趙培方

（云南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院甘蔗研究所/云南省甘蔗遺傳改良重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，開遠(yuǎn)661699）

美國高產(chǎn)高糖多抗甘蔗育種技術(shù)培訓(xùn)總結(jié)

趙培方

（云南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院甘蔗研究所/云南省甘蔗遺傳改良重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，開遠(yuǎn)661699）

筆者于2013年11月至2014年5月在美國農(nóng)業(yè)部運(yùn)河點(diǎn)甘蔗育種站開展了為期180d的訪問學(xué)者工作，重點(diǎn)就甘蔗實(shí)生苗大田移栽前黑穗病、宿根矮化病和銹病接種脅迫開展了合作研究。同時(shí)，全程參與了對(duì)方雜交組合選配，雜交種子生產(chǎn)，家系評(píng)價(jià)，多個(gè)試驗(yàn)圃品系篩選，主要病害抗性鑒定工作?，F(xiàn)將開展的合作研究工作進(jìn)行總結(jié)，供同行參考。

甘蔗；早期選擇；育種技術(shù)

甘蔗是我國最主要的糖料作物，蔗糖產(chǎn)量占食糖產(chǎn)量的91.7%?；仡欉^去，只有1995/1996、2002/2003和2007/2008三個(gè)榨季食糖生產(chǎn)實(shí)現(xiàn)了自足，其他榨季均保持200萬t左右的進(jìn)口量。且我國食糖人均消費(fèi)正以約6.2%的速度增長，而食糖產(chǎn)量的增速僅保持在2.8%左右。高產(chǎn)高糖多抗甘蔗新品種的選育并推廣應(yīng)用，是在相同土地資源生產(chǎn)更多糖料的有效措施。甘蔗新品種選育是一項(xiàng)長期且需持續(xù)開展的研究工作。通過積極開展國際合作，借鑒國外甘蔗育種機(jī)構(gòu)先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)和引進(jìn)優(yōu)良種質(zhì)資源，將有利于促進(jìn)甘蔗育種技術(shù)創(chuàng)新，提高甘蔗育種效率。

美國農(nóng)業(yè)部運(yùn)河點(diǎn)甘蔗育種站（USDA ARS Sugarcane Field Station at Canal Point）建于1920年，主要職責(zé)為向路易斯安那州和德克薩斯州提供雜交花穗和為佛羅里達(dá)州選育甘蔗新品種。通過與佛羅里達(dá)大學(xué)和佛羅里達(dá)甘蔗聯(lián)盟聯(lián)合選育的CP型甘蔗品種不僅占佛羅里達(dá)州種植面積的83%，且在國際上具有較高的知名度。CP型品種在哥斯達(dá)黎加、薩爾瓦多、危地馬拉、洪都拉斯、尼加拉瓜、巴拿馬和塞內(nèi)加爾分別占25%、70%、65%、60%、66%、15%和50%的種植面積（數(shù)據(jù)由Jack C.Comstock提供）。在中國，約100個(gè)甘蔗品種均來自CP系列親本。該機(jī)構(gòu)不僅在高產(chǎn)高糖育種方面積累了較為豐富的材料基礎(chǔ)和技術(shù)儲(chǔ)備，且在抗病育種方面具有較強(qiáng)的專業(yè)團(tuán)隊(duì)，其負(fù)責(zé)人Jack C.Comstock是甘蔗病害研究方面的知名專家。為了加強(qiáng)云南與美國甘蔗科技合作，2012年5月12—17日，美國農(nóng)業(yè)部運(yùn)河點(diǎn)甘蔗育種站負(fù)責(zé)人Jack C.Comstock博士和美國佛羅里達(dá)大學(xué)Richard Rald教授應(yīng)邀前來云南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院甘蔗研究所進(jìn)行了為期6d的學(xué)術(shù)訪問與交流，雙方簽訂了人才培養(yǎng)和科技交流方面的協(xié)議，為此次出訪執(zhí)行境外培訓(xùn)計(jì)劃奠定了良好的前期基礎(chǔ)。

