龍文靖，劉天朋，萬年鑫，李 元，向箭宇，丁國祥，趙甘霖，趙冰冰，倪先林*

高粱高單寧三交種在抗鳥制種中的應用

龍文靖1，劉天朋1，萬年鑫2，李 元1，向箭宇1，丁國祥1，趙甘霖1，趙冰冰1，倪先林1*

（1. 四川省農(nóng)業(yè)科學院 水稻高粱研究所/國家高粱改良中心四川分中心，四川 瀘州 646000；2. 瀘縣現(xiàn)代農(nóng)業(yè)園區(qū)管理委員會，四川 瀘州 646100）

【目的】為解決高粱不育系54A在雜交制種中產(chǎn)量低、單寧含量低和鳥害重的問題?！痉椒ā坷?4A與高丹寧保持系1609B組配雜合不育系（54A/1609B）分別與2個恢復系F235R和TY3560R組配2個三交組合和4個單交組合，測定三交組合與相應單交組合制種產(chǎn)量、鳥害級別及單寧含量，并調(diào)查三交組合與相應單交組合及親本的農(nóng)藝性狀，分析雜種優(yōu)勢?！窘Y果】三交組合制種產(chǎn)量明顯高于單交組合；三交種種子單寧含量與1609A單交種相當，顯著高于54A單交種，能有效防止制種過程中鳥類啄食。另外三交組合表現(xiàn)明顯的雜種優(yōu)勢，產(chǎn)量與單交組合相當；兩個三交組合性狀變異情況表現(xiàn)不完全相同，除千粒質(zhì)量變異系數(shù)均大于單交組合，株高、穗柄長表現(xiàn)不一，但其變異系數(shù)均在9%范圍內(nèi)。【結論】利用雜合不育系組配三交種在提高高粱制種產(chǎn)量和防治鳥啄食上有一定的應用前景。

高粱；三交種；鳥害；雜種優(yōu)勢；變異

【研究意義】高粱（）是世界上第五大谷類作物，抗旱、耐鹽堿和瘠薄土壤，被視為干旱和鹽堿土壤農(nóng)業(yè)區(qū)可持續(xù)農(nóng)業(yè)發(fā)展的一種主要作物[1]。高粱鳥害是一個危害高粱生產(chǎn)的重要因素之一，隨著近年來生態(tài)環(huán)境修復，鳥害已成為雜交高粱制種的一大威脅，在高粱灌漿至成熟階段，麻雀成群結隊而來，啄破灌漿的籽粒，吸食漿汁，造成籽粒破損落粒，或受害部位產(chǎn)生霉變，造成高粱制種產(chǎn)量和發(fā)芽率降低[2]。目前農(nóng)業(yè)驅鳥方法主要有人工驅鳥、架設防鳥網(wǎng)、撒毒餌誘殺、采用閃光帶驅鳥、聲音驅鳥、化學驅鳥劑驅防等方法[3-4]，但這些措施不僅增加生產(chǎn)成本，且大多效果不佳，部分措施還會對鳥類造成傷害。因此，選擇和推廣抗鳥害高粱品種是最簡單有效的方法?！厩叭搜芯窟M展】研究表明，基因控制高粱單寧的合成，單寧含量與高粱抗鳥呈極顯著相關性。通過差異調(diào)控單寧合成以及脂肪酸來源的揮發(fā)物合成高含量的單寧和低濃度的、有香味的揮發(fā)物，進而躲避和防御麻雀[5-6]。然而目前高粱不育系普遍單寧含量低，而單寧高的不育系抗性差難直接應用于生產(chǎn)。高粱三交種是以高粱胞質(zhì)不育系作母本，與另一個優(yōu)勢互補且具有良好保持能力的保持系雜交產(chǎn)生雜合不育系，再與恢復系組配成供生產(chǎn)上利用的高粱雜交種[7]。三交種使用臨時保持系，遺傳基礎豐富，在抗性上擁有更大的優(yōu)勢[8-10]。目前已報道玉米[11]、水稻[10,12]、小麥[13]、油菜[8]、棉花[14]和高粱[7]等作物利用三交種雜種優(yōu)勢，提高作物的抗性、產(chǎn)量和品質(zhì)等性狀的研究?！颈狙芯壳腥朦c】利用三交種雜種優(yōu)勢，可以綜合高粱高單寧抗鳥和其他優(yōu)良性狀?！緮M解決的關鍵問題】針對現(xiàn)有高粱不育系在雜交制種中產(chǎn)量低、鳥害重的問題，開展高粱三交種的研究利用。以不育系54A為母本，高單寧保持系1609B為父本雜交產(chǎn)生雜合不育系，再與優(yōu)良恢復系F235R和TY3560R組配制種，擬測定其三交組合與相應單交組合制種產(chǎn)量、鳥害級別及單寧含量，并調(diào)查三交組合與相應單交組合及親本的農(nóng)藝性狀，并分析雜種優(yōu)勢，以期了解三交種抗鳥優(yōu)勢及變異情況，為科學利用多元三交種提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

