中晚熟粒用高粱不同组合杂交种的筛选

姚燕辉 赵兴奎 彭锁堂 段永红

摘要：为选育优质中晚熟粒用高粱新材料，本试验采用单因素随机区组设计，以4份不同杂交组合高粱亲本为试验材料，分析不同组合杂交种的生育期、农艺性状及产量性状的差异，筛选最佳的中晚熟粒用高粱组合。高粱组合杂交种的生育期存在差异，但相差不大，生育期最长的高粱组合23A×014-52，生育期为134天，生育期最短的高粱组合147A×014-34，生育期为123天；高粱组合23A×014-52的农艺性状较好；与对照相比，增产的高粱组合为23A×014-52、27A×017-95，其中高粱组合23A×014-52增产明显，较对照高出30.06%。结合分析农艺性状、产量性状等，高粱组合23A×014-52杂种优势较突出，可以作为培育中晚熟粒用高粱的亲本材料。

关键词：粒用高粱；杂交种；筛选；农艺性状；产量性状

中图分类号：S514文献标志码：A论文编号：cjas20191100259

基金项目：山西省自然科学面上自然基金项目“高粱基因组甲基化差异表达及淀粉合成基因甲基化调控分析”（201701D121105）。

Hybrids Screening from Combinations of Middle-late Maturing Grain Sorghum

Yao Yanhui， Zhao Xingkui， Peng Suotang， Duan Yonghong

（College of Agronomy， Shanxi Agricultural University， Taigu 030801， Shanxi， China）

Abstract： To breed high-quality and middle-late maturing grain sorghum， the authors used single-factor randomized block design， took the hybrids of four different sorghum combinations as test materials， to analyze the difference of agronomic traits and yield traits and screen the best combination of middle-late maturing grain sorghum. There were difference of the growing period of hybrids from tested combinations， but the difference was not obvious， the hybrid sorghum combination 23A×014-52 had the longest growing period about 134 days， the hybrid sorghum combination of 147A×014-34 had the shortest growing period of 123 days； the agronomic traits of sorghum combination 23A×014-52 were relatively good； the yield of the combination 23A×014-52 and 27A×017-95 were higher compared with that of control， and the yield of the combination 23A×014-52 was 30.06% higher than that of control. Considering the analysis of agronomic traits and yield traits， the sorghum combination 23A×014-52 has strong heterosis and could be used as parent material for cultivating middle-late maturing grain sorghum.

