馮國(guó)郡,胡相偉,趙 云,于 明,張述功,周道良

(1.新疆農(nóng)業(yè)科學(xué)院糧食作物研究所,烏魯木齊 830091,2.瑪納斯縣祥和農(nóng)機(jī)有限責(zé)任公司,新疆瑪納斯縣 832200)

0 引 言

【研究意義】谷子具有耗水少、抗旱耐瘠、營(yíng)養(yǎng)豐富均衡、糧飼兼用等特點(diǎn)[1-5]。谷子因其較小的二倍體基因組、自花授粉、高繁殖系數(shù)、較小的株高和易于操作栽培方法,以及生育周期短、易于快速繁殖等特點(diǎn),近年來作為 C4 和抗旱耐逆研究的模式系統(tǒng)越來越受到植物遺傳學(xué)界的關(guān)注[6]。1949年至2014年,谷子在新疆昌吉、塔城、博州、伊犁等地零星種植,產(chǎn)品自給自足;市場(chǎng)上銷售的小米基本從內(nèi)蒙古、陜西、東北、山西等地調(diào)入,每年交易量約3×104t左右。2015年以后,由于品種和栽培技術(shù)的成熟以及大型企業(yè)和農(nóng)業(yè)合作組織的主導(dǎo)參與,谷子種植面積呈現(xiàn)逐年增長(zhǎng)的態(tài)勢(shì),目前年均1.33×104hm2(20萬畝)以上,種植區(qū)域主要分布在北疆的昌吉、塔城、伊犁、博州、阿勒泰等地區(qū),南疆的巴州、喀什、阿克蘇等地區(qū)。新疆目前有大型小米加工廠3個(gè),年加工能力均在2×104t以上,還有若干小型小米加工廠。小米市場(chǎng)主要分為農(nóng)產(chǎn)品批發(fā)市場(chǎng)、超市、電子商務(wù)等類型。新疆谷子主要以初級(jí)加工為主,小米產(chǎn)品60%～70%為新疆本地消費(fèi),其余30%～40%銷往廣州、成都、上海、河南等省(市)?！厩叭搜芯窟M(jìn)展】谷子(SetariaitalicaBeauv.)又稱為粟,去殼后稱為小米,屬禾本科黍族狗尾草屬。谷子起源于中國(guó)黃河流域[7],新石器時(shí)代中早期完成馴化,成為農(nóng)耕文化的主栽作物[8-11]。我國(guó)北方粟種植呈上升趨勢(shì),并逐步成為主糧作物[6]。粟在中國(guó)北方地區(qū)馴化后,向西經(jīng)甘肅河西走廊傳入新疆地區(qū),河西走廊地區(qū)是粟通往新疆的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn);新疆地區(qū)也被認(rèn)為是粟黍旱作農(nóng)業(yè)向西擴(kuò)張的通道[13]。源自中國(guó)的粟黍和源自西亞的小麥/大麥在我國(guó)新疆形成的粟黍-小麥/大麥農(nóng)業(yè)[14]。粟是在我國(guó)新疆種植較早的一種糧食作物[14-16],遠(yuǎn)古時(shí)期新疆的農(nóng)牧業(yè)格局是以粟黍-小麥/大麥-畜牧為特征的混合經(jīng)濟(jì)。其后, 小麥和粟黍在新疆出現(xiàn)的頻次都顯著增加[17],畜牧漁獵經(jīng)濟(jì)逐步被農(nóng)業(yè)加畜牧業(yè)的混合經(jīng)濟(jì)取代[14]。南疆地區(qū)除了宜于糧食種植外, 又多了瓜果蔬菜[19]。黍、粟、青稞、小麥、桃、稗子、小獐毛和苦豆子等 8 種,粟是新疆的主要糧食作物,隨時(shí)間推移,小麥、玉米和水稻等高產(chǎn)作物種植逐漸擴(kuò)大,而粟、高粱、黍等作物的種植則減少[20-22]?！颈狙芯壳腥朦c(diǎn)】有關(guān)新疆谷子產(chǎn)業(yè)研究進(jìn)展方面的文獻(xiàn)很少。需匯總新疆谷子現(xiàn)狀及研究進(jìn)展?！緮M解決的關(guān)鍵問題】收集谷子國(guó)內(nèi)外相關(guān)文獻(xiàn),匯總并對(duì)比分析,為新疆谷子產(chǎn)業(yè)發(fā)展提供參考。

