伏的原因。其他3類麥類無倒伏現(xiàn)象發(fā)生,抗倒優(yōu)性較好;2008年參試的各品種都無倒伏現(xiàn)象發(fā)生(與當(dāng)年的氣象因素有關(guān))。

2年參試的各冬小麥品種均發(fā)生了不同程度的病害。而其他3類麥類作物均未發(fā)現(xiàn)有感染三銹病和白粉病,抗病性較好。飼用小黑麥作為黑麥屬和小麥屬物種經(jīng)屬間有性雜交和雜種染色體數(shù)加倍而人工合成的新物種有著父母本的優(yōu)良性狀,體現(xiàn)出了較強(qiáng)的雜種優(yōu)勢(shì)。表現(xiàn)出抗倒、抗病性強(qiáng)的優(yōu)良性狀。

表3 4種飼用麥類各品種的花期和抗逆性Table 3 The flowering period and stress resistance of 4 forage triticeae cultivars

2.2 4種飼用麥類不同組合的雜交結(jié)實(shí)率和飽滿度

不同組合的平均結(jié)實(shí)率6個(gè)組合平均結(jié)實(shí)率之間存在顯著差異(表4),因飼用六倍體小黑麥×飼用八倍體小黑麥平均結(jié)實(shí)率最高,達(dá)到53.86%,在所有組合中該組合雙親親緣關(guān)系最近。飼用六倍體小黑麥×冬小麥、飼用八倍體小黑麥×冬小麥和飼用黑麥×飼用六倍體小黑麥、飼用黑麥×飼用八倍體小黑麥之間平均結(jié)實(shí)率稍高,親緣關(guān)系較近;但前2個(gè)組合的平均結(jié)實(shí)率明顯高于后2個(gè)組合的平均結(jié)實(shí)率,表明冬小麥較飼用黑麥的親和性可能更強(qiáng)。飼用黑麥×冬小麥之間平均結(jié)實(shí)率最低,為10.21%,雙親的親緣關(guān)系較遠(yuǎn);飼用黑麥×飼用六倍體小黑麥、飼用黑麥×飼用八倍體小黑麥和飼用黑麥×冬小麥三者平均結(jié)實(shí)率在0.05和0.01水平下無顯著差異。結(jié)果表明遠(yuǎn)緣雜交的結(jié)實(shí)率與雙親的親緣關(guān)系遠(yuǎn)近相關(guān),親緣關(guān)系較近的結(jié)實(shí)率較高。

不同組合正交和反交結(jié)實(shí)率,各組合之間都存在差異,有的組合正交和反交之間差異顯著,有的組合差異不顯著。同一組合正交和反交結(jié)實(shí)率之間存在差異的組合,如飼用八倍體小黑麥×冬小麥反交結(jié)實(shí)率為37.92%,而正交組合結(jié)實(shí)率為13.96%;飼用六倍體小黑麥×冬小麥反交結(jié)實(shí)率為50.63%,而正交組合為31.88%。陳軍營(yíng)[4]在小麥及其近緣種間雜交的不親和性及其F1籽粒性狀研究中提到,雖然一些雜交組合正、反交都能受精結(jié)實(shí),但由于核與質(zhì)的互作不同造成正、反交之間存在較大差異,本試驗(yàn)所得結(jié)論與該研究基本相同。

從結(jié)實(shí)籽粒的總飽滿度分析,不同組合差異顯著。飼用黑麥×冬小麥組合最高,飼用六倍體小黑麥×飼用八倍體小黑麥組合次之,但兩組合在0.05和0.01水平無顯著差異,飼用八倍體小黑麥×冬小麥組合總飽滿度最低,僅為4.08%,出現(xiàn)干癟籽粒居多。

表4 不同組合的雜交結(jié)實(shí)率和飽滿度Table 4 The seed setting rate and plumpness of different cross combinations

各組合無論正反交,收獲的種子都有出現(xiàn)干癟現(xiàn)象,有的組合飽滿度很低,是由于遠(yuǎn)緣雜交使種子不能形成正常的胚而敗育,有相關(guān)研究報(bào)道在植物遠(yuǎn)緣雜交中出現(xiàn)的異常染色體行為,從而導(dǎo)致雜交結(jié)實(shí)率降低以及代謝紊亂和種子皺縮等現(xiàn)象[7-8]。

不同組合正交和反交的飽滿度之間存在顯著差異,以飼用黑麥×冬小麥反交組合飽滿度最高(62.96%),飼用六倍體小黑麥×飼用八倍體小黑麥反交組合次之,飼用八倍體小黑麥×冬小麥正、反交組合飽滿度都較低,尤以反交組合最低(僅為0.61%),且這一組合正、反交之間在0.01水平無顯著差異。

綜合雜交結(jié)實(shí)率和飽滿度的分析,飼用六倍體小黑麥×飼用八倍體小黑麥之間雜交結(jié)實(shí)率和飽滿度都較高(尤以反交最為突出),親和性好;其雙親親緣關(guān)系相對(duì)最近。飼用黑麥×冬小麥雜交結(jié)實(shí)率最低,親和性差,雙親親緣關(guān)系較遠(yuǎn);但籽粒飽滿度相對(duì)較高,說明結(jié)實(shí)率與飽滿度之間的相關(guān)關(guān)系不明顯。因此,遠(yuǎn)緣雜交的親和性主要取決于雙親親緣關(guān)系的遠(yuǎn)近。