Keywords： Grain Sorghum； Hybrid； Screening； Agronomic Traits； Yield Traits

0引言

高粱[Sorghum bicolor （L.） Moench]属于禾本科（Gramineae）、高粱属植物，一年生草本植物，是一种重要的粮饲兼用作物。高粱的光合效率高，属C4植物，抗逆性突出，具有抗寒、耐盐碱、耐涝、耐贫瘠等多重抗逆性，杂种优势强，天然异交率高达50%，是常异花授粉作物中最早成功利用杂种优势的作物[1]。无论是生物学产量还是经济学产量都较高，属于高产、稳产作物，大力发展高粱产业，可利用其他作物适应不了的自然条件，从而达到投入少、收益高的效果[2-3]。粒用高粱以获取籽粒为目的，其特点是：茎秆高矮不等，分蘖力较弱，穗密且短，茎内髓部含水量较少，籽粒品质较佳，常作为食用、饲用、酿酒或生产酒精的原料[4-5]。近年来，许多学者开展了粒用高粱的选育研究，赤峰市农牧科学研究院以赤A6×8511选育的‘赤杂113’，高抗丝黑穗病，产量高，但其只适宜在内蒙古赤峰及吉林中西部地区推广种植[6]；吉林省农业科学院以吉2255A×南133选育的‘吉杂225’，具有抗虫性强，产量高的特性，但其只适宜在吉林一带推广种植[7]；黑龙江省农业科学院作物育种研究所，以自育的LS-1A×LSR1测配而成的‘龙米梁1号’，单宁含量较低，口感好，深受粗粮食品爱好者的喜爱，但其只适宜在黑龙江第一、二积温带春播[8]；吉林省农业科学院以吉3020A×吉R5062选育的‘吉杂142’，株型好，叶片较窄并上冲，适于密植，高产稳产，但只适宜在吉林中西部地区种植[9]；山西省农业科学院高粱研究所选育的‘晋杂39号’，以自选不育系SX605A作母本、自选恢复系SX1932作父本杂交而成，其抗逆性强，适应性强，植株较低，适宜机械化栽培种植，在山西省春播中晚熟区种植[10]；‘晋杂30号’，由山西农业大学以黑龙30A作母本、01-226作父本选育而成，具有植株矮、抗倒伏、高抗丝黑穗病等特点，但其适宜于山西省吕梁、晋中、太原地区小麦收获后有110天生长期的地区推广种植[11]，属于夏播高粱品种。山西省已有的优质高产中晚熟粒用高粱种类较少，其他省份選育出的粒用杂交高粱适宜种植地区与山西省气候条件差异大，不适宜在山西省中部地区大量种植，引种种植存在风险；而且已有的粒用高粱在生产应用中也存在问题，欠缺优良的植株形状，如植株偏高，大多叶片还未达到紧密性与直立性的特征，抗逆性也有待改良，需要拓宽狭窄的作物遗传基础[12-13]，为此粒用高粱新材料的选择就显得尤为重要。该研究旨在为选育粒用高粱新材料，以不同中晚熟粒用高粱组合为材料，比较高粱不同组合杂交种的生育期、主要农艺性状及产量性状差异，从中筛选优质粒用高粱，为粒用高粱新品种的选育提供研究材料，以期促进山西省粒用高粱遗传改良研究与产业发展，提高粒用高粱产业在国内、国际间的竞争力；今后还应该在种质资源创新方面深入研究，开创杂种优势利用新模式，注重综合性育种技术的研发，将中国中晚熟粒用高粱的杂交育种水平推向新高度[14-16]。

1材料与方法

1.1试验地概况

本试验在山西农业大学农作站进行。试验区地势平坦，土壤质地为沙质粘壤土。属于温带大陆性气候，平均降水量400～650 mm，平均气温3～14℃，夏暖冬寒，四季分明。

1.2供试材料

本试验选取高粱品种‘晋杂22’号为对照，其田间生长较整齐，茎秆坚硬，抗倒伏能力强，抗病性较强；参试的高粱组合共4个，由山西农业大学通过自选不育系与恢复系组配的杂交组合，并编号，017代表17年选育，014代表14年选育，分别为：27A×017-95、22A×014-34、23A×014-52、147A×014-34。

1.3试验设计

本试验采用单因素随机区组设计，3次重复排列，小区面积为16 m2，小区长5 m，宽3.2 m，每小区种植8行，小区内行距0.4 m，株距0.22 m，共设15个小区。通过划分区组，确保了同一区组内全部试验单元的非处理条件一致，每一区组又包含了一套完整的处理，使同一区组内试验单元间的变异最小，在试验结果的统计分析中，将区组间差异的影响从误差中分离出来，从而极大地提高了统计检验的灵敏度。具体设计方案见表1。

1.4试验方法

1.4.1播前准备2018年4月20日进行镇压整地作业，将小石块、残根、杂草等清理出去，4月23日上午试验田灌水，小区灌水量为120 mm，4月23日下午结合旋耕施氮磷钾复合肥200～250 kg/hm2，深耕25 cm左右，耕后要连续进行耙地，按计划划分好小区，将小区用耙子耙平。

1.4.2播种播种时间是4月24日上午，采用人工开沟撒播，将各个播种小区按照等行距划好，以计划株距点籽，播种深度约4 cm，将高粱种子均匀撒播于沟内，覆土、耙平、踩压。

1.4.3田间管理5月16日间苗，5月20日雨后除草，高粱苗长势良好，于5月28日定苗，每行23株，株距0.22 m，同时中耕除草，破除土壤板结。6月8日雨后中耕除草，并培土以防倒伏。6月10日追施尿素，施用量为每公顷400 kg，具体做法：将称重后的尿素均匀撒于在行间开的8 cm沟内，然后用土覆盖。