另外，該培訓(xùn)計(jì)劃執(zhí)行人通過執(zhí)行2009年度國家外專局中長期境外培訓(xùn)計(jì)劃“泰國強(qiáng)宿根甘蔗育種技術(shù)培訓(xùn)”，引進(jìn)了泰國強(qiáng)宿根甘蔗早期選擇技術(shù)，并在團(tuán)隊(duì)成員的共同努力下進(jìn)行集成創(chuàng)新，初步形成了集宿根性測(cè)試[1]、黑穗病[2]、宿根矮化病[3]和花葉病[4]接種脅迫的甘蔗早期選擇技術(shù)，已在約20萬實(shí)生苗上應(yīng)用。但在病害接種技術(shù)和評(píng)價(jià)方法方面有待進(jìn)一步完善。通過執(zhí)行此次培訓(xùn)計(jì)劃，實(shí)地交流和參與對(duì)方科研工作，借鑒美國農(nóng)業(yè)部運(yùn)河點(diǎn)甘蔗育種站在高產(chǎn)高糖多抗甘蔗新品種選育方面的經(jīng)驗(yàn)和做法，以期進(jìn)一步完善我所的甘蔗早期選擇技術(shù)?，F(xiàn)將培訓(xùn)期間開展的研究工作及學(xué)習(xí)收獲總結(jié)如下，供同行參考。

1 雜交組合選配及雜交種子生產(chǎn)

1.1 雜交花穗生產(chǎn)概況

甘蔗是高度雜合的異源多倍體植物，任何雙親間的雜交均產(chǎn)生極為廣泛的分離，然而，綜合性狀優(yōu)良的分離極少。世界主要甘蔗育種機(jī)構(gòu)均采取大規(guī)模生產(chǎn)雜交種子的方式，以獲得更多優(yōu)良的基因型供選擇。佛羅里達(dá)州運(yùn)河點(diǎn)具有優(yōu)良的自然開花條件和完善的雜交設(shè)施，為路易斯安那州和德克薩斯州生產(chǎn)雜交花穗是其主要任務(wù)之一。培訓(xùn)期間，全程參與了2013/2014雜交季雙親雜交和多元雜交花穗生產(chǎn)，部分雜交組合選配和甘蔗實(shí)生苗培育等工作。本雜交季共計(jì)選配雜交組合1631個(gè)，生產(chǎn)雜交種子約200萬粒，其中向外提供約130萬粒，運(yùn)河點(diǎn)保留70萬粒，使用甘蔗親本296個(gè)。

1.2 雜交組合選配

運(yùn)河點(diǎn)甘蔗育種站雜交組合選配主要由負(fù)責(zé)育種的科學(xué)家完成。負(fù)責(zé)其他研究方向的研究人員將雜交親本的所有信息匯總反饋，供雜交組合選配參考。包含親本的蔗糖分、產(chǎn)量、有效莖、家系試驗(yàn)的配合力以及病害抗性鑒定結(jié)果。雜交組合的選配主要依據(jù)雙親開花情況和性狀互補(bǔ)。銹病是佛羅里達(dá)州最主要病害，病理學(xué)團(tuán)隊(duì)完成了幾乎所有親本褐銹病抗性的分子標(biāo)記鑒定和黃銹病抗性的人工鑒定供育種參考。雜交組合選配過程中，此為參考最多的信息之一。通過參與雜交組合選配，掌握了含抗褐銹病性基因Bru1和Bru2的CP型甘蔗親本及其分子標(biāo)記抗性鑒定方法，掌握了主要CP型親本對(duì)宿根矮化病的抗性等級(jí)。因我國大量使用CP型親本開展雜交育種，這些病害抗性信息將可直接用于CP型親本的選配。

1.3 親本類型

在雜交親本的選擇方面，國內(nèi)較為重視親本的多樣性，而運(yùn)河點(diǎn)甘蔗育種站使用最多的為美國本土自育的高產(chǎn)高糖甘蔗親本。主要原因?yàn)閷?duì)自育親本掌握的信息量較為豐富，且蔗區(qū)及甘蔗生產(chǎn)模式長期較為一致，形成了長期一致的高產(chǎn)高糖多抗適宜機(jī)械化收割的育種目標(biāo)。不同類型親本的雜交次數(shù)百分比依次為：CP型（36%），HoCP型（20%），Ho型（19%）；編號(hào)US的親本為割手密后代，占5%；CPCL型占3%；多元雜交占6%。對(duì)綜合性狀優(yōu)良的親本進(jìn)行大量雜交，如CP01-2390、Ho07-613、HoCP09-814、CP05-1616、CP07-2547、CP84-1198、HoCP04-852、CP06-2897、CP08-1553和HoCP96-540這10個(gè)親本的雜交次數(shù)均在50次以上。另外，運(yùn)河點(diǎn)對(duì)親本的更新較快，所使用的親本主要為較新的品種（系），編號(hào)2000年以后的親本占總雜交親本的84%，其中，09至11型親本比例高達(dá)50%，2000年以前的親本僅占約16%。

