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        光不敏感型大芻草新種質(zhì)選育及利用的初步研究

        2011-08-20 08:01:36賈春林王國良楊秋玲盛亦兵
        草業(yè)科學(xué) 2011年10期
        關(guān)鍵詞:溫帶自交系大田

        賈春林,王國良,楊秋玲,吳 波,盛亦兵

        (山東省農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展研究所,山東 濟(jì)南250100)

        一年生二倍體大芻草(Zea mexicana)具有熱帶玉米種質(zhì)特有的抗病性強(qiáng)、再生性強(qiáng)、廣適性和特殊適應(yīng)性等特點(diǎn),染色體數(shù)2n=20,與玉米染色體數(shù)相同,二者雜交易成功[1-2]。將大芻草優(yōu)異基因?qū)胗衩祝╖.mays),對(duì)于豐富玉米育種的遺傳資源具有重要的理論和實(shí)踐意義[3]。國內(nèi)已有不少利用大芻草與玉米雜交獲得新種質(zhì)的報(bào)道[2,4-7]。但是,由于大芻草光周期敏感性的限制,其利用途徑多通過溫室大棚栽培進(jìn)行短日處理或在南繁條件下獲得,操控復(fù)雜,制種成本較高,影響了優(yōu)新種質(zhì)的發(fā)掘、良種擴(kuò)繁和生產(chǎn)應(yīng)用[8-9]。關(guān)于大芻草在長日地區(qū)開花結(jié)實(shí)的研究,國內(nèi)有通過暗處理方法使大芻草在安徽、武漢地區(qū)開花、結(jié)實(shí)的報(bào)道[10-13],但投入較高,方法繁瑣,不利于大面積推廣應(yīng)用。

        本研究利用發(fā)現(xiàn)的大芻草天然變異植株經(jīng)過系統(tǒng)選育,育成可以在山東地區(qū)正常開花結(jié)實(shí)的光不敏感型大芻草新品種“魯牧2號(hào)”。該品種植株直立,分蘗數(shù)3~7個(gè),主莖粗4.2cm,分蘗粗2.8cm,三葉期平均株高21cm,抽雄期平均株高176cm。葉均長90cm,寬4.6cm,葉色深綠。雄穗頂生,雌穗著生于各節(jié),每節(jié)3~5個(gè)雌穗。每穗有種子8~16粒,千粒重約75g。成熟種子顏色以褐色、灰褐色為主。該品種的育成,解除了大芻草在長日照地區(qū)(山東)利用的限制,簡化了利用方式。本研究分析該品種在長日照地區(qū)大田繁種和利用其進(jìn)行雜交制種的可行性,旨在進(jìn)一步研究和發(fā)掘該品種,為當(dāng)前生產(chǎn)和今后種質(zhì)資源拓寬提供借鑒。

        1 材料與方法

        1.1 供試品種 大芻草新品種“魯牧2號(hào)”由山東省農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展研究所提供。該品種是利用從巴西引進(jìn)的大芻草品種Partner在長日照地區(qū)(山東)種植出現(xiàn)的天然變異植株系統(tǒng)選育而來。2004-2007年進(jìn)行了新品種比較、區(qū)域和大田生產(chǎn)試驗(yàn),2007年通過山東省草品種審定委員會(huì)審定,定名為“魯牧2號(hào)”。

        齊319、P10、沈137、浚92-6、德3-3、9058、招295、鄭58、9801共9個(gè)玉米自交系由山東省農(nóng)科院玉米所提供;HN01和HN02等兩個(gè)玉米自交系由山東省農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展所提供。

        1.2 試驗(yàn)地概況 山東齊河縣大田生產(chǎn)試驗(yàn)點(diǎn):地處116°42′E,36°47′N,屬黃河沖積平原,暖溫帶半濕潤大陸性季風(fēng)氣候,年平均氣溫13.9℃,極端最低氣溫-17.9℃,極端最高氣溫36.8℃。試驗(yàn)期間降水量為604.1mm,分布不均,70%~80%集中于6-8月,平均日照時(shí)數(shù)2 678.9h,無霜期217 d。供試土壤為中壤土,土壤耕性、保水保肥性良好。耕層土壤的基礎(chǔ)養(yǎng)分如表1。