1 材料與方法

1.1 材 料

檢索國(guó)內(nèi)外谷子產(chǎn)業(yè)發(fā)展和相關(guān)文獻(xiàn)資料、數(shù)據(jù)及實(shí)地調(diào)研的方法。

1.2 方 法

運(yùn)用統(tǒng)計(jì)計(jì)量學(xué)方法匯總并分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 新疆谷子研發(fā)現(xiàn)狀

研究表明,2007～2022年收集引進(jìn)國(guó)內(nèi)外谷子種質(zhì)資源2 886份,國(guó)內(nèi)主要來自北京、河北、山西、內(nèi)蒙古、黑龍江、吉林、河南、甘肅、陜西、新疆等省(市、自治區(qū));國(guó)外主要來自日本、朝鮮、印度、肯尼亞、匈牙利、羅馬尼亞、荷蘭、法國(guó)、德國(guó)、美國(guó)。其中進(jìn)行抗旱谷子鑒定研究1 742份,進(jìn)行耐鹽堿鑒定50份,篩選出抗旱谷子31份,耐鹽谷子4份。

2.2 谷子種質(zhì)資源遺傳多樣性

研究表明,以 274 份谷子種質(zhì)資源為材料,利用聚類分析和主成分分析方法,對(duì)參試資源 16 個(gè)農(nóng)藝性狀的遺傳多樣性進(jìn)行綜合評(píng)價(jià),結(jié)果表明,參試材料的 11 個(gè)數(shù)量性狀的遺傳多樣性指數(shù)均大于 2. 000,在新疆表現(xiàn)出廣泛的遺傳多樣性?；诜N質(zhì)資源間形態(tài)標(biāo)記的遺傳差異,將 274 份谷子種質(zhì)資源聚類并劃分為 6 大類群。對(duì)9 個(gè)數(shù)量性狀的主成分分析表明,單株稈重、株高、主穗直徑3 個(gè)主成分因子累計(jì)貢獻(xiàn)率 70.41%,各主成分因子性狀載荷值反映了育種中各性狀的選擇方向及潛力[23]。

應(yīng)用SSR分子標(biāo)記研究新疆谷子種質(zhì)資源的遺傳多樣性,從分子水平明確新疆谷子種質(zhì)資源遺傳多樣性的特點(diǎn)、親緣關(guān)系和遺傳背景等,為谷子分類研究和雜交親本選配提供理論依據(jù)。采用UPGMA法進(jìn)行聚類分析,在遺傳相似數(shù)為0.75處,124份谷子種質(zhì)資源被劃分為4個(gè)類群。聚類結(jié)果說明,同一區(qū)域谷子育成品種的親緣關(guān)系較近,被聚在一類,遺傳基礎(chǔ)較為狹窄,通過加強(qiáng)不同種質(zhì)間的組配利用及特異親本類型的創(chuàng)制對(duì)于谷子遺傳育種改良至關(guān)重要。結(jié)合表型性狀分析和分子標(biāo)記分析,基本明確各品種間的親緣關(guān)系,構(gòu)建新疆谷子核心種質(zhì),選擇并推薦一批優(yōu)異谷子資源供育種利用。表型性狀及 SSR 聚類分析均存在明顯的地理聚類特征,結(jié)合表型性狀鑒定出 12 份適宜新疆種植的谷子優(yōu)異種質(zhì)。包括植株矮稈、抗倒伏、產(chǎn)量表現(xiàn)較高的豫谷 18、公谷 76 號(hào)、中谷 2號(hào)和大同 34 號(hào) 4 份材料,這些材料適宜在北疆地區(qū)種植,矮稈有利于機(jī)械作業(yè),具有明顯的增產(chǎn)潛力,其中豫谷 18、中谷 2 號(hào)在新疆復(fù)播表現(xiàn)優(yōu)異,平均生育期 93 d、88 d,平均株高 89. 8 cm、103. 5 cm,平均產(chǎn)量 5 250 kg /hm2、5 175 kg /hm2; 濟(jì)谷 14、晉汾09、龍 34、長(zhǎng) 24,此 4 份材料生物產(chǎn)量較高,適宜北疆地區(qū)作為飼草種植;龍 33、小紅谷、公谷 69 號(hào)、隴谷 12 號(hào),該 4 份材料生育期較短,籽粒產(chǎn)量及生物產(chǎn)量都較高,適宜在新疆北疆沿天山一帶冷涼地區(qū)種植[24]。

