谷子品种晋谷54号的创制方法及节本高效宽窄行种植研究

(山西省农科院经济作物研究所，山西 汾阳 032200)

20世纪80年代中期，中国科学院等离子体物理所余增亮研究员等提出低能离子束遗传改良思想，开展了离子束在生物技术上的应用[1]，迄今离子束诱变技术已发展成为定向遗传育种的新技术、新方法[2]。离子束生物效应具有损伤轻、突变谱宽、突变率高的特点，这是传统化学和辐射诱变育种所不可比拟的[3]。低能离子是指能量在104～105eV之间的离子[4-5]，常用的有N+、Ar+、Zn2+、Fe+、C5+、C2+等，具有突变随机性小、突变概率及靶向性大的优点[6-7]。在植物方面，低能离子束注入技术率先应用了农作物的诱变育种，目前离子束诱变育种已成功应用于番茄、水稻、凤仙花等作物上，在育种方面的研究也越来越广泛和成熟，然而低能离子束在谷子育种上的应用鲜少。晋谷54号是由山西省农科院经济作物研究所利用低能离子束选育的第一个优质富硒谷子新品种。该品种的选育满足了当前市场上人民生活对富硒特色产品的需求。本着节本和优质高效的原则，针对品种特点，试验研究提出适合晋谷54号的宽窄行种植方式，为该品种的推广生产提供参考。

1 材料与方法

1.1 试验材料

育种材料选用优质谷品种晋谷21号和高产高抗谷子品种晋谷20号，宽窄行种植材料选用晋谷54号。

1.2 试验方法

1.2.1优质富硒晋谷54号的创制

2003年以晋谷21号为母本，晋谷20号为父本作杂交组合，F0代种子在山西省农科院旱农中心进行N+离子束处理，离子能量为2×104eV，剂量辐射面积为5×1015cm2，当年冬季海南加代，选留具有父本显性标记性状的紫叶鞘真杂种MF1代。2004—2005年山西农科院经济作物研究所种植MF2～MF3代，MF3代选择紫叶鞘整齐不分离株系。2006年底进行品质分析，测试结果表明，糊化温度为5 ℃，硒含量44.75μg·kg，命名富硒香；经品尝，色、香、味俱全，基本达到选育目的。2008年参加全国第七届优质米评选，获得“一级优质米”奖。2010—2011年参加山西省中晚熟区域试验，2012年3月经山西省农作物品种审定委员会认定，命名为晋谷54号。

1.2.2晋谷54号的宽窄行种植研究

试验地点选择在山西农科院经作所试验田，前茬大豆。试验方采用小区面积26.8 m2，随机区组设计，3次重复，行距配置分别为A(33 cm，33 cm)，B(23 cm，43 cm)，C(16 cm，50 cm)。采用划行器确定距离，应用穴播免间苗机精量播种，留苗2.2万株·(667 m2)-1，5～6叶期和拔节封垄前人工中耕宽行，其他田间管理方式同常规田间试验。试验调查了不同处理的株高、穗长、穗质量、产量，分析了不同处理对株高、穗长、穗质量及产量的影响。抽穗后去掉顶部3片功能叶，通过分析不同处理对顶3叶叶面积的影响及单穗重量的影响。

表2 不同处理单穗重、单穗粒重及小区产量比较

试验结果采用PASW statistics 18软件和Excel软件统计分析。

2 结果与分析

2.1 晋谷54号的选育性状

2.1.1主要特征性状表现为生育期125 d，根系健壮发达，田间生长整齐一致，生长势强。幼苗叶色绿，叶鞘紫色。一般年份单杆不分蘖，特殊年份茎基部有2～3个分蘖，主茎高158～170 cm，茎秆节数16节，叶色绿色，短刚毛，穗长23～25 cm，穗棍棒形，穗码松紧适中，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，米色黄，出米率72%，粳性。抗旱及耐瘠薄性强，轻感红叶病。该品种与母本晋谷21号的主要区别在于生育期较晋谷21号延长5～10 d，适合无霜期较长地区种植，可发挥晚熟品种的产量及品质优势，幼苗具显性遗传紫叶鞘，可作为优质父本，易于F1代真杂种鉴定。

2.1.22010—2011年参加山西省中晚熟区域试验，2年13点次100%增产，平均产量3 823.5 kg·hm-2，比对照长农35号平均增产8.3%。其中，2010年7个参试点均表现增产，平均产量3 769.5 kg·hm-2，比当地对照晋谷34号增产7.1%，2011年6个参试点均表现增产，平均产量3 877.5 kg·hm-2，比统一对照长农35增产9.4%。

2.1.3小米品质经农业部谷物品质检验测试中心分析，蛋白质含量11.23%、脂肪4.28%、直链淀粉13.98%、钙161 mg·kg-1、铁36.88 mg·kg-1、锌30.29 mg·kg-1、硒44.78μg·kg-1、Vb10.51 mg·(100 g)-1、胶稠度125 mm、糊化温度5 ℃；远高于晋谷21号(2.1 ℃)。RUV检测结果表明，晋谷54号冷糊变稠值为800，而晋谷21号为1 800，结合米饭品尝表明，冷糊变稠值越低糊化温度越高，则黏糊性越强，煮粥快熟节能,因此较晋谷21号煮粥更为黏糊。

