甜高粱育种思路探讨

2011-04-13张福耀赵威军

山西农业科学 2011年6期

马涌，张福耀，赵威军，郑娟

（山西省农业科学院高粱研究所，山西晋中030600）

近20 a 来，随着人口和经济的持续增长，能源消费量也在不断增长，世界正面临能源与环境问题的严峻挑战。为此，我国从2006 年1 月开始实施《中华人民共和国可再生能源法》，大力研究和开发生物质能源。这其中最有效的途径之一是开发生物质乙醇。

在众多生物质能源作物中，甜高粱以其独具的高含糖量、高生物产量、高乙醇转化率和高抗逆性被誉为“高能作物”，成为符合我国国情、适合我国国土和气候条件、既产能源又产粮食的理想作物之一。加强甜高粱茎秆生物能源综合开发利用，对缓解国家能源紧张、改善生态环境、促进国民经济稳定持续发展，都具有十分重要而深远的意义[1-6]。

在甜高粱新品种选育上，美国起步较早，20世纪60 年代就已经开始。我国甜高粱育种起步较晚，近年来，随着人们对甜高粱认识的加深，甜高粱育种已成为高粱育种者的工作重点之一，并取得了一定进展，但与先进国家相比，还有差距。

目前，我国的甜高粱品种要么含糖量不高，要么产量不高，很难找到高产高糖抗倒伏的品种，而且多为常规种（杂交种较少）。因此，创新育种思路，加快品种选育，尤其是杂交种选育是目前的主要工作之一。

1 粮糖兼用型

2006 年，我国生物质能源工作会议提出了生物质能源的发展方针是非粮替代，即发展能源作物生产要做到不与粮争地，不与民争粮，合理利用劣质土地[7]。因此，发展粮糖兼用型甜高粱品种，可以很好地贯彻这一方针。

Broadhead 研究认为，甜高粱籽粒生产并不随糖产量的增加而减少[8]。曹俊峰[9]研究表明，在茎秆含糖量较高的品种里能选育出籽粒产量相对较高的品种。中国科学院植物研究所对28 个从美国和澳大利亚引进的甜高粱品种每株籽粒产量与汁液锤度的相关分析表明，汁液锤度与籽粒产量呈正相关，相关系数r=0.331 6[8]。李振武等[10]选用17 个甜高粱品种作试材，研究甜高粱株高、茎粗、单株鲜质量等21 个性状遗传参数，结果表明，株高和主茎秆鲜质量遗传力高，而且与其他各个性状的正相关程度也高。由此看来，选育出籽粒产量高、茎秆含糖量也高的优良甜高粱品种是完全可能的。

根据主要用途不同，甜高粱可以分为2 类：（1）产粮为主的甜高粱杂交种。产量接近普通粒用高粱，但植株高大、茎秆多汁、含糖量较高，籽粒是主产品，茎秆是副产品。在以籽粒为主需求的地方，种植这类杂交种，既满足了对籽粒的需求，又可把茎秆用于产糖或产酒精。（2）产糖为主的甜高粱杂交种。植株高大，茎秆多汁粗壮，含糖量高，籽粒产量4 500 kg/hm2左右，茎秆是主产品，而籽粒是副产品。辽甜1 号即属于此类型[11]。在以饲料为主需求的地方，种植这类杂交种，可把茎秆用于产糖或产酒精，残渣用作饲料。

2 自交不结实类型

自交不结实的甜高粱品种，即只要茎秆，不考虑籽粒产量的类型。

在甜高粱成熟过程中，有相当一部分的养分由茎叶转移到圆锥花序在籽粒中贮藏起来。对于用甜高粱作制糖、酿酒原料的栽培者来说，汁液中的糖比籽粒中的淀粉更为有利，如果能将用于形成籽粒的光合产物以糖的形式贮藏于茎秆中，前景将是很诱人的。因此，有不少学者进行了这方面的研究，通过用摘除穗头的方法防止籽粒发育，以增加茎秆糖的产量，或以雄性不育系代替人工摘除圆锥花序的繁重劳动，以便使糖的生产变得更加经济、易行。

Stokes 报道，种子的减产常常促进植株的成熟，这表现在植株汁液的蔗糖的含量上；其对茎秆的生长影响不大，且减少了倒伏，但增加了侧芽[1]。

Broadhead 用丽欧作试验材料，在孕穗时（将花序拔去）和开花时（用小刀将花序在花梗处切除）将圆锥花序除去（简称去穗）以研究茎秆的产量和榨汁品质在去掉穗头后的变化，试验结果表明，去穗的植株汁液锤度、蔗糖和淀粉较高，但去穗并不显著影响茎秆的产量或汁的纯度。去穗的植株倒伏较少，但侧芽很多，这能降低去穗植株收获、加工的成本[1]。

Ferraris 在澳大利亚的Ayr 蔗糖实验站以丽欧为试材，设保留圆锥花序（简称留穗，并作为对照）、在开花期去穗和去穗+除蘖芽3 种处理。试验结果表明，汁液锤度因去穗和去穗+除芽而增高。去穗者在成熟期的糖产量竟达3.20 t/hm2，为对照的3 倍以上。留穗者籽粒产量为2.94 t/hm2，通过能量折算，这2.94 t 高粱籽粒等于2.21 t 糖，因此，去穗植株3.20 t/hm2的糖产量同留穗茎中的0.94 t 糖+籽粒中的2.21 t 糖基本相等[1]。