2.3 新品種選育及優(yōu)異基因挖掘

研究表明,新疆谷子目前為自育與聯(lián)合選育相結(jié)合。主要采用雜交選育、誘變等常規(guī)手段,分子標(biāo)記為輔。目前有抗除草劑高代材料2 000份,苗頭組3個(gè),參加國(guó)家聯(lián)合鑒定品種1個(gè)。2007～2011年在新疆烏魯木齊、昌吉州奇臺(tái)、木壘、博州博樂市、克拉瑪依市、阿勒泰福海縣、塔城額敏縣對(duì)150個(gè)品種進(jìn)行多年多點(diǎn)品種鑒定,篩選出8個(gè)品種參加自治區(qū)2012～2013年谷子區(qū)域試驗(yàn),3個(gè)品種參加2014年生產(chǎn)試驗(yàn),2015年自治區(qū)品種審定委員會(huì)登記品種豫谷18。另有3個(gè)品種待登記。對(duì)425 份核心谷子資源進(jìn)行不同物候期的干旱脅迫,調(diào)查測(cè)定形態(tài)、產(chǎn)量等農(nóng)藝性狀,篩選鑒定出不同物候期的谷子抗旱種質(zhì)。通過對(duì)谷子全基因組測(cè)序,結(jié)合表型數(shù)據(jù)進(jìn)行全基因組關(guān)聯(lián)分析(GWAS),尋找與抗旱性相關(guān)的 SNP 位點(diǎn)、優(yōu)異等位變異。

2016～2018年新疆南北疆推廣中谷2號(hào)、豫谷18等谷子品種1.409×104hm2(21.136萬畝),平均單產(chǎn)達(dá)到414.7 kg/667m2;項(xiàng)目期分別在南北疆建立7個(gè)核心示范區(qū),核心示范區(qū)總面積219 hm2(3 285畝),單產(chǎn)522.8 kg/667m2;創(chuàng)建高產(chǎn)田2個(gè),面積共26.67 hm2(400畝),產(chǎn)量580.0 kg/667m2;北疆瑪納斯新湖農(nóng)場(chǎng)2016年13.33 hm2(200畝)連片產(chǎn)量達(dá)680.5 kg。

南疆主要為麥后復(fù)播谷子,生育期90 d以內(nèi)。2014年起在喀什、和田、阿克蘇等地進(jìn)行春播、復(fù)播種植。2015在喀什莎車等巴旦杏樹林套種近千畝谷子,4月1日播種,8月10日成熟,生育期120 d左右,平均單產(chǎn)297.6 kg/667m2。除了春播,當(dāng)?shù)匾怖脽崃抠Y源豐富進(jìn)行復(fù)播種植。2015～2017年在喀什澤普進(jìn)行品種篩選試驗(yàn)和高產(chǎn)栽培技術(shù)試驗(yàn)及機(jī)械改裝配套,試驗(yàn)品種45個(gè),篩選出較好的品種有冀谷38號(hào)、豫谷1號(hào)、衡谷13號(hào)、衡谷17號(hào)、保谷23、冀谷37號(hào)、冀谷36號(hào)、中谷2、安13-5415、豫谷19號(hào)、豫谷18號(hào)、豫谷31號(hào)、豫谷32號(hào)、安11-5365,品種折合單產(chǎn)產(chǎn)量在393.1～469.3 kg/667m2,生育期在88～91 d,株高83.4～103.0 cm,生物產(chǎn)量在2 027.2～3 151.6 kg/667m2,干草重在536.0～800.4 kg/667m2,這些品種抗倒伏、抗病蟲害較好;飼草專用品種跑死馬和飼草229生物產(chǎn)量分別為3 132.5 kg/667m2和2 070.1 kg/667m2,其它性狀表現(xiàn)均較好。2016年澤普3.33 hm2(50畝)示范田平均單產(chǎn)386.6 kg/667m2;2017年對(duì)澤普縣依克蘇鄉(xiāng)文托皮恰村17.67 hm2(265畝)谷子示范點(diǎn)進(jìn)行了實(shí)地測(cè)產(chǎn)驗(yàn)收,種植品種為豫谷18號(hào),田間長(zhǎng)勢(shì)良好,穗行整齊,株高平均為1.05 m,穗數(shù)34 087株/667m2,實(shí)測(cè)產(chǎn)量為313.0 kg/667m2。2018～2022年連續(xù)5年在喀什疏勒縣庫木西力克鄉(xiāng)進(jìn)行豫谷18號(hào)20 hm2(300畝)以上高產(chǎn)示范方建設(shè),由2018年313.4 kg/667m2到2021年最高358.0 kg/667m2,產(chǎn)量提升了12.5%。