1.4 嚴(yán)格控制自交

控制自交，是提高雜交組合選配預(yù)期效果和家系試驗(yàn)親本評(píng)價(jià)信息準(zhǔn)確性的有效措施。運(yùn)河點(diǎn)甘蔗育種站在雜交之前，先對(duì)親本開花情況進(jìn)行觀察，無花粉的親本作為母本雜交，若使用有花粉的親本作為母本雜交，則在雜交之前進(jìn)行溫水殺雄。采用50℃溫水處理花穗5min，此方法與巴西CTC甘蔗育種公司的做法一致。無論作為商業(yè)育種，還是親本創(chuàng)新的雜交種子生產(chǎn)，均應(yīng)對(duì)有花粉的母本進(jìn)行殺雄。

2 高產(chǎn)高糖多抗甘蔗品種選育

2.1 甘蔗實(shí)生苗的培育及種植

實(shí)生苗是甘蔗品種選育最基礎(chǔ)的工作之一。2014年共計(jì)培育實(shí)生苗13萬株，實(shí)生苗的管理由專人負(fù)責(zé)。因?qū)嵣绱筇镆圃詾闄C(jī)械種植，因此，所使用的假植盤在設(shè)計(jì)上較好地配合大田移栽機(jī)械。在實(shí)生苗種植方面，其種植株距較大，約50cm，以降低單株間的競(jìng)爭(zhēng)，促進(jìn)種性的充分發(fā)揮。實(shí)生苗的選擇一般由兩個(gè)科技人員同時(shí)對(duì)1個(gè)雜交組合進(jìn)行篩選，因此，各雜交組合種植2行，篩選時(shí)各對(duì)1行進(jìn)行選擇，選擇完后對(duì)雜交組合的產(chǎn)量性狀、病蟲害抗性進(jìn)行分級(jí)，為雜交組合的選配提供參考。

2.2 家系試驗(yàn)和雜種圃

我國自2006年開展甘蔗家系試驗(yàn)以來，進(jìn)行了大量的探索和研究，形成了以調(diào)查產(chǎn)量性狀兼顧糖分、病害自然發(fā)生情況等為手段的家系評(píng)價(jià)技術(shù)。培訓(xùn)期間，參與了運(yùn)河點(diǎn)家系評(píng)價(jià)試驗(yàn)田間調(diào)查和錘度檢測(cè)樣品采集等工作。運(yùn)河點(diǎn)甘蔗育種站家系試驗(yàn)評(píng)價(jià)采取對(duì)生勢(shì)、病害、倒伏、開花進(jìn)行分級(jí)的簡化方法，為降低人為誤差，家系分級(jí)通常由5人共同完成。成熟期取樣測(cè)量混合錘度和單莖重，結(jié)合有效莖數(shù)計(jì)算家系產(chǎn)量和含糖量。家系試驗(yàn)的田間調(diào)查量相對(duì)國內(nèi)較少，得出的結(jié)果為綜合性分級(jí)評(píng)價(jià)結(jié)果。

實(shí)生苗的選擇為田間選擇的第一階段，選擇的準(zhǔn)確性將直接關(guān)系到后期品種選育效率。培訓(xùn)期間，參與了運(yùn)河點(diǎn)甘蔗育種站實(shí)生苗的選擇。叢有效莖、株高、病害發(fā)生情況及空蒲心為主要選擇指標(biāo)。因雜交親本選配中大量采用多代回交的高產(chǎn)高糖親本，參試實(shí)生苗中蒲心實(shí)生苗的比例極低。在入選率方面，盡管采用50cm的種植株距，科技人員仍認(rèn)為需保持較高的入選率以降低錯(cuò)選和漏選的幾率。一般保持高達(dá)25%的入選率，國內(nèi)甘蔗育種機(jī)構(gòu)為降低后期試驗(yàn)土地及資金的投入，通常保持約5%的入選率。在實(shí)生苗入選材料繁殖方面，國內(nèi)采取全部蔗莖繁殖的方式，而運(yùn)河點(diǎn)甘蔗育種站僅采用1條蔗莖進(jìn)行繁殖，即在保持較高入選率和后期相同試驗(yàn)資源投入的情況下，可對(duì)更多品系進(jìn)行篩選，此為值得鑒借的經(jīng)驗(yàn)。