供試高粱材料：不育系54A、1609A，保持系54B（單寧含量0.06%）、1609B（單寧含量1.94%），恢復系F235R、TY3560R，均為四川農(nóng)科院水稻高粱研究所選育。2019年8月云南種植不育系54A和保持系1609B并配制雜合不育系54A/1609B。

1.2 試驗方法

1.2.1 試驗設計及材料種植 2019年12月海南陵水按照行距55 cm，窩距30 cm雙株種植不育系54A、1609A，雜合不育系54A/1609B，分兩期（間隔7 d）種植恢復系F235R、TY3560R。用2個恢復系分別對剛開完花長勢均勻的不育系進行授粉，組配單交組合54A/F235R、1609A/F235R、54A/TY3560R和1609A/TY3560R，以及三交組合54A/1609B/F235R、54A/1609B/TY3560R，每個組合配制12穗。

2020年4月9日，于四川省農(nóng)業(yè)科學院水稻高粱研究所瀘縣試驗基地對組配雜交種材料及親本材料按照行距60 cm，窩距30 cm，6行區(qū)每行10窩進行播種，隨機區(qū)組排列，4～6葉期每窩定苗2株，每行種植20株，其他田間管理同大田生產(chǎn)。

1.2.2 各性狀調(diào)查及分析方法 海南制種每個雜交組合成熟時調(diào)查鳥害情況，取樣10株測定其制種產(chǎn)量，并測定籽粒單寧含量。鳥害分級標準為：一級為全穗未受害；二級為1/3受害；三級為全穗1/2受害；四級為全穗受害[2,5]。單寧含量測定按照國家標準GB/T 15686—2008的測定方法。瀘縣試驗于雜交高粱成熟期，每個小區(qū)平地面隨機收取親本和雜交組合各10株，考察株高、穗柄長、穗長、莖粗、單穗質(zhì)量、千粒質(zhì)量。利用Excel 2010統(tǒng)計每個小區(qū)各性狀的平均值、變異系數(shù)，計算各性狀雜種優(yōu)勢。并利用SPSS進行方差分析。

1.2.3 各性狀雜種優(yōu)勢的計算方法 參考單交種雜種優(yōu)勢的計算方法，對三交種的雜種優(yōu)勢按以下方法計算，其中三交種的中親優(yōu)勢=[(F1-三親本均值)÷三親本均值]×100%；超親優(yōu)勢=[(F1-大值親本)÷大值親本]×100%；對照優(yōu)勢=[(F1-對應單交種均值)÷對應單交種均值]×100％。

