普通荞麦自交不亲和两系互交制种技术研究

高立荣等

摘 要：用自交不亲和性制种，实现普通荞麦杂种优势利用；创新杂交制种生产技术，提高效率，降低生产成本。将育成的近交系亲本矮B系与矮C系等量、混合种植，借助虫媒、风媒授粉，进行杂交制种。成熟后混合收获、脱粒，用机械将矮BF1（正交F1代）与矮CF1（反交F1代）分开，分别用于生产。制种田没有固定的父本，所收获种子95%是杂交种。正交F1代超亲优势为26.1%，反交F1代超亲优势为30.2%，平均优势为38.4%；试验表明，另一组合矮A系与恢3系所配杂交种比对照增产25.64%～44.87%，被审定为‘榆荞4号品种。制种田省去了父本和按行比种植的工序，不仅提高了制种产量，降低了生产成本，而且制种效果好，在荞麦杂种优势利用上，是一种新的杂交种生产技术，可用于大规模生产杂交种。

关键词：普通荞麦；自交不亲和；近交系；互交制种

中图分类号：S517，S334 文献标志码：A 论文编号：2014-0005

Abstract： The aims were to study the technology of self-incompatibility Two-line Reciprocal Cross in common buckwheat seed production to achieve full utilization of common buckwheat heterosis， and to innovate current hybrid seed production technologies to boost efficiency and reduce production cost. Same quantities of parental inbred line “dwarf line B” and“ dwarf line C” were mixed together and planted to produce hybrid seeds with the aid of insect and wind pollination. After ripeness， the mature seeds were harvested， unshelled and separated into orthogonal dwarf line B （F1） seeds and reciprocal cross dwarf line C （F1） seeds for future planting with vibrating screen. No fixed male parent was needed in seed production and 95% of the harvested seeds were hybrid. Heterobeltiosis of orthogonal dwarf line B （F1） seeds and reciprocal cross short line C （F1） seeds were 26.1% and 30.2% respectively， with an average heterosis of 38.4%.According to the trial， the production of another type of hybrid seed named ‘YuQiao 4， which was yielded through the combination of “dwarf line A” and “fertile line 3”， increased by 25.64%-44.87%， as compared to the controls. This new technology in seed production could eliminate the male parent and the conventional row plant； therefore it yielded higher production， lower cost and high quality seeds. It was an innovative technology for full utilization of common buckwheat heterosis， and could be applied to mass production of hybrid seeds.

Key words： Common Buckwheat； Self-incompatibility； Inbred； Reciprocal Cross Seed Production

0 引言

农作物杂种优势的利用，极大地提高了作物的产量，但现行的杂种优势利用方法存在制种程序繁琐、费时，不利于机械化作业，种子成本高等问题。例如，目前，不论是粮食作物、油料作物还是蔬菜作物的杂交种子生产，均采用父、母本亲本系按一定行比种植，成熟后要分别收获，父本的作用只是为母本授粉，收获的母本行种子为杂种F1代；有些作物还要人工去雄、喷雾化学溶液去雄、蕾期剥蕾授粉等[1-2]，这样存在制种产量低、投工多、成本高的缺点。国内外很多学者、专家有同样的认识，并提出了不同的改进意见。如英国的Murashige提出了用人工种子固定杂种优势，省去每年制种的程序；中国学者赵世绪明确提出利用无融合生殖固定杂种优势的设想；袁隆平院士提出“三系法—两系法—一系法”杂交水稻的发展战略。其中一系法杂交水稻也是指利用无融合生殖固定杂种优势，即培育不分离的F1杂种，免除每年制种[3]。从中可以看出，以上3位专家建议的共同点是：杂种优势利用要向“程序由繁到简，效率越来越高”的方向发展。但是，目前不论是人工种子的研究，还是无融合生殖的研究，仍处在探索阶段[4-6]。

笔者长期在农业第一线工作，多年从事荞麦育种研究，也进行过种业生产，体验过玉米制种不分炎热、风雨天气人工去雄之辛苦，深感改进杂交制种生产技术的必要性；更有幸去德国进修现代农业技术，更加明确了传统农业制种技术与先进的现代农业技术之差距。激发了创新杂交制种技术的信心，经过10余年的反复实践，试验成功研制了“普通荞麦自交不亲和两系互交制种技术”，这项技术可以省去制种田固定的父本，提高制种产量，而且简便、易行，可利用机械化作业，提高效率，降低成本。2010年，由陕西省科技厅组织，对本项研究进行了成果鉴定。