2.2 宽窄行种植效果分析

2.2.1不同处理对株高穗长的影响

方差分析结果(表1)表明，处理A、B、C之间在株高、穗长上无显著性差异，不同的宽窄行种植和等行距种植对株高、穗长的影响差异不明显。

表1 不同处理株高、穗长比较

2.2.2不同处理对穗质量及产量的影响

由表2可知，A、B、C 3个处理水平对谷子单穗重的影响差异不显著，处理A和处理B之间，处理B和处理C之间在穗粒重和小区产量上差异不显著，处理A和处理C在穗粒重和小区产量上存在显著差异，处理C单穗粒重平均28.7 g，显著高于处理A的单穗粒重25.8 g。处理C小区产量9.50 kg，显著高于处理A的产量8.41 kg。宽窄行C单穗粒重和小区产量显著高于等行距A，由此分析认为，宽窄行种植提高了单穗粒重/单穗重的比例，即净谷率高，减少了秕谷，从而提高了产量，穗粒重是增产的原因之一。姚永平等研究表明，宽窄行方式比等行方式更能提高结实颖花数、结实率，协调穗粒质量可促使产量的提高[13]，这与本研究结果一致。

2.2.3不同处理对顶3叶及单穗粒重的影响

谷子的顶部3片叶是主要功能叶，包括旗叶，倒2叶，倒3叶，抽穗后去掉顶部的3片功能叶(以下统称顶3叶)，测量顶3叶总叶面积，分析不同处理对谷子主要功能叶叶面积的影响以及顶部3叶对谷子单穗粒重的影响，来分析顶3叶对最终产量的贡献。在不同处理条件下，顶3叶叶面积之间无显著性差异，但处理B(429.35 cm2)和处理C(422.68 cm2)的总叶面积明显高于处理A(406.40 cm2)，抽穗后，去掉顶3叶得出，不同处理条件下，单穗粒重间无显著性差异(表3所示)，该结果表明谷子失去顶3叶后，单穗粒重间差异不显著，单株产量受到影响，综合分析表明，顶3叶面积直接影响谷子单穗产量，而宽/窄行种植能够增加顶3叶的总叶面积，顶3叶是决定谷子产量的原因之一。

2.2.4不同种植方式田间投工比较

与等行距相比，宽/窄行种植模式不仅产量有所增加，而且宽窄行种植只在宽行进行中耕操作，较等行距种植节省一半的人力投入。传统等行距种植，中耕1 hm2地需要30个工，每个工按70元计，需要2 100元，宽/窄行种植只耕作宽行，可节省一半的人工投入，效率提高两倍。如果和普通的播种方式相比，采用免间苗播种，则又可节省间苗人工投入，做到了节本增效，是适合晋谷54的种植方式(表4)。

表3 不同处理顶3叶及单穗粒重的比较

表4 宽窄行与等行距种植田间投入比较

3 结论与讨论

3.1杂交系选结合离子束诱变创制了晋谷54号，其宽窄行技术是适合的理想种植方式。优质谷选育是育种者始终追寻的目标，其选育方法包括常规杂交系选，化学诱变EMS诱导、物理60Co-γ辐射、等离字体诱变、低能离子注入诱导等，其最终目的皆是创制变异而获得好的农艺性状，由此，选育品种的针对性就尤其重要。本试验采用常规杂交系选结合离子束诱变的方法，选育出既具有母本晋谷21号的优质特性，又具有父本晋谷20号高产特性，且具显性遗传紫叶鞘的晋谷54号，该品种米质金黄、外观可媲美晋谷21号、米饭粘香可口、煮饭节能省时、富硒，是符合现代农业生产品质要求及营养观念的可选佳品。本着使该品种更好的应用于生产，使农民增产增收，又节约成本，从而推动品种的产业化和市场化发展，研究宽窄行种植技术，可做到节本高效，本试验结果表明，宽窄行距(16 cm，50 cm)配置种植方式较传统的等行距(33 cm，33 cm)配置高产，又节约田间用工成本，宽窄行技术是适合晋谷54号的理想种植方式，该技术的推广应用可为品种在生产上更大面积的推广及产业化发展提供有力的技术支撑。

3.2基于晋谷54号性状特质和便于推广应用，研究提出了适合宽窄行优选种植方式。行栽作物的光合特性受冠层结构调节，而种植方式是影响冠层结构的重要手段[8]，不同的种植方式通过调整作物栽培行向、间距配比、密度等，形成了不同的冠层结构，继而影响作物的叶片发育、消光系数等特性[9]。董钻等研究证明，行距和密度影响小麦的群体结构、光能利用和净初级生产；同时种植密度决定了群体的大小，而行距配置决定群体的均匀性，品种和作物群落对不同行距的反应会影响产量[10]，姚永祥等研究认为，在种植密度相同的情况下，采用不同的种植方式同样影响产量，宽窄行种植可以优化群体冠层结构，提高群体通风、透光性，提升群体养分及光能利用率，从而提高产量[11]；王节之等研究表明，长生7号谷子宽窄行(16 cm、50 cm)配置，较传统均行(30 cm、30 cm)种植增产、谷子抗倒伏性增强，同时节本增效，是适合机械中耕的最理想模式[12]。基于晋谷54号特质的发挥和便于推广应用，本试验研究提出适合晋谷54号的宽窄行优选种植方式，以为该品种的推广生产提供参考。