2 結果與分析

2.1 各雜交組合制種產(chǎn)量及單寧含量

由表1可知，三交組合制種產(chǎn)量大于1609A單交組合大于54A單交組合，說明高粱恢復系組配的三交種的制種產(chǎn)量比單交種高, 雜合不育系起著比較重要的作用，田間觀察可明顯看到雜合不育系長勢更強，穗子更大。另外組合種子單寧表現(xiàn)為雜合不育系雜交種種子單寧含量與1609A單交種單寧含量相當，在1.85%～1.94%，高于54A單交種單寧含量，其單寧含量在0.05%～0.06%。雜合不育系雜交種種子和高單寧不育系1609A單交種種子幾乎無鳥類危害，鳥害級別均為一級，說明雜合不育系54A/1609B能結合高單寧不育系1609A高單寧特點，制種過程中能有效抵抗鳥類啄食，提高制種產(chǎn)量。

表1 各雜交組合制種產(chǎn)量、鳥害等級及單寧含量

同一列不同小寫字母表示不同水分間存在顯著差異（<0.05）。

The lowercase letters in the same row indicate significant differences among different soil water contents（<0.05）.

2.2 親本和組合各性狀數(shù)值分布情況

為了解親本和組合各性狀的分布情況，對各親本和組合的植株性狀及部分產(chǎn)量性狀進行了調(diào)查。結果顯示（表2），各親本和組合的株高變幅在97.17～173.33 cm，均值為146.92 cm。兩三交組合株高與54A單交組合之間差異不顯著，但與1609A單交組合以及各親本差異顯著；穗柄長變幅在30.09～50.82 cm，均值為41.26 cm。兩三交組合穗柄長之間差異顯著，且54A/1609B/F235R與54A/F235R和54A/TY3560R以及親本之間的差異顯著，54A/1609B/TY3560R與1609A/F235R和1609A/TY3560R以及親本54B、F235R和TY3560R之間的差異顯著；穗長變幅在28.33～38.40 cm，均值為33.79 cm。兩三交組合穗長之間差異顯著，且54A/1609B/F235R與54A/TY3560R和1609A/TY3560R以及親本54B和F235R差異顯著，54A/1609B/TY3560R與54A/F235R和1609A/F235R以及各親本差異顯著；莖粗變幅在13.73～16.38 mm，均值為14.86 mm，各親本和組合之間無顯著差異；單穗質(zhì)量變幅在21.71～44.14 g，均值為36.57 g。兩三交組合單穗質(zhì)量與各單交種之間差異不顯著，但與親本54B、1609B和TY3560R差異顯著；千粒質(zhì)量變幅在10.85 g至17.14 g，均值為15.08 g。兩三交組合千粒質(zhì)量差異不顯著，但54A/1609B/F235R與親本54B差異顯著。

表2 親本和組合各性狀統(tǒng)計參數(shù)

同一列不同小寫字母表示不同水分間存在顯著差異(<0.05)。

The lowercase letters in the same row indicate significant differences among different soil water contents (<0.05).

2.3 親本和組合各性狀的變異分析

對各親本和組合的植株性狀及部分產(chǎn)量性狀數(shù)據(jù)的變異性系數(shù)進行了分析（表3）。不同三交組合表現(xiàn)不同，三交組合54A/1609B/F235R株高變異系數(shù)最大為7.29%，而54A/1609B/TY3560R株高變異系數(shù)最低為1.39%，表明54A/1609B/F235R株高整齊度較差，而54A/1609B/TY3560R株高整齊度較高；穗柄長表現(xiàn)與株高正好相反，54A/1609B/TY3560R穗柄長變異系數(shù)最高為8.81%；三交組合穗長和莖粗變異系數(shù)較低，單穗質(zhì)量變異系數(shù)在所有組合中居中，而千粒質(zhì)量變異系數(shù)均較高，分別為7.95%和7.83%，表明三交種籽粒整齊度較單交種差。上述結果表明，三交組合除千粒質(zhì)量變異系數(shù)大于單交組合，株高、穗柄長部分大于其單交組合，但變異系數(shù)均小于9%，其變異情況在一定范圍。