1 材料与方法

1.1 普通荞麦自交不亲和特征特性

普通荞麦（F.esculentum Moench，2n=16）也叫甜荞，属蓼科荞麦属，1年生草本，自交不亲和（雄配子功能正常），异花授粉作物。在群体中有2种花型，一种是长花柱、短花丝，另一种是短花柱、长花丝，二者比例是1：1。2种花型相互授粉，能够正常结实；同一植株、同一花型的不同植株，相互授粉不结实[7-8]；花型控制基因，长花柱受核内纯合隐性基因（ss）控制，短花柱为一杂合基因（Ss）。因此，相互授粉（即长花柱×短花柱或短花柱×长花柱）的任何一株籽粒都能产生大约1/2长花柱短花丝类型和1/2短花柱长花丝类型，且可以延续繁衍[9-10]。

1.2 近交系亲本来源与选育方法

1.2.1 近交系矮A 1993年秋季，从“蒙822（♀）×信浓1号（♂）”的回交后代（B1C1）群体中发现一个矮变植株，经过11个世代的提纯选育，育成遗传性状稳定，株高80 cm（属于半矮秆），籽粒黄褐色，白花，千粒重32 g的近交系。

1.2.2 近交系恢3 2003年从日本荞麦‘北海道品种中选出的优良单株，经过10个世代系选，育成遗传性状稳定，株高100 cm，籽粒黄褐色，白花，千粒重32.5 g的近交系。

1.2.3 近交系矮B 2002年，从国内荞麦优良品种中，选出一株部分花序呈对生状排列的变异植株，用一株传的选育方法，经过10个世代的选育，育成遗传性状稳定，株高80 cm（属于半矮秆），籽粒黑色，白花，千粒重33 g的近交系。

1.2.4 近交系矮C 2004年，从日本荞麦与中国荞麦混杂群体中，选出一株籽粒带棱翅的变异植株，采用一株传的方法，经过10个世代的选育，育成遗传性状稳定，株高90 cm，白花，籽粒有翅、黑色，千粒重35 g的近交系。

1.3 两系互交制种方法

将育成的亲本矮A系和恢3系等量、混合种植，借助虫媒、风媒传粉，成熟后，混合收获F1代（‘榆荞4号品种）。也可隔行种植，按行分别收获矮A系F1和恢3系F1；另一组合是亲本矮B系与矮C系制种，将两系亲本等量、混合种植，借助虫媒、风媒传粉，成熟后混合收获，再用相应孔径振动筛分类（亲本矮C系有棱翅），筛下的是正交F1（矮B系×矮C系）；筛上的是反交F1（矮C系×矮B系），分别用于生产（正在试验中）。

2 结果与分析

2.1 矮A系与恢3系互交制种F1、亲本、对照产量比较试验

2008年，矮A系与恢3系隔行种植，进行互交制种，按行分别收获的F1与亲本，并和对照进行一个重复产量比较试验，小区面积20 m2。从表1中可看出，矮AF1超亲优势41.25%，平均优势是59.72%，对照优势是44.87%；恢3F1超亲优势是22.50%，平均优势是38.52%，对照优势是25.64% 。

2.2 矮B系与矮C系互交制种F1与亲本产量比较试验

2011年，将矮B系与矮C系等量混合播种，成熟后混合收获F1种子，2012年与亲本进行了4个重复的产量比较试验，小区面积1.2 m2，试验结果见表2。从表2中可看出F1超亲优势为33.1%，而平均优势为37.7%。

2012年将矮B系、矮C系依次隔行种植，进行互交制种，成熟后分别按行收获矮BF1、矮CF1。2013年，将上年收获的2个F1与2个亲本系进行3个重复的产量比较试验，小区面积5 m2。试验结果见表3，从表2、表3可看出，这一组合在不同年度制种的F1其杂种优势表现稳定。3年平均优势在36%以上；超亲优势在22.5%～41.25%。还可从表1、表2、表3可以看出，互为亲本制种产量也高，在中等地力产量1800 kg/hm2，在中上等地力产量可达到2250 kg/hm2以上。

2.3 矮A系、恢3系互交制种F1与常规品种产量比较试验

‘榆荞4号品种参加了第7轮全国甜荞区域试验，3年产量平均第1位，共17个试验点，其中在11个试验点居第1位、2个试验点居2、3位，有一年比对照增产18%；参加生产试验，比对照增产17.5%，比当地品种增产15%（表4）另外，山西省大同市农科所引进‘榆荞4号品种与当地‘右玉荞麦品种进行了产量比较试验，‘榆荞4号比‘右玉荞麦增产69.45%（表5）。

