光溫敏兩系雜交谷子研究現狀及發展前景

許寅生　許建銘　趙海洋　任文義　趙治海

摘要從雜交谷子的研究經歷、研究成果、主要特點、產業化水平與發展前景等方面，闡述了雜交谷子的研究現狀與發展前景，以此為雜交谷子的研究與生產提供參考。

關鍵詞雜交谷子；研究經歷；研究成果；主要特點；產業化水平；發展前景

中圖分類號S515文獻標識碼A文章編號0517-6611（2014）04-01016-02

作者簡介許寅生（1974- ），男，河北沽源人，高級農藝師，從事谷子雜種優勢的研究和利用工作。*通訊作者，研究員，從事谷子雜種優勢的研究和利用工作。

谷子起源于我國，在我國已有7 500年的歷史，是中華民族的哺育作物之一。1938年，我國谷子面積為1 000萬hm2，占糧食作物種植面積的17%，1947年谷子統計面積為980萬hm2，僅次于水稻、小麥。從全國解放至20世紀60年代中后期，我國谷子的播種面積穩定在667萬～933萬hm2。70年代開始，由于水稻和玉米育種上的進步，單產增幅顯著，同時由于交通和軍事現代化的發展，馬的作用隨之減弱，對谷草的需求大幅度減少，谷子的種植面積迅速下降，到1980年全國谷子播種面積約為400萬hm2。1980～2000年，改革開放促進了我國經濟的快速發展，水利條件逐步完善和化肥投入快速增加，小麥和玉米等高耗水高產作物種植面積增加顯著，使得谷子的播種面積再次下降。目前，谷子在我國的播種面積133萬hm2左右。

谷子節水抗旱耐瘠性突出，是環境友好作物。隨著干旱形勢的日趨嚴重，谷子這種節水抗旱特性必將使它有更大的發展，是種植業結構調整的理想作物，未來的應用市場廣闊。從營養和膳食結構來看，谷子營養豐富，且各種營養成分均衡，是公認的食療糧食，對人們膳食結構的改善和調節具有重要作用，需求逐年增加。

谷子是自花授粉作物且種用量小，主要以常規品種為主，農民自己留種占較大比例，品種退化、混雜嚴重，造成產量低、品質差，亟待改進。雜種優勢利用是提高作物產量的有效途經，玉米、水稻產量因雜種優勢利用得到大幅度提高，谷子雜種優勢利用是提高產量、改善品質的有效途徑。張家口市農業科學院于20世紀90年代研究成功了具有國際領先水平的“谷子光（溫）敏不育兩系法”，解決了谷子雜種優勢利用的關鍵技術，選育出具有自主知識產權的8個雜交種并應用于生產，累計推廣種植40萬hm2，最高單產12 150 kg/hm2，谷子不再是低產作物。雜交谷子的選育成功和應用標志著谷子雜種優勢利用技術走向成熟，是作物雜種優勢利用的又一重大突破，是谷子生產史上的重要里程碑，被媒體譽為“南有雜交稻、北有雜交谷”。為此，筆者對雜交谷子的研究現狀和發展前景進行綜述。

1研究經歷

谷子雜種優勢利用從1969年開始聯合攻關，研究單位達30多家，研究方法以“質核互作三系法”為主，但關鍵問題難以解決，需要改變研究方法，另辟蹊徑。在此思想指導下，70年代，張家口市農業科學院研究成功了“谷子高度雄性不育兩系法”，但存在雜交率低、雜交種中自交種難以去除的問題，利用難度大；80年代，赤峰市農業科學研究所研究成功了“谷子顯性核不育三系法”，但存在雜交優勢不顯著、選育難度大的問題，也未能應用于生產。在這種情況下，張家口市農業科學院谷子課題組改變思路，從光（溫）敏雄性不育系入手，建立了光（溫）敏兩系雜交谷子選育理論技術體系，選育成功系列品種，解決了雜交谷子產業化存在的關鍵技術問題并應用于生產，實現了產業化。

1995年，發現谷子光（溫）敏不育源，選育成功世界上第1個谷子光（溫）敏感型雄性不育系“821”[1]；1998年，完成“谷子光（溫）敏核不育育性轉換機理研究”，通過不同地源谷子品種雜交，可以實現谷子光（溫）敏核不育和可育之間的轉換；2002年，完成“創造谷子光（溫）敏不育技術與規律”研究，闡明了創造谷子光（溫）敏不育系的技術與規律。2000年，選育成功第1個光（溫）敏兩系雜交谷子品種“張雜谷1號”，該品種參加國家西北區早熟組區試，2年平均較對照增產19.78%，生產試驗較對照增產22.67%，實際應用比常規種增產30%以上，甚至成倍增產。2006年，選育成功首個光（溫）敏兩系抗除草劑雜交種“張雜谷2號”。隨后，選育成功抗除草劑系列雜交谷子品種“張雜谷3、5、6、8、9、10”等。