2.4 新疆小米及谷草品質(zhì)檢測(cè)

研究表明,新疆生產(chǎn)的小米色澤金黃、口感粘香,主要營(yíng)養(yǎng)成分蛋白、淀粉、脂肪、硒等含量超過國(guó)內(nèi)多個(gè)省(市、自治區(qū))。以豫谷18小米為例,北疆克拉瑪依相比較原產(chǎn)地河南安陽,蛋白質(zhì)含量高出14.0%,淀粉含量高出5.77%,粗脂肪含量高出115.2%,硒含量高出189.4%?？κ矟善招∶紫啾容^原產(chǎn)地,蛋白質(zhì)含量高出12.1%,淀粉含量高出18.02%,粗脂肪含量高出89.9%,硒含量高出48.2%;喀什疏勒小米較原產(chǎn)地蛋白質(zhì)含量高出21.8%,粗脂肪含量高出67.7%,硒含量高出252.9%。表1

表1 新疆小米與原產(chǎn)地營(yíng)養(yǎng)成分比較

谷子作為糧飼兼用作物收獲籽粒后的秸稈粗蛋白含量 4.53%～5.34%, 粗脂肪含量 1.12%～1.36%,雖然低于豆科植物, 但是明顯高于其他禾谷類作物,尤其是可消化成分高, 其飼喂價(jià)值接近豆科牧草[25]。對(duì)于不收獲籽粒的專用谷子飼草品質(zhì), 如美國(guó)的Golden German 谷子品種其干草的粗蛋白含量為9.7%～13.0%[26], 肉牛獲得同等收益其食用谷草的成本低得多[27-28]。我國(guó)谷子品種豫谷18抽穗期全株收獲粗蛋白含量13.22%,高于美國(guó)專用谷草;成熟期去掉籽粒后檢測(cè)秸稈的粗蛋白、粗脂肪、粗灰分、總磷、總鈣等,其粗蛋白高于吳寶華等[25]研究結(jié)果,與智慧等[29]對(duì)47個(gè)品種谷子品種飼用品質(zhì)檢測(cè)成分相比,均處于中等偏上水平,尤其是澤普復(fù)播谷子秸稈鈣含量超過最高水平。表2

表2 豫谷18谷草營(yíng)養(yǎng)成分(干基)

2.5 新疆谷子精量播種期的研制改進(jìn)

研究表明,新疆谷子播種從人工條播、機(jī)械條播,發(fā)展到機(jī)械半精量播種、精量點(diǎn)播,精量點(diǎn)播又采取限量版控制、彎頭控制、槽輪取種等措施不斷改進(jìn),使精量點(diǎn)播效果更加精確,由之前每穴下種0～20粒且不均勻現(xiàn)象,到目前精準(zhǔn)可控,可按照需求下種1～2粒、3～4粒、 5～6粒、7～8粒。將統(tǒng)的槽輪條播改為穴播盤穴播,由粗放變?yōu)榘刖坎シN,這種穴播盤改變了谷子種植播種模式。由于谷子流動(dòng)性較大,顆粒太小,一般穴播盤由于制造精度不高, 縫隙較大,易產(chǎn)生跑漏現(xiàn)象。對(duì)此采用了減少縫隙,提高加工精度,在穴播盤的動(dòng)盤、定盤之間加裝密封O型圈的辦法加以解決。