1.5试验测定项目与方法

1.5.1生育时期调查根据高粱组合的生理形态特征，记载播种期、出苗期、拔节期、抽穗期、开花期、成熟期等生育时期。具体参试项目指标见表2。

1.5.2农艺特性分析、测定高粱成熟后，从每个小区选取有代表性的10株测量株高；统计好每小区的穗数；把选取的有代表性的10个高粱穗剪下，进行室内考种；观察记录穗紧实度、穗形状、籽粒颜色等穗部性状；测定穗长、穗粗、穗粒重。具体项目参考标准见表3。

1.5.3产量测定千粒重（g）：将收获后脱粒的高粱种子，以小区为单位，随机抽取100粒称重，取6次的平均值，所得数值再乘以10。

以小区为单位将高粱全部收获，脱粒后称重，以kg表示，再根据小区面积换算成公顷产量，保留整数。

1.6数据处理

采用Microsoft Excel 2010，对数据进行初步整理；运用SPSS 2.0，对数据进行方差分析。

2结果与分析

2.1中晚熟粒用高粱不同组合杂交种生育期的比较

从表4可以看出：杂交高粱组合的生育期最短为123天，最长为134天，属于中晚熟粒用高粱。杂交高粱的播种时期都是4月24日‘；晋杂22’的出苗期最早，为5月1日，高粱组合27A×017-95的杂交种出苗期是5月2日，高粱组合22A×014-34、23A×014-52、147A×014-34的杂交种出苗期都是5月3日；开花期最早的高粱组合147A×014-34的杂交种，开花日期为7月13日，比‘晋杂22’早开一天；成熟最早的是‘晋杂22’和组合147A×014-34的杂交种，都是8月25日，成熟最晚的是高粱组合23A×014-52的杂交种，比‘晋杂22’晚11天；‘晋杂22’的生育天数是123天，高粱组合23A×014-52的杂交种生育期最长为134天，比‘晋杂22’长11天。总体来说，各组合杂交种之间生育期相差不大，所有试验材料都可以正常地完成生长周期。

2.2中晚熟粒用高粱不同组合杂交种农艺性状比较

从表5可看出：在穗紧实度方面，高粱组合27A×017-95的杂交种为散，高粱组合22A×014-34的杂交种为紧，高粱‘晋杂22’、23A×014-52、147A×014-34都为中紧；在穗形状方面，除了高粱组合147A×014-34的杂交种为帚形，其余4个高粱组合杂交种都为纺锤形；在籽粒颜色方面，高粱组合27A×017-95、22A×014-34、147A×014-34的杂交种都为黄色，高粱‘晋杂22’、23A×014-52为红色；在颖壳包被程度方面，5个杂交高粱都为半包；在颖壳颜色方面，除了高粱‘晋杂22’为黄色，其余4个高粱组合都为褐色；在颖壳质地方面，5个杂交高粱组合都为硬壳。

株高是判断高粱生长发育情况以及经济产量高低的重要指标[5，17]。分析表6，在株高方面，参试杂交高粱都比对照‘晋杂22’高，杂交高粱23A×014-52最高为212.6 cm，比对照‘晋杂22’高出39.5 cm；在穗长方面，杂交高粱23A×014-52的穗最长，为33.3 cm，与对照‘晋杂22’相比长1.0 cm，其余3个杂交高粱的穗都比‘晋杂22’短；在穗粗方面，杂交高梁23A×014-52的穗最粗，为8.2 cm，比对照‘晋杂22’粗0.3 cm，杂交高粱27A×017-95的穗次之，比对照粗0.2 cm；在千粒重方面，4个杂交组合都比对照‘晋杂22’的高，其中杂交高粱23A×014-52的千粒重最高为31.47 g，比对照‘晋杂22’高4.52 g；在全区穗数方面，穗數最多的杂交高粱是27A×017-95，为135417穗/hm2，比对照‘晋杂22’多20417穗/hm2，杂交高粱22A×014-34的穗数最少，为101875穗/hm2，比对照‘晋杂22’少13125穗/hm2；在小区穗粒重方面，杂交高粱23A×014-52的最高，为108.4g，比‘晋杂22’高27.6 g，杂交高粱147A×014-34的最低，为64.1 g，比‘晋杂22’低16.7 g；综上所述，在各参试杂交高粱组合中，高粱组合23A×014-52的农艺性状较好。