2012年，矮B系、矮C系互交制种所获F1‘荞杂2号，2013年参加国家燕麦、荞麦体系荞麦品种展示，在榆林点试验结果见表6，从中可看出，‘荞杂2号比其他品种增产16.3%～129.3%。

3 结论与讨论

3.1 两系互交制种产量高、省工、成本低，制种效果好

两系互交制种方法简便，在制种田省去了固定父本（由互为母本系的花粉代替），扩大了1/4的制种面积（父、母本1：3）可增收1/4的制种产量；可以省去父母本系按行比种植和分别收获的人工投入；两系杂交亲本按等量混合后可以用机械播种、机械收获，更能降低成本；其次，2个母本系属半矮秆类型，耐肥力，可在中上等地力种植，制种产量高，一般产量1800～2250 kg/hm2。

两系互交制种技术效果好，经统计杂种率95%，在表1、表2、表3中，F1代超亲优势达22.5%～41.5%，在表1、表6中，对照优势达25.6%～129.3%，可见其杂种优势强；大田生产中，‘榆荞4号产量达到3750 kg/hm2，普遍在3000 kg/hm2以上。在河南渑池县小麦收后复种，生育期2个月，产量3000 kg/hm2。证明两系互交制种效果好，杂种优势强，且稳定性好，是一种新的荞麦杂交种生产技术。

3.2 自交不亲和性是杂种优势利用的重要途径

作物杂种优势利用，首先要解决的问题是去雄，而自交不亲和性植物自花不育，正好解决了去雄的难题，是得天独厚的种质资源。自交不亲和性在许多植物中均有发现，尤其十字花科作物中更为普遍。作为杂种优势利用的一种途径，首先在十字花科经济价值较高的大白菜、甘蓝、萝卜等作物获得成功。中国20世纪70—90年代育成了很多蔬菜品种：大白菜有青岛市农业科学研究所育成‘青杂早丰、‘青杂中丰；山东农科院蔬菜所育成‘山东1号、‘山东2号、‘山东3号。甘蓝有中国农业科学院蔬菜所育成‘京丰一号、‘报春；大连市农业科学研究所育成‘迎春、‘继春、‘秋蓝品种；在国外，日本、韩国等萝卜生产大国，主要利用萝卜自交不亲和系生产杂交种。然而在十字花科的大田作物油菜中没有突破性进展。例如，华中农学院傅廷栋教授以自交不亲和系作母本，另一甘蓝油菜自交系作父本配制成单交种，但因剥蕾授粉保存自交不亲和系，技术要求高、成本高，在生产中广泛应用受到限制[11]，中国大面积推广的‘秦油2号品种是三系杂交种；在国外也一样，瑞典20世纪利用2个自交不亲和系配制成（A×B）单交组合，因为自交不亲和系来源困难而无进展[12]。

荞麦属于蓼科作物，自交不亲和系繁殖、保持非常容易（与十字花科截然不同），可以进行大规模杂交制种，大面积推广种植。这是用自交不亲和性育成杂交种应用在大田作物中的典型；也是第1例制种田无固定父本的制种技术，在文献中没有先例，是一项技术创新。

3.3 两系互交制种机理分析

异花授粉是植物进化的高级形态。植物在长期的进化过程中，形成了各种有利于异花授粉的机制，自交不亲和性就是其中最为有效的一种。普通荞麦是自交不亲和的异花授粉作物，育成的近交系亲本，是经过10个以上世代的隔离种植，强迫其姊妹交，让其成为纯合系，这是违背异花授粉植物特性的措施。当2个自交不亲和的亲本系种在一起制种时，雌配子对异系花粉亲和力强，敏感性高，促使花粉管生长快，抢先进入胚囊受精而成为杂交种。正如Duvick指出，自交不亲和性对植物育种家都出现2个差别明显的前景。一方面它将挫败产生纯合系的努力；而另一方面，它可以进行2个品系的杂交而不须去雄[13]。美国学者有荞麦通过花粉竞争选择配子体”的报道[14]。李殿荣等[15]在油菜中也发现有父本花粉管生长快的现象。所以，自交不亲和两系互交制种有其生殖学基础，至于制种中出现的少量假杂种，是由于始花期、尾花期两系亲本花期不遇，由其中一系姊妹交所造成的，这在不同制种组合中可通过花期控制来调节。

参考文献

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[14] 赵钢译.荞麦通过花粉竞争选择配子体的研究[J] 国外农学--杂粮作物，1996（5）：30-34.

[15] 李殿荣，张文学.提高甘蓝型油菜细胞质雄系不育杂交制种纯度的技术研究[J].种子，2005（9）：114-115.

致谢：感谢杂交油菜育种专家、研究员李殿荣老师对本文进行了修改。