2.3 品系篩選

在美國農(nóng)業(yè)部運(yùn)河點(diǎn)甘蔗育種站傳統(tǒng)品種選育程序中，僅實(shí)生苗，選種圃和鑒定圃在站內(nèi)開展，其他兩個(gè)選育階段通過與制糖企業(yè)和佛羅里達(dá)大學(xué)聯(lián)合，在站外約10個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)進(jìn)行，試驗(yàn)一般保留2年宿根。但經(jīng)過大量研究，沙土和淤泥土條件下篩選具有較大差異，因此，近年已同時(shí)在沙土和淤泥土壤上開展品種選育。培訓(xùn)期間，參與了對(duì)方站外試驗(yàn)產(chǎn)量、主要病害抗性評(píng)價(jià)，所有性狀均為分級(jí)評(píng)價(jià)法，調(diào)查方法極為簡化，但參與調(diào)查的人員均為各單位甘蔗育種、病害研究及農(nóng)藝研究方面的專家。調(diào)查結(jié)果將作為品種審定的重要依據(jù)。

2.4 品系抗病性鑒定及篩選

培訓(xùn)期間，通過參與病害研究團(tuán)隊(duì)開展的工作。了解了對(duì)方在銹病、黑穗病、宿根矮化病等主要甘蔗病害方面開展的研究工作。運(yùn)河點(diǎn)甘蔗育種站病害研究的主要任務(wù)是為甘蔗品種選育提供參考。自品種選育的第二階段，相當(dāng)于我國甘蔗“五圃制”選育的鑒定圃，對(duì)所有品系進(jìn)行黑穗病、銹病和宿根矮化病等主要病害進(jìn)行人工接種鑒定。經(jīng)過多次抗性鑒定，入選至最后階段的品系均表現(xiàn)較強(qiáng)的抗病性?？共⌒詮?qiáng)的品系，再次作為親本雜交利用。我國在甘蔗品種選育過程中，通常至品種選育的最后階段才進(jìn)行主要病害的抗性鑒定，被鑒定為感病的品系棄之可惜，留之難于被生產(chǎn)接受。

3 甘蔗早期選擇技術(shù)研究

甘蔗是無性繁殖作物，自雜交完成后，獲得實(shí)生苗后的篩選均為無性繁殖，即在基因型不變的情況下篩選。在實(shí)生苗移栽大田之前，若能采取一定措施，對(duì)實(shí)生苗進(jìn)行病害脅迫，促進(jìn)實(shí)生苗在大田移栽前表現(xiàn)出對(duì)主要病害的抗感特性，將有利于在早期階段淘汰感病單株，或在早期選擇階段淘汰表現(xiàn)感病的品系。執(zhí)行人通過執(zhí)行國家外專局境外培訓(xùn)計(jì)劃“泰國強(qiáng)宿根甘蔗育種技術(shù)培訓(xùn)”，集團(tuán)隊(duì)力量開展技術(shù)創(chuàng)新，已初步形成甘蔗實(shí)生苗大田移栽前發(fā)株測(cè)試、黑穗病、花葉病和宿根矮化病接種脅迫的早期選擇技術(shù)。但在病害接種及評(píng)價(jià)方面還需進(jìn)一步完善。此次培訓(xùn)期間，借鑒運(yùn)河點(diǎn)甘蔗育種站在甘蔗病害研究方面的經(jīng)驗(yàn)，開展了宿根矮化病、黑穗病和銹病的大田移栽前接種脅迫研究。

3.1 黑穗病

甘蔗黑穗病是我國主要的甘蔗病害之一，對(duì)該病害最有效的防治方法為推廣抗黑穗病甘蔗品種。培訓(xùn)期間，選用高產(chǎn)高糖感黑穗病親本CP01-2390與其他親本選配的12個(gè)雜交家系為研究材料，獲得雜交種子后播種獲得實(shí)生苗，在實(shí)生苗約4片葉齡時(shí)，進(jìn)行假植。假植之前，配制黑穗病孢子懸浮液，將實(shí)生苗根部浸泡在孢子濃度為1×105的懸浮液中30min。因黑穗病孢子在懸浮液中4h內(nèi)萌發(fā)，因此，接種應(yīng)在4h內(nèi)完成，若進(jìn)行大規(guī)模接種，應(yīng)多次配制孢子懸浮液。假植后置于溫度28℃的溫室中過夜培養(yǎng)。因黑穗病癥狀在甘蔗拔節(jié)前才可見，而試驗(yàn)時(shí)間相對(duì)較短，目前仍未表現(xiàn)癥狀。但從接種方法上，相對(duì)我們所開展的室外接種，此為可控溫操作，且在懸浮液配制方面，無需收集大量黑穗病孢子。對(duì)完善我所實(shí)生苗大田移栽前黑穗病接種技術(shù)具有較好參考價(jià)值。