2.3 不同品種的雜交親和性

飼用黑麥類3個(gè)品種與其他類別品種雜交后,oklon品種結(jié)實(shí)率相對(duì)較高,表現(xiàn)較好,89R47飽滿度較高與Bates分別和冬小麥類組合后飽滿度達(dá)到了50%,但結(jié)實(shí)率偏低,尤以Bates最為突出,也表明結(jié)實(shí)率和飽滿度的相關(guān)關(guān)系不明顯。oklon品種在3類組合中親和性較好,Bates相對(duì)較差(圖1)。

飼用六倍體小黑麥類與其他類別組合后,結(jié)實(shí)率中新830最高,尤其在與飼用八倍體小黑麥組合中達(dá)到了60%,NSHW11品種結(jié)實(shí)率和飽滿度相對(duì)較高,NTH1888組合后飽滿度雖然較高,但結(jié)實(shí)率較另2個(gè)品種低。綜合以中新830品種較好,NSHW11品種次之(圖2)。

勁松81品種在飼用八倍體小黑麥類與其他類別組合后,結(jié)實(shí)率最高,飽滿度較93761次之,93755的結(jié)實(shí)率和飽滿度相對(duì)較低(圖3)。

冬小麥類各品種與其他類別雜交后,良星99品種的綜合結(jié)實(shí)率最高,但飽滿度偏低,衡雜3號(hào)結(jié)實(shí)率和飽滿度都較高,表現(xiàn)較好,衡5229的飽滿度雖高,但結(jié)實(shí)率偏低,其與黑麥類組合后的結(jié)實(shí)率僅5%(圖4)。

試驗(yàn)所用4類12個(gè)品種中,oklon、中新 830、勁松81和衡雜3號(hào)品種親和性相對(duì)較好。表明同類不同品種之間的遠(yuǎn)緣雜交親和性存在明顯差異。因此,在實(shí)際利用過程中,為保證遠(yuǎn)緣雜交的成功率要注意通過試驗(yàn)加以鑒定選擇親和性好的品種。

3 小結(jié)

因受品種本身生長(zhǎng)發(fā)育特性影響,飼用黑麥類品種生育進(jìn)程較快,由于莖稈細(xì)弱抗倒性相對(duì)較差,但抗病性表現(xiàn)較好;冬小麥品種抗病性較差;飼用小黑麥類品種兼有飼用黑麥和冬小麥的優(yōu)良性狀,表現(xiàn)出了較好的抗逆性。飼用六倍體和飼用八倍體小黑麥因盛花期相近,花期相遇程度高,授粉較好結(jié)實(shí)性強(qiáng)。

通過對(duì)飼用黑麥、飼用六倍體、飼用八倍體小黑麥、冬小麥雜交結(jié)實(shí)率和結(jié)實(shí)籽粒飽滿度的分析可得出:(1)親緣關(guān)系較近的類別之間雜交結(jié)實(shí)率高,親和性好;反之結(jié)實(shí)率低,親和性較差。飼用六倍體小黑麥×飼用八倍體小黑麥平均結(jié)實(shí)率最高,其中,尤以反交最為突出;而飼用黑麥×冬小麥之間平均結(jié)實(shí)率最低。前者親緣關(guān)系較近,后者親緣關(guān)系較遠(yuǎn)。符合遺傳學(xué)的一般規(guī)律;(2)由于核與質(zhì)的互作不同造成同一組合正反交之間結(jié)實(shí)率存在較大差異;(3)飼用六倍體×飼用八倍體小黑麥組合總飽滿度較高,飼用黑麥×冬小麥組合總飽滿度最高,但結(jié)實(shí)率偏低,說明結(jié)實(shí)率與飽滿度之間的相關(guān)關(guān)系不明顯。結(jié)實(shí)籽粒飽滿度的差異與親和性有一定的關(guān)系,但雜交種子有無生命力,胚能否生成很難判斷,需對(duì)后代繼續(xù)種植進(jìn)行判斷,值得進(jìn)一步的研究和討論;(4)同一類別不同品種之間與其他類別雜交親和性存在明顯差異。這可能是由于同一類別不同品種遺傳學(xué)上的細(xì)微差異所致。

今后開展此類研究工作應(yīng)注意:(1)由于同一組合正反交之間存在差異,在試驗(yàn)中應(yīng)注意選擇確定哪個(gè)親本作母本;(2)同一類別不同品種與其他類別品種進(jìn)行雜交,品種間也存在差異,應(yīng)通過試驗(yàn)加以鑒定選擇親和性較強(qiáng)的品種進(jìn)行雜交;(3)仍需進(jìn)一步研究組合的去雄、授粉時(shí)間及授粉次數(shù)對(duì)雜交結(jié)實(shí)性所帶來的影響;(4)探討解決花期不育的措施,例如:錯(cuò)期播種;早春發(fā)育快品種在拔節(jié)期進(jìn)行部分植株的刈割等。

試驗(yàn)中同類別不同品種間受到花期不遇、授粉時(shí)間與授粉次數(shù)或其他物候因素的作用,都會(huì)對(duì)試驗(yàn)結(jié)果產(chǎn)生一定程度的影響。而且,試驗(yàn)只是對(duì)當(dāng)代的結(jié)實(shí)情況進(jìn)行分析,為了使試驗(yàn)結(jié)果更為準(zhǔn)確可靠,應(yīng)將當(dāng)代所得雜交種子在下一年進(jìn)行種植,觀察后代表現(xiàn)以判斷雜交成功與否,來進(jìn)一步推斷親和性。

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