表3 親本和組合各性狀變異系數(shù) %

2.4 三交組合各性狀雜種優(yōu)勢分析

為了探究三交組合54A/1609B/F235R和54A/1609B/TY3560R的雜種優(yōu)勢，對兩個三交組合的植株性狀和部分產(chǎn)量性狀對應的中親優(yōu)勢、超親優(yōu)勢以及對照優(yōu)勢進行了分析（表4）。結果表明：三交組合54A/1609B/F235R與親本54B、1609B、F235R比較，中親優(yōu)勢除了莖粗為-0.65%外其余皆為正向優(yōu)勢，且株高和單穗質(zhì)量的優(yōu)勢較大分別為44.90%和46.76%；超親優(yōu)勢莖粗僅為-9.47%，而株高的優(yōu)勢最大為22.03%；與對照單交組合54A/F235R、1609A/F235R相比較，三交組合的對照優(yōu)勢在莖粗和單穗質(zhì)量性狀上表現(xiàn)為負向優(yōu)勢，其余的性狀表現(xiàn)為正向優(yōu)勢，其對照優(yōu)勢不明顯。

三交組合54A/1609B/TY3560R與親本54B、1609B和TY3560R比較，中親優(yōu)勢全部為正向優(yōu)勢，其中優(yōu)勢較大的是株高為46.19%和單穗質(zhì)量為53.52%，莖粗的優(yōu)勢最小僅為3.90%；三交種的超親優(yōu)勢分析，穗柄長為負向優(yōu)勢為-1.90%，單穗質(zhì)量的優(yōu)勢最大達到33.18%；與對照單交組合54A/TY3560R和1609A/TY3560R比較，三交組合的對照優(yōu)勢僅株高性狀為正向優(yōu)勢，而其余性狀則表現(xiàn)為負向優(yōu)勢，對照優(yōu)勢不明顯?？傊?，三交組合表現(xiàn)出了較強的雜種優(yōu)勢，其雜種優(yōu)勢與其對應單交組合雜種優(yōu)勢相當。

表4 三交組合各性狀雜種優(yōu)勢分析 %

3 討論與結論

隨著近年來生態(tài)環(huán)境修復，鳥害已成為雜交高粱制種的一大威脅，抗鳥害育種已成為釀酒高粱的主要育種目標。楊彬等[5]研究表明，中緊穗型、籽粒單寧含量低、生育期短的品種穗部受害嚴重；中散和散穗型、籽粒深色的高單寧含量材料以及生育期長的材料受害較輕；芒長、穎殼包被度等性狀與鳥害間有一定的關系，長芒及籽粒穎殼包被度大在一定程度上可以減輕鳥害。單寧含量較高的品種，不僅能預防鳥害又可以增加白酒風味[15-16]，是抗鳥性狀中最重要的指標。本研究表明，高單寧保持系1609B組配的雜合不育系54A/1609B生產(chǎn)的三交種種子單寧含量與1609A單交種相當，顯著高于54A單交種，制種過程中幾乎無鳥類危害，鳥害級別均為一級，能有效防止制種過程中鳥類啄食。

高粱三交種制種產(chǎn)量與許多作物研究結果相同，三交種雜交制種產(chǎn)量比單交種更高。因制種母本(雜合不育系) 本身具有 F1 的雜種優(yōu)勢, 另外遺傳基礎較豐富，在抗(耐) 病、抗蟲、抗旱和抗倒伏性上也有更大的適應性[10,14,17]。本研究試驗結果表明，三交組合制種產(chǎn)量大于1609A單交種大于54A單交種。對組合和親本的植株性狀及部分產(chǎn)量性狀調(diào)查結果顯示，三交組合與單交組合均表現(xiàn)了顯著的雜種優(yōu)勢，其產(chǎn)量與單交組合相當，但三交組合整齊度一直是三交組合未能廣泛應用的原因。目前普遍研究認為，母本雄性不育品種的雙親性狀相似，所配制出的三交種性狀就會比較整齊一致；若母本雄性不育品種的雙親性狀差異較大，所配制出的三交種性狀則分離較大，群體就會很不整齊[18]。本研究表明三交組合除千粒質(zhì)量變異系數(shù)均大于單交組合，不同三交組合在不同性狀變異系數(shù)不同，株高、穗柄長表現(xiàn)不一，但其變異系數(shù)均在9%范圍內(nèi)，不影響正常應用。說明不單是不育系，不同恢復系同樣對某些性狀的整齊度有影響。為控制高粱三交組合變異，在配制雜合不育系時，可選擇株高和花期較接近的 2個保持系組配，這樣即利用了雜合不育系雜種優(yōu)勢，也減少了三交種組合變異，再多選用恢復系進行測配，可能選育出株高和生育期一致性更高的三交種。