2取得的成果

在近40年的谷子雜種優勢利用研究中，育成雜交谷子品種8個，常規谷子品種6個，先后取得17項科技成果（6項國際領先水平），其中14項獲獎，包括河北省科技進步一等獎1項、河北省科技進步二等獎1項、三等獎4項、四等獎1項；山區創業二等獎1項、三等獎3項，張家口市科技進步一等獎3項。

2.1提出了光（溫）敏兩系谷子雜種優勢利用理論體系谷子雜種優勢利用研究從全國聯合攻關開始，一直在“谷子高度雄性不育兩系法”和“谷子顯性核不育三系法”中尋求突破，但這兩種方法雄性不育系存在不同問題，導致雜交種不能應用。“谷子顯性核不育三系法”存在不育系的不育性受顯性基因控制、存在恢復源少、選育優勢組合幾率低的問題；“高度雄性不育兩系法”采用高度雄性不育系和恢復系兩系雜交生產雜交種，雖解決了“質核互作三系法”中恢復源少、選育優勢組合幾率低的問題，但存在不育系不育度低、雜交種純度低的問題，利用難度大。筆者及其課題組提出并創立的光（溫）敏兩系谷子雜種優勢利用理論體系中光（溫）敏雄性不育系在一定的光溫條件下可以實現不育或可育，不育用于制種，可育用于繁種，一系兩用，應用簡便，同時易于選擇強優勢雜交組合。

2.2選育成功第1個光（溫）敏兩系雜交谷子品種由于谷子是自花授粉作物，雜交種中不可避免地有部分假雜交種（不育系雜交種），如何分辨真雜交種和假雜交種是應用的關鍵。谷子苗色是一對核基因控制的性狀，綠色由顯性基因控制，黃色由隱性基因控制。通過雜交選育攜帶隱性純合基因的黃苗不育系與攜帶顯性純合基因的綠苗恢復系雜交，F1代中綠苗為真雜交種，黃苗為假雜交種，出苗后拔除黃苗。“張雜谷1號”就是利用這一特性，解決了F1代假雜交種難以去除的難題，并在生產上得以應用與推廣。

2.3選育成功系列抗除草劑高產優質雜交谷子品種“張雜谷1號”雖利用苗色解決了假雜交種去除的難題，但加大了田間勞動量。為此，利用王天宇等[2]獲得的具有抗除草劑“拿捕凈”基因的新種質，通過雜交和回交育種把抗除草劑基因導入到恢復系中，用這樣的恢復系與不育系配制選育成功首個光（溫）敏兩系抗除草劑雜交種“張雜谷2號”。該雜交種表現為抗除草劑的特性，苗期田間噴施特定除草劑可以實現殺滅假雜交苗而留下真雜交苗，解決了去除假雜交種勞動強度大的問題。之后，選育成功抗除草劑系列雜交谷子品種“張雜谷3、5、6、8、9、10”等[3]。“張雜谷1、2、3、5、8、10號”被全國粟類專業委員會評為優質米，最高產量達到12 150 kg/hm2，實現了高產與優質的統一。

2.4完成了抗除草劑雜交種應用的生態安全性評估抗除草劑雜交谷子的大量種植是否會造成生態污染，是否會產生抗該除草劑的雜草，一直是研究者關注的問題。“抗拿捕凈除草劑谷子種質應用的生態安全性評估”[4]證明，應用該除草劑基因是安全的，并提出了種植抗除草劑谷子種質的應對措施，選用與谷子近緣野生種雜交后育性程度低的抗除草劑品種，可以減少抗除草劑雜草；同時抗、不抗拿捕凈品種輪換種植可以減少田間抗除草劑基因的積累率，為谷子抗除草劑基因在今后育種和生產中安全使用提供了重要的科學依據，是較為系統的谷子抗除草劑基因應用安全性研究，并且對其他作物相關研究具有一定的借鑒作用。

2.5提高了不育系繁種和雜交制種產量不育系繁種產量和雜交制種產量是制約雜交種能否應用及種植面積的關鍵因素。通過研究，提高了雜交谷子繁殖系數，解決了應用成本問題。其中，不育系繁種產量提高到750 kg/hm2，繁殖系數達到1∶100；制種產量提高到22 250 kg/hm2，繁殖系數達到1∶300，種植雜交谷子種子成本同種植玉米相當。

2.6研究并建立了標準化栽培技術體系良種必須有成熟的配套栽培技術，才能實現更高的收益。課題組制定了《谷子雜交種》、《谷子雜交種制種技術操作規程》、《谷子雜交種栽培技術規程》地方標準，解決了無產品標準和不育系繁種、雜交制種、雜交種種植的標準化栽培技術問題，實現了良種良方配套。“春谷高產、抗逆、節水型雜交種選育及產業化技術”（國際領先），提出了“春谷雜交種稀植大穗高產技術”，留苗密度12萬～18萬株/hm2，通過降低種植密度，在不增加投入情況下，提高單株水分、養分供應量，發揮單株增產優勢，實現高產穩產，同時減少除草間苗用工30～45個/hm2。

