谷子品種晉谷54號的創制方法及節本高效寬窄行種植研究

(山西省農科院經濟作物研究所，山西 汾陽 032200)

20世紀80年代中期，中國科學院等離子體物理所余增亮研究員等提出低能離子束遺傳改良思想，開展了離子束在生物技術上的應用[1]，迄今離子束誘變技術已發展成為定向遺傳育種的新技術、新方法[2]。離子束生物效應具有損傷輕、突變譜寬、突變率高的特點，這是傳統化學和輻射誘變育種所不可比擬的[3]。低能離子是指能量在104～105eV之間的離子[4-5]，常用的有N+、Ar+、Zn2+、Fe+、C5+、C2+等，具有突變隨機性小、突變概率及靶向性大的優點[6-7]。在植物方面，低能離子束注入技術率先應用了農作物的誘變育種，目前離子束誘變育種已成功應用于番茄、水稻、鳳仙花等作物上，在育種方面的研究也越來越廣泛和成熟，然而低能離子束在谷子育種上的應用鮮少。晉谷54號是由山西省農科院經濟作物研究所利用低能離子束選育的第一個優質富硒谷子新品種。該品種的選育滿足了當前市場上人民生活對富硒特色產品的需求。本著節本和優質高效的原則，針對品種特點，試驗研究提出適合晉谷54號的寬窄行種植方式，為該品種的推廣生產提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

育種材料選用優質谷品種晉谷21號和高產高抗谷子品種晉谷20號，寬窄行種植材料選用晉谷54號。

1.2 試驗方法

1.2.1優質富硒晉谷54號的創制

2003年以晉谷21號為母本，晉谷20號為父本作雜交組合，F0代種子在山西省農科院旱農中心進行N+離子束處理，離子能量為2×104eV，劑量輻射面積為5×1015cm2，當年冬季海南加代，選留具有父本顯性標記性狀的紫葉鞘真雜種MF1代。2004—2005年山西農科院經濟作物研究所種植MF2～MF3代，MF3代選擇紫葉鞘整齊不分離株系。2006年底進行品質分析，測試結果表明，糊化溫度為5 ℃，硒含量44.75μg·kg，命名富硒香；經品嘗，色、香、味俱全，基本達到選育目的。2008年參加全國第七屆優質米評選，獲得“一級優質米”獎。2010—2011年參加山西省中晚熟區域試驗，2012年3月經山西省農作物品種審定委員會認定，命名為晉谷54號。

1.2.2晉谷54號的寬窄行種植研究

試驗地點選擇在山西農科院經作所試驗田，前茬大豆。試驗方采用小區面積26.8 m2，隨機區組設計，3次重復，行距配置分別為A(33 cm，33 cm)，B(23 cm，43 cm)，C(16 cm，50 cm)。采用劃行器確定距離，應用穴播免間苗機精量播種，留苗2.2萬株·(667 m2)-1，5～6葉期和拔節封壟前人工中耕寬行，其他田間管理方式同常規田間試驗。試驗調查了不同處理的株高、穗長、穗質量、產量，分析了不同處理對株高、穗長、穗質量及產量的影響。抽穗后去掉頂部3片功能葉，通過分析不同處理對頂3葉葉面積的影響及單穗重量的影響。

表2 不同處理單穗重、單穗粒重及小區產量比較

試驗結果采用PASW statistics 18軟件和Excel軟件統計分析。

2 結果與分析

2.1 晉谷54號的選育性狀

2.1.1主要特征性狀表現為生育期125 d，根系健壯發達，田間生長整齊一致，生長勢強。幼苗葉色綠，葉鞘紫色。一般年份單桿不分蘗，特殊年份莖基部有2～3個分蘗，主莖高158～170 cm，莖稈節數16節，葉色綠色，短剛毛，穗長23～25 cm，穗棍棒形，穗碼松緊適中，主穗重28～32 g，穗粒重22～25 g，千粒重3.1 kg，出谷率77%，谷色白，米色黃，出米率72%，粳性。抗旱及耐瘠薄性強，輕感紅葉病。該品種與母本晉谷21號的主要區別在于生育期較晉谷21號延長5～10 d，適合無霜期較長地區種植，可發揮晚熟品種的產量及品質優勢，幼苗具顯性遺傳紫葉鞘，可作為優質父本，易于F1代真雜種鑒定。

2.1.22010—2011年參加山西省中晚熟區域試驗，2年13點次100%增產，平均產量3 823.5 kg·hm-2，比對照長農35號平均增產8.3%。其中，2010年7個參試點均表現增產，平均產量3 769.5 kg·hm-2，比當地對照晉谷34號增產7.1%，2011年6個參試點均表現增產，平均產量3 877.5 kg·hm-2，比統一對照長農35增產9.4%。

2.1.3小米品質經農業部谷物品質檢驗測試中心分析，蛋白質含量11.23%、脂肪4.28%、直鏈淀粉13.98%、鈣161 mg·kg-1、鐵36.88 mg·kg-1、鋅30.29 mg·kg-1、硒44.78μg·kg-1、Vb10.51 mg·(100 g)-1、膠稠度125 mm、糊化溫度5 ℃；遠高于晉谷21號(2.1 ℃)。RUV檢測結果表明，晉谷54號冷糊變稠值為800，而晉谷21號為1 800，結合米飯品嘗表明，冷糊變稠值越低糊化溫度越高，則黏糊性越強，煮粥快熟節能,因此較晉谷21號煮粥更為黏糊。