綜上所述，三交組合制種產(chǎn)量明顯高于單交組合；低單寧不育系與高丹寧保持系組配的雜合不育系生產(chǎn)的三交種種子單寧含量顯著高于低單寧不育系單交種，能有效防治制種過程中鳥類啄食。另外三交組合表現(xiàn)明顯的雜種優(yōu)勢，與單交組合相當；兩個三交組合性狀變異情況表現(xiàn)不完全相同，除千粒質(zhì)量變異系數(shù)均大于單交組合，株高、穗柄長表現(xiàn)不一，但其變異系數(shù)均在9%范圍內(nèi)。利用雜合不育系組配三交種在提高高粱制種產(chǎn)量和防治鳥啄食上有一定的應用前景。

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Application of High Tannin Triple Hybrid Sorghum in Seed Production of Bird Resistance

LONG Wenjing1, LIU Tianpeng1, WAN Nianxin2, LI Yuan1, XIANG Jianyu1, DING Guoxiang1, ZHAO Ganlin1, ZHAO Bingbing1, NI Xianlin1*

(1. Rice and Sorghum Institute, Sichuan Academy of Agricultural Sciences/Sichuan Branch of National Sorghum Improvement Center, Luzhou, Sichuan 646000, China; 2. Luxian Modern Agricultural Park Management Committee, Luzhou, Sichuan 646100, China)

This study aimed to solve the problems of low yield, low tannin content, and heavy bird damage of sorghum sterile line 54A in hybrid seed production.54A and high tannin maintainer line 1609B were used to construct hybrid male sterile line 54A/1609B, and then three male sterile lines 54A, 1609A and 54A/1609B were used to construct two triple cross lines and four single cross lines with two restorer lines F235R and TY3560R, respectively.The seed production yield, bird damage level and tannin content of three-cross and corresponding single-cross combinations were measured, and the agronomic characters of three-cross and corresponding single-cross combinations and their parents were investigated, and the heterosis was analyzed. The results showed that seed production yield of three-cross combinations was significantly higher than that of single-cross combinations. The seed tannin content of triple cross was similar to that of 1609A single, and significantly higher than that of 54A single, which could effectively prevent pecking by birds during seed production. In addition, three crosses showed obvious heterosis, which was similar to that of single crosses. The variation of traits in the two three-cross combinations was not completely the same, except that the variation coefficient of 1 000-grain weight was higher than that of the single-cross combinations, and the variation coefficient of plant height and panicle stalk length were different, but they were all less than 9%, indicating that the variation was within a certain range.It had certain application prospect to use hybrid male sterile line to combine three crosses to improve sorghum seed production yield and prevent bird pecking.

sorghum; triple cross; bird damage; heterosis; variation

S441；S514

A

2095-3704（2022）02-136-06

龍文靖, 劉天朋, 萬年鑫, 等. 高粱高單寧三交種在抗鳥制種中的應用[J]. 生物災害科學, 2022, 45(2): 136-141.

10.3969/j.issn.2095-3704.2022.02.24

2022-02-20

2022-03-02

財政部和農(nóng)業(yè)農(nóng)村部：國家現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)技術體系資助（CARS-06-13.5-A14）、四川省“十三五”玉米育種攻關項目（2016NYZ-029）和四川特色經(jīng)作創(chuàng)新團隊高粱新品種選育及配套栽培技術研究與推廣項目（SCCXTD-2022-12）

龍文靖（1990—），男，助理研究員，碩士，主要從事高粱栽培育種研究，longjing9012@163.com；*通信作者：倪先林，副研究員，xianlinn@163.com。