        山東商河縣賈莊牧草試驗(yàn)站:地處117°04′E,37°14′N,為黃河沖積平原,屬暖溫帶濕潤季風(fēng)氣候,年平均氣溫13.6℃,極端最低氣溫-18.1℃,極端最高氣溫36.6℃。雨熱同季,降水量主要集中在7-9月,年平均降水量為591.1mm,無霜期為193d,日均光照7.5h。供試土壤為中壤土,土層深厚,耕層土壤的基礎(chǔ)化學(xué)成分如表1。

        表1 土壤基礎(chǔ)肥力狀況

        1.3 試驗(yàn)設(shè)計(jì) 山東齊河縣大田生產(chǎn)試驗(yàn):于2006年4月17日、2007年4月21日在齊河試驗(yàn)點(diǎn)進(jìn)行。試驗(yàn)地面積667m2,采用穴播,株行距40cm×50cm(密度49 500株/hm2)。播前整地耙平,每666.7m2施有機(jī)肥1 500kg,磷酸鉀復(fù)合肥(N∶P∶K=16∶22∶7)20kg。植株高80~100 cm時(shí)刈割,每年刈割3茬,分別為2006年6月25日、8月6日、9月30日和2007年7月2日、8月10日、9月30日刈割。

        大田條件下新種質(zhì)的繁種試驗(yàn):于2006年4月19日、2007年4月28日在山東商河縣賈莊牧草試驗(yàn)站進(jìn)行。試驗(yàn)地面積675m2。共設(shè)置3個(gè)密度水平,株行距分別為 40cm×40cm(61 500株/hm2)、40cm×50cm(49 500株/hm2)、40cm×60cm(39 000株/hm2),設(shè)3個(gè)重復(fù),小區(qū)面積15m×5m,共9個(gè)小區(qū),隨機(jī)排列。播前整地及施肥同大田生產(chǎn)試驗(yàn)。分別于2006年5月11日、2007年5月20日各澆灌一次。生育期間不刈割,種子成熟后按小區(qū)收獲,晾曬,去除白色及癟小的種子。

        大田條件下利用新種質(zhì)雜交制種試驗(yàn):以“魯牧2號(hào)”為父本,以11個(gè)自交系齊319、P10、沈137、浚92-6、德 3-3、9058、招 295、鄭 58、9801、HN01、HN02為母本,在山東省農(nóng)科院賈莊牧草試驗(yàn)站大田條件下進(jìn)行新種質(zhì)的制種試驗(yàn)[14-15]?!棒斈?號(hào)”分3期播種,播期分別為2008年4月22日(覆膜)、5月20日和6月10日;11個(gè)母本自交系于2008年5月20日播種。父母本均穴播3粒,留壯苗1株,株行距為40cm×50cm。每個(gè)母本自交系種2行,每行10株。父本每期播種4行,每行10株。試驗(yàn)期間苗期每666.7m2追施尿素10kg。雜交采用人工套袋方法,即父本抽雄穗散粉前雄穗套袋,母本去雄,并在雌穗吐絲前套袋?;ㄆ谙嘤鰰r(shí)取父本花粉均勻點(diǎn)撒在母本花粉管上,重復(fù)2~3次后套袋。記錄花期相遇的母本自交系及雜交種產(chǎn)量。

        1.4 測定指標(biāo)和方法 物候期觀察品種整體,記載播期、出苗、分蘗、抽雄、開花等主要生育期;鮮草產(chǎn)量為全年3茬總產(chǎn)量。種子產(chǎn)量分別于2006年、2007年10月下旬種子成熟后收獲,去除白色及癟小的種子,至種子含水量13%~15%后稱量。雜交種產(chǎn)量統(tǒng)計(jì)單株雜交種子的風(fēng)干質(zhì)量。

        用Excel 2003作表,用 DPS 11.0數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)對(duì)不同密度播種的種子產(chǎn)量試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

        2 結(jié)果與分析

        2.1 物候特性 該品種在山東地區(qū)正常春播(4月中下旬,露天或覆膜)情況下,一般6月初進(jìn)入分蘗期,7月下旬到8月上旬開始抽雄,8月上中旬雌穗開花,8月中下旬結(jié)實(shí)。9月底種子開始成熟,一般10月中上旬開始枯黃。整個(gè)生育期約170d(表2)。

        表2 2006-2008年“魯牧2號(hào)”物候期統(tǒng)計(jì)

        2.2 鮮草產(chǎn)量 2006、2007年在山東齊河縣大田生產(chǎn)的鮮草產(chǎn)量分別為 48 577.5 和 43 282.5 kg/hm2,平均達(dá)45 930kg/hm2。