2.2 寬窄行種植效果分析

2.2.1不同處理對株高穗長的影響

方差分析結果(表1)表明，處理A、B、C之間在株高、穗長上無顯著性差異，不同的寬窄行種植和等行距種植對株高、穗長的影響差異不明顯。

表1 不同處理株高、穗長比較

2.2.2不同處理對穗質量及產量的影響

由表2可知，A、B、C 3個處理水平對谷子單穗重的影響差異不顯著，處理A和處理B之間，處理B和處理C之間在穗粒重和小區產量上差異不顯著，處理A和處理C在穗粒重和小區產量上存在顯著差異，處理C單穗粒重平均28.7 g，顯著高于處理A的單穗粒重25.8 g。處理C小區產量9.50 kg，顯著高于處理A的產量8.41 kg。寬窄行C單穗粒重和小區產量顯著高于等行距A，由此分析認為，寬窄行種植提高了單穗粒重/單穗重的比例，即凈谷率高，減少了秕谷，從而提高了產量，穗粒重是增產的原因之一。姚永平等研究表明，寬窄行方式比等行方式更能提高結實穎花數、結實率，協調穗粒質量可促使產量的提高[13]，這與本研究結果一致。

2.2.3不同處理對頂3葉及單穗粒重的影響

谷子的頂部3片葉是主要功能葉，包括旗葉，倒2葉，倒3葉，抽穗后去掉頂部的3片功能葉(以下統稱頂3葉)，測量頂3葉總葉面積，分析不同處理對谷子主要功能葉葉面積的影響以及頂部3葉對谷子單穗粒重的影響，來分析頂3葉對最終產量的貢獻。在不同處理條件下，頂3葉葉面積之間無顯著性差異，但處理B(429.35 cm2)和處理C(422.68 cm2)的總葉面積明顯高于處理A(406.40 cm2)，抽穗后，去掉頂3葉得出，不同處理條件下，單穗粒重間無顯著性差異(表3所示)，該結果表明谷子失去頂3葉后，單穗粒重間差異不顯著，單株產量受到影響，綜合分析表明，頂3葉面積直接影響谷子單穗產量，而寬/窄行種植能夠增加頂3葉的總葉面積，頂3葉是決定谷子產量的原因之一。

2.2.4不同種植方式田間投工比較

與等行距相比，寬/窄行種植模式不僅產量有所增加，而且寬窄行種植只在寬行進行中耕操作，較等行距種植節省一半的人力投入。傳統等行距種植，中耕1 hm2地需要30個工，每個工按70元計，需要2 100元，寬/窄行種植只耕作寬行，可節省一半的人工投入，效率提高兩倍。如果和普通的播種方式相比，采用免間苗播種，則又可節省間苗人工投入，做到了節本增效，是適合晉谷54的種植方式(表4)。

表3 不同處理頂3葉及單穗粒重的比較

表4 寬窄行與等行距種植田間投入比較

3 結論與討論

3.1雜交系選結合離子束誘變創制了晉谷54號，其寬窄行技術是適合的理想種植方式。優質谷選育是育種者始終追尋的目標，其選育方法包括常規雜交系選，化學誘變EMS誘導、物理60Co-γ輻射、等離字體誘變、低能離子注入誘導等，其最終目的皆是創制變異而獲得好的農藝性狀，由此，選育品種的針對性就尤其重要。本試驗采用常規雜交系選結合離子束誘變的方法，選育出既具有母本晉谷21號的優質特性，又具有父本晉谷20號高產特性，且具顯性遺傳紫葉鞘的晉谷54號，該品種米質金黃、外觀可媲美晉谷21號、米飯粘香可口、煮飯節能省時、富硒，是符合現代農業生產品質要求及營養觀念的可選佳品。本著使該品種更好的應用于生產，使農民增產增收，又節約成本，從而推動品種的產業化和市場化發展，研究寬窄行種植技術，可做到節本高效，本試驗結果表明，寬窄行距(16 cm，50 cm)配置種植方式較傳統的等行距(33 cm，33 cm)配置高產，又節約田間用工成本，寬窄行技術是適合晉谷54號的理想種植方式，該技術的推廣應用可為品種在生產上更大面積的推廣及產業化發展提供有力的技術支撐。

3.2基于晉谷54號性狀特質和便于推廣應用，研究提出了適合寬窄行優選種植方式。行栽作物的光合特性受冠層結構調節，而種植方式是影響冠層結構的重要手段[8]，不同的種植方式通過調整作物栽培行向、間距配比、密度等，形成了不同的冠層結構，繼而影響作物的葉片發育、消光系數等特性[9]。董鉆等研究證明，行距和密度影響小麥的群體結構、光能利用和凈初級生產；同時種植密度決定了群體的大小，而行距配置決定群體的均勻性，品種和作物群落對不同行距的反應會影響產量[10]，姚永祥等研究認為，在種植密度相同的情況下，采用不同的種植方式同樣影響產量，寬窄行種植可以優化群體冠層結構，提高群體通風、透光性，提升群體養分及光能利用率，從而提高產量[11]；王節之等研究表明，長生7號谷子寬窄行(16 cm、50 cm)配置，較傳統均行(30 cm、30 cm)種植增產、谷子抗倒伏性增強，同時節本增效，是適合機械中耕的最理想模式[12]。基于晉谷54號特質的發揮和便于推廣應用，本試驗研究提出適合晉谷54號的寬窄行優選種植方式，以為該品種的推廣生產提供參考。