1984 年，中国科学院植物研究所北京植物园用甜高粱品种丽欧作试验材料研究去穗对茎秆中糖含量的影响，结果表明，在开花至乳熟阶段，去穗植株汁液锤度显著高于留穗者[1]。

赵威军等[12]以5 个高粱不育系、6 个甜高粱杂交种和甜格雷兹为材料，通过对茎秆含糖量和鲜质量的测定分析，研究利用A3CMS 选育不育化甜高粱杂交种的可行性。结果表明，同核异质杂交种在茎秆产量上差异不显著，但在茎秆含糖量上差异显著，A3杂交种的含糖量明显优于A1杂交种。因此认为，利用A3CMS 选育不育化甜高粱杂交种是可行的。

另外，如果甜高粱发生倒伏，收获将更加困难。研究表明，在去穗、留穗植株中所测得的纤维素的含量是类似的，从茎的结构来证明抗倒伏未必可靠，高粱的倒伏可以完全归因于植株顶部高粱籽粒的质量作用于茎秆上的杠杆作用。种子的减产、去穗或选用自交不结实类型品种后，籽粒产量减少或完全没有，整个植株的重心高度降低，间接提高了抗倒伏性能，减少了茎秆倒伏，并且去穗或自交不结实类型品种植株具有较高的含糖量[1，12]。

利用雄性不育造成植株不孕，既可省去人工去穗或收穗的繁重劳动，又可使植株的光合产物完全贮藏于茎秆之中，使植株茎秆具有较高的含糖量，并提高抗倒伏性能。在我国北方，不育化的抗倒伏甜高粱品种，结合秋末冬初在田间自然冷冻贮藏甜高粱，加工企业可随加工进度，用联合收割机到田间按需收割，这将降低植株收获的成本，减少贮藏空间和成本[13]，在实践上意义重大。

自交不结实类型的甜高粱品种必须生物产量超高产，茎秆含糖量高，以其高产优质优价，来补偿或提高农户的收入。其选育可用以下2 种思路：（1）利用A3型不育系与甜高粱品系间的杂交，F1自交不结实，而含糖量显著提高[12]。（2）选育生育期特别长的品种，在特定的地方不能正常抽穗开花而导致不育，如甜格蕾兹在山西以北地区不能抽穗开花[12]。

3 甜高粱育种的展望

高产、含糖量高、抗性好、适应性广的甜高粱品种是促进甜高粱生产发展的核心和基础。因此，针对甜高粱产业化开发的实践需求，创新育种思路，加快品种选育，为生产提供适宜的新品种，将有力地推动甜高粱产业的发展，并且可以促进种植业结构调整和农村经济发展。

近年来，国家科技部连续将甜高粱新品种选育与能源利用列入“十五”、“十一五”重点科技计划。国内已有多个省区开展了能源甜高粱推广示范和生物质能源产业化，并有一些生物质能源加工企业建成投产。一些农业科研院所和大专院校也先后开展了甜高粱杂交种选育工作。“十一五”期间，全国高粱品种区域试验增加了能源/青贮组，并鉴定通过了部分能源专用甜高粱品种。

可再生能源法的制定与公布实施，为新能源的开发利用提供了新的契机。随着现代科学技术的发展和社会各方面的努力，甜高粱作为新能源作物一定会得到更大的发展。

［1］黎大爵，廖馥荪.甜高粱及其利用[M].北京：科学出版社，1992.

［2］黎大爵.首届全国甜高粱会议论文摘要及培训班讲义[M].北京：科学出版社，1995.

［3］张志鹏，杨镇，朱凯，等.可再生能源作物——甜高粱的开发利用[J].杂粮作物，2005，25（5）：334-335.

［4］闫鸿雁，胡国宏，李光华，等.关于甜高粱的研究、开发、利用[M]//中国杂粮研究——第二届中国杂粮产业化发展论坛论文集.北京：中国农业科学技术出版社，2005：172-175.

［5］张福耀，赵威军，平俊爱.高能作物——甜高粱[J].中国农业科技导报，2006，8（1）：14-17.

［6］石永顺，王艳秋，王立新，等.加快甜高粱科研和生产开发[J].辽宁农业科学，2004（3）：30-31.

［7］邹剑秋，王艳秋.我国甜高粱育种方法及高效育种技术[J].杂粮作物，2007，27（6）：403-404.

［8］卢庆善.甜高粱[M].北京：中国农业科学技术出版社，2008.

［9］曹俊峰.甜高粱籽粒产量与茎内糖分含量的关系[J].甜菜糖业科技情报，1982（2）：48-50.

［10］李振武，支萍，孔令旗，等.甜高粱主要性状的遗传参数分析[J].作物学报，1992，18（3）：211-213.

［11］张志鹏，邹剑秋，朱凯，等.能源用甜高粱辽甜1 号选育报告[J].杂粮作物，2007，27（6）：399-400.