3.2 宿根矮化病

甘蔗宿根矮化病為我省最主要的甘蔗病害之一，感病品種在種植后宿根發(fā)株差、蔗莖變細(xì)及節(jié)間變短而導(dǎo)致產(chǎn)量損失。其傳染主要通過種莖刀口傳播，我所結(jié)合實(shí)生苗去頂進(jìn)行宿根矮化病接種。試驗(yàn)假設(shè)在實(shí)生苗假植過程中，對(duì)根部的損傷亦可導(dǎo)致侵染。培訓(xùn)期間，采用對(duì)宿根矮化病不同抗感水平的9個(gè)親本選配9個(gè)自交群體，播種獲得實(shí)生苗后，采用根部浸泡的方式進(jìn)行宿根矮化病接種脅迫，病原收集于高感宿根矮化病品系CP53-1，接種過程控制蔗汁溫度在20℃以下。宿根矮化病從表型癥狀上較難判斷，但抗性差的實(shí)生苗感病后在品系篩選過程中將因產(chǎn)量表現(xiàn)較差被逐漸淘汰。試驗(yàn)結(jié)果有待實(shí)生苗成莖后取樣進(jìn)行組織印跡檢測(cè)。

3.3 銹病

銹病是世界性的甘蔗病害，銹病的防治及抗銹病品種選育是運(yùn)河點(diǎn)甘蔗育種站當(dāng)前最主要的研究任務(wù)之一。銹病可通過農(nóng)藥來防治，但成本較高。最經(jīng)濟(jì)有效的措施為種植抗銹病品種。培訓(xùn)期間，采用14個(gè)自交家系實(shí)生苗為研究對(duì)象，各家系分別接種黃銹病和褐銹病。在實(shí)生苗4片葉齡時(shí)，采用1×104～5×104孢子濃度進(jìn)行噴霧接種，接種后放置于溫度18.3℃的溫室中，加濕過夜。接種后200倍顯微鏡下觀察可見附于葉片上的銹病孢子。黃銹病在接種15d后可表現(xiàn)癥狀，褐銹病在接種7d后可表現(xiàn)癥狀。

各實(shí)生苗的抗感病情況采用0～4級(jí)分級(jí)評(píng)價(jià)，0為高抗，4為高感。結(jié)果表明，僅約7%的實(shí)生苗高抗黃銹病，7%的實(shí)生苗抗黃銹??；3個(gè)親本CP00-1825、CP92-1167和TCP87-3388的自交群體中，高抗黃銹病的實(shí)生苗比例分別為30%、22%和21%；對(duì)于褐銹病，僅約2%的實(shí)生苗表現(xiàn)高抗，33%的實(shí)生苗表現(xiàn)為抗；CP94-1100和CL88-2747的自交群體中，高抗的實(shí)生苗百分比均為13%。若僅入選抗的實(shí)生苗，86%的實(shí)生苗可因感黃銹病在大田移栽前被淘汰，65%的實(shí)生苗可因感褐銹病在大田移栽前被淘汰。銹病是較容易接種且發(fā)病癥狀容易在大田移栽前可觀測(cè)的病害之一，可作為抗銹病甘蔗育種的主要技術(shù)方法。

S566.5

B

1007-2624（2015）03-0075-04

10.13570/j.cnki.scc.2015.03.028

2014-10-29

國家外專局審出國（境）培訓(xùn)計(jì)劃“美國高產(chǎn)高糖多抗甘蔗育種技術(shù)培訓(xùn)”（CG2013530001）；國家甘蔗產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系（CARS-20-1-1）；國際科技合作與交流專項(xiàng)子項(xiàng)目“國外甘蔗種質(zhì)資源引進(jìn)與繁殖鑒定”（2010DFB33340-6）。

趙培方（1981-），男，云南省石林縣人，主要從事甘蔗遺傳育種研究，電子郵箱：hnzpf@163.com