采用在接種管與定盤進(jìn)種口處加限量板或限種盒的方法,對(duì)種子流量加以控制。

采用減小直徑、減少彎頭轉(zhuǎn)角的接種管限種,對(duì)進(jìn)種有一定的控制作用,但隨穴播盤工作中震動(dòng)及轉(zhuǎn)速不勻的狀況下,仍不能較好的限制存種面高低。

采用一套新式限量進(jìn)種:在穴播盤動(dòng)盤中心位置設(shè)置可調(diào)槽輪,隨穴播盤同步轉(zhuǎn)動(dòng),定盤上設(shè)置限量進(jìn)種護(hù)瓦。在穴播盤外部調(diào)整槽輪的進(jìn)種槽大小設(shè)置進(jìn)種量,從而精確控制穴播盤內(nèi)部存種面高低,使取種器始終在較低的種面取種,提高取種器取種的穩(wěn)定性。

3 討 論

“山西小米”、“延安小米”、“敖漢小米”的品牌價(jià)值和影響力攀升[4]。 新疆谷子高產(chǎn)栽培技術(shù)分為三個(gè)階段:2010年之前北疆春播溝灌或漫灌高產(chǎn)栽培技術(shù),南疆林果田套播谷子漫灌技術(shù),谷子主要為起壟條播,生育期澆水2～4次,為大水順溝漫灌,肥料在澆水前施入苗側(cè)或?yàn)⑹┧?2011～2014年應(yīng)用滴灌條播覆膜水肥一體化技術(shù),一般用小麥或油菜等播種機(jī)調(diào)試再加炒熟籽粒、混配飼料、細(xì)沙等進(jìn)行播種,以減少間苗定苗工作量;2015年起推廣精量點(diǎn)播水肥一體化全機(jī)械化栽培技術(shù),將精量點(diǎn)播、鋪膜、鋪滴灌帶、覆土、鎮(zhèn)壓一次性完成,施肥也是隨著滴灌定量滴在植株側(cè)15～20 cm處,做到均勻精準(zhǔn)[30-31]。南北疆谷子田主要雜草由稗草、狗尾草、藜、反枝莧、馬齒莧和苘麻等組成;并篩選出防效較好的除草劑[32-33]。

4 結(jié) 論

采用UPGMA法進(jìn)行聚類分析,在遺傳相似數(shù)為0.75 處,124份谷子種質(zhì)資源被劃分為4個(gè)類群。通過SSR聚類分析,結(jié)合表型性狀篩選鑒定出12份適宜新疆不同生態(tài)區(qū)種植的谷子優(yōu)異種質(zhì)。目前,即主要采用雜交選育、誘變等常規(guī)手段,分子標(biāo)記為輔。新疆目前登記谷子新品種1個(gè),待登記品種3個(gè);集成覆膜滴灌、精量點(diǎn)播、水肥一體化、化控除草等關(guān)鍵技術(shù),發(fā)布自治區(qū)地方標(biāo)準(zhǔn)2項(xiàng),研發(fā)6部高產(chǎn)高效栽培技術(shù)規(guī)程,大幅度提升南北疆谷子產(chǎn)量。新疆生產(chǎn)的小米色澤金黃、口感粘香,主要營(yíng)養(yǎng)成分蛋白、淀粉、脂肪、硒等含量均超過國(guó)內(nèi)多個(gè)省(市、自治區(qū))。新疆小麥、玉米、棉花等生產(chǎn)上使用的中耕機(jī)、割曬機(jī)、聯(lián)合收獲機(jī)經(jīng)過改裝調(diào)整可應(yīng)用于谷子田間管理和收獲等環(huán)節(jié),結(jié)合研制出的谷子精量穴播器,使新疆谷子生產(chǎn)從播種到收獲實(shí)現(xiàn)全程機(jī)械化。