2.7研究成功種子批量加工技術產業化需要大量的種子，必須實現機械化加工才能滿足市場需求。通過對水稻脫粒機械和玉米種子加工機械的改造，實現了種子脫粒、清選、烘干、包衣、包裝的機械化，形成了年200萬kg種子的加工能力。除草劑和藥劑混合包衣技術，可抗白發病、黑穗病，使假雜交種不再出苗，免去了農民田間噴施除草劑的工作。

3雜交谷子主要特點

雜交谷子個體優勢明顯，根系發達，莖稈堅韌，穗大粒多，單株生產能力強。常規谷子一般單穗長20 cm，粒重只有20 g；而雜交谷子穗長30 cm，穗重50 g，留苗15萬株/hm2，產量可達7 500 kg/hm2。

3.1產量高，經濟效益顯著雜交谷子產量是常規谷子的2倍，與玉米產量、用工相當，但可以實現效益翻番；在夏播區與棉花收益相當，但比棉花省工。2007年創造了谷子最高產12 150 kg/hm2的全國紀錄，證明谷子不再是低產作物。

3.2穩產性、適應性強雜交谷子抗旱性、抗倒性強，高抗白發病、黑穗病，適應范圍廣，穩產性好，產量年度間、地區間變化小，經推廣證實是經得起檢驗的優良種子。

3.3品質好，消費者認可雜交谷子解決了高產與優質的矛盾。小米色澤黃亮，米型整齊一致，口感好，香味濃。“張雜谷1、2、3、5、8、10號”被粟類作物協會評為優質米，同時也得到了消費者的認可。

3.4抗除草劑，省工省力雜交種除草、間苗可以通過噴施專用除草劑完成，節省用工，易于簡化栽培和規模化種植，種植谷子同種植玉米一樣省工。

3.5抗旱節水雜交谷子的根系總量是常規谷子的1.2～1.5倍，抗旱性比常規谷子更強。種植1 hm2谷子比玉米至少節水1 500 m3，每推廣種植1萬hm2雜交谷子，每年將節水1 500萬m3，生態效益顯著。

4產業化水平

依托“河北巡天農業科技有限公司”建立種業產業化體系，利用企業資金、人力和網絡優勢與科研優勢結合，在繁種、制種、種子加工、示范、推廣、技術服務等方面全方位合作，形成種子產業化的完整鏈條。以張家口市壩下各縣和邢臺巨鹿縣為中心，建立了萬畝雜交谷子制種基地，年產雜交種150萬kg。建設了種子脫粒、清選、烘干、包衣、包裝生產流水線，實現了種子加工的機械化，形成了年產300萬kg種子的加工能力。整合銷售網絡與技術服務為一體，改變大部分種子企業銷售與技術服務脫鉤的狀況，建立了由全國11個省份的200多家經銷商組成的營銷網絡，確立了“技術服務”的推廣理念，由以往單純銷售種子轉變為以技術跟蹤服務為主、以銷售為輔的“張雜谷”推廣模式，為實現良種良方配套、充分挖掘雜交種的增產潛力提供新的思路，有力地推動了雜交谷子產業的發展。雜交谷子已成為新型產業，累計在我國北方11省區推廣種植40萬hm2，已增產糧食6億多kg，增收15億元，節約了寶貴的水資源，收到了良好的社會、經濟、生態效益。雜交谷子已走出國門，在非洲埃塞俄比亞、烏干達、馬里種植成功，平均產量4 500 kg/hm2左右，比當地主栽作物苔麩增產1～2倍，深受當地農民和政府歡迎。

5發展前景

隨著人們生活水平的不斷提高，對膳食的營養和保健作用的要求越來越高。小米營養豐富、均衡，具有食療保健作用，且多種植在無污染的山區，是優質的無公害食品，符合群眾對營養保健的要求，深受歡迎，近年來小米的需求不斷增加。

雜交谷子具有高產、優質、節水、省工、適應性強等特點，在生產中比常規谷子表現出更好的增產增收效果和比較優勢，正在逐漸替代常規谷子成為谷子播種區的主栽品種。

我國面臨著水資源嚴重短缺的問題，充分發揮雜交谷子的增產和節水優勢，既是國家糧食安全的要求也是生態安全的要求。隨著干旱對農業生產的限制加重，雜交谷子種植面積將會逐年上升，為保障我國糧食安全和生態安全作出更大貢獻。

參考文獻

[1] 趙治海，崔文生，杜貴，等.谷子光（溫）敏不育系821選育及其不育性與光、溫關系的研究[J].中國農業科學，1995，29（5）：23-31.

[2] 王天宇，辛志勇，石云素，等.抗除草劑谷子新種質的創制、鑒定與利用[J].中國農業科技導報，2000（5）：62-66.

[3] 王曉明，王峰.谷子光（溫）敏兩系雜交種“張雜谷”系列品種簡介[J].河北農業科技，2007（4）：20-21.

[4] 王天宇，閆洪波，黎裕，等.谷子抗除草劑基因從栽培種向其近緣野生種漂移的研究[J].作物學報，2001（6）：681-687.