        2.3 種子產(chǎn)量 2006、2007年在山東商河縣賈莊的種子產(chǎn)量試驗(yàn)表明,種植密度為40cm×50cm(49 500株/hm2)時(shí)種子產(chǎn)量最高,顯著高于其他密度水平(P<0.05)(表3)。年度間無顯著差異,種子產(chǎn)量相對(duì)穩(wěn)定。

        2.4 “魯牧2號(hào)”與溫帶玉米自交系雜交特性

        大田條件下第1批和第2批播種的“魯牧2號(hào)”分別于7月20日和8月24日抽雄,第3批沒有抽雄。其中第1批抽雄的父本與11個(gè)自交系中的8個(gè)花期相遇,并通過人工雜交獲得雜交種,雜交成功率達(dá)到72.7%。說明在長日地區(qū)(山東)大田條件下,可以利用“魯牧2號(hào)”實(shí)現(xiàn)與溫帶玉米自交系的遠(yuǎn)緣雜交(表4)。

        表3 種植密度對(duì)種子產(chǎn)量的影響 kg/hm2

        表4 大田條件下“魯牧2號(hào)”與溫帶玉米自交系雜交情況

        3 討論

        大芻草是栽培玉米的近緣屬,具有許多優(yōu)良的農(nóng)藝性狀,染色體數(shù)與玉米相同,可雜交性好,被認(rèn)為是玉米品種改良的重要基因源。我國的科研工作者利用熱帶種質(zhì)大芻草作為拓寬我國現(xiàn)有玉米種質(zhì)遺傳基礎(chǔ)的重要途徑,育成了一些表現(xiàn)優(yōu)良的新品種[16]。但是大芻草在溫帶地區(qū)的利用主要受光周期敏感性的限制。不同的熱帶亞熱帶種質(zhì)對(duì)光周期的敏感程度不同,在溫帶地區(qū)生長的表現(xiàn)亦有差異[17]。光不敏感型熱帶種質(zhì)“魯牧2號(hào)”的選育就是通過熱帶種質(zhì)在溫帶地區(qū)生長,出現(xiàn)了能自然開花結(jié)實(shí)的變異植株,繼而對(duì)此變異植株系統(tǒng)選育得來。本研究表明,該種質(zhì)對(duì)長日照不敏感,在山東地區(qū)能夠自然開花結(jié)實(shí)。通過錯(cuò)期播種,大田條件下可以與溫帶玉米花期相遇,并實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)緣雜交。該種質(zhì)的育成,避免了熱帶亞熱帶種質(zhì)在溫帶地區(qū)利用的限制,同時(shí)又繼承了熱帶亞熱帶種質(zhì)的優(yōu)異基因,為熱帶種質(zhì)在溫帶地區(qū)的有效利用提供了新的資源和方式,有助于發(fā)掘新的雜種優(yōu)勢群和雜種優(yōu)勢模式,進(jìn)一步提高雜種優(yōu)勢利用水平。

        但是由于光周期敏感性,當(dāng)它們與溫帶材料雜交后,熱帶、亞熱帶種質(zhì)中的有利基因被適應(yīng)性較強(qiáng)的溫帶種質(zhì)的基因所掩蓋,易出現(xiàn)遺傳連鎖不平衡現(xiàn)象,這給選擇改良利用帶來了難度[18]。本研究只是對(duì)“魯牧2號(hào)”在溫帶地區(qū)生產(chǎn)利用上的可行性進(jìn)行了探討,對(duì)利用其組配得到的雜交種的表現(xiàn)還未作深入研究。因此,為了充分利用該種質(zhì),下一步應(yīng)對(duì)該種質(zhì)組配雜交種的遺傳規(guī)律、相關(guān)性狀的基因定位等方面進(jìn)行深入探討。

        本研究僅對(duì)“魯牧2號(hào)”的種植密度、播期進(jìn)行了探討,在山東地區(qū)鮮草產(chǎn)量達(dá)到45 930kg/hm2,種子產(chǎn)量達(dá)到1 595.46kg/hm2,與溫帶玉米自交系雜交的成功率達(dá)到72.7%,初步證明其具備了生產(chǎn)的可行性。針對(duì)今后生產(chǎn)上大面積的應(yīng)用,還需對(duì)水肥管理、耕作、收獲等技術(shù)進(jìn)一步研究,繼續(xù)完善形成配套的栽培技術(shù)體系。

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