2.3中晚熟粒用高粱不同组合杂交种的产量比较

产量是研究农作物生产的一项重要指标[18]。从表7可看出：杂交组合产量的高低顺序是：23A×014-52> 27A×017-95>‘晋杂22’>22A×014-34>147A×014-34，对照品种‘晋杂22’的平均产量为9396 kg/hm2，在所有参试杂交高粱组合中，平均产量最高组合23A×014-52为12220 kg/hm2，比对照品种‘晋杂22’增产30.06%；而杂交高粱147A×014-34在所有参试组合中的平均产量最低为7259 kg/hm2，较对照品种‘晋杂22’减产了22.74%；杂交高梁27A×017-95的平均产量是9986kg/hm2，与对照‘晋杂22’相比，增产了6.28%；杂交高粱22A×014-34的平均产量是9222 kg/hm2，比对照‘晋杂22’减产1.85%；综上所述，比对照增产的组合是：23A×014-52和27A×017-95，继续参加品比试验，下一年应重点观察。

由表8，产量方差分析得：区组间F值=1.033<< F0.05=3.478，说明在显著水平0.05下，不同区组间平均值差异不显著，处理间F值24.757>>F0.01=5.990，说明在显著水平0.01下，不同处理间平均值差异显著。下一步分析表9得：显著水平为1%时，杂交高粱27A×017-95、22A×014-34与‘晋杂22’（CK）产量间无极显著差异，高粱23A×014-52的产量极显著高于对照‘晋杂22’，高粱147A×014-34的产量极显著低于对照‘晋杂22’。总结上述，不同高粱杂交组合间，在产量方面是有差异的。

3结论

高粱不同组合杂交种生育期存在差异，生育期最短的杂交高粱组合‘晋杂22’、147A×014-34与生育期最长的23A×014-52相差11天；高粱组合23A×014-52的杂交种农艺性状较好；与对照相比，减产的高粱组合为：22A×014-34、147A×014-34，其中高粱组合147A×014-34的杂交种减产较明显，减产22.74%，予以淘汰，增产的高粱组合为27A×017-95、23A×014-52，增产较明显的高粱组合是：23A×014-52达30.06%；结合农艺性状、产量性状等指标，高粱组合23A×014-52的杂交表现较突出，继续参加品比试验，经分析验证作为培育中晚熟粒用高粱的亲本材料。4讨论

4.1中晚熟粒用高粱不同组合杂交种生育期的分析

生育期是评价不同高粱品种生长发育及其快速适应性的重要指标，不同的生育时期对高粱农艺性状以及营养品质的影响颇大[19-20]。抽穗开花至成熟阶段，高粱进行籽粒的形成和内容物的充实，是决定千粒重的关键时期，这一阶段协调好水肥，可增强籽粒灌浆，粒重增加。影响高粱生育阶段的转变有两大因素：内因和外因，内因为品种自身的生理遗传特性，外因为外部的环境条件。本试验中生育期最长的高粱杂交组合23A×014-52与生育期最短的杂交组合‘晋杂22’、147A×014-34相差11天，由此可见，不一样的高粱组合杂交种在相同的环境条件下，生育期存在差异性，凸显出其独特的生理遗传特性。

4.2中晚熟粒用高粱不同組合杂交种农艺性状分析

在株高方面，对照品种‘晋杂22’为173.1 cm，其余4个高粱组合杂交种都比‘晋杂22’高，最高的杂交种是23A×014-52为212.6 cm，李嵩博[5]分析了1977—2016年粒用高粱生产现状和审定品种的产量及品质相关性状，得出株高呈下降趋势，平均每年降低1.36 cm。而本试验中株高表现上升的趋势，与此结论不符，可能试验所取的数据都是样品数据，难免会存在取样不均匀，造成误差，还可能与选择的高粱材料差异有关，需进一步分析。从穗长来看，多数在30 cm左右，最长的是23A×014-52，为31.47 cm；据统计千粒重的理想范围是30～35 g[21-22]，在此范围内的高粱组合杂交种有：27A×017-95、23A×014-52；综上所述，在农艺性状的所有测验指标中，供试材料23A×014-52都比对照表现优越，符合良种性能，考虑可以下一年重点观察。

4.3中晚熟粒用高粱不同组合杂交种的产量分析

据统计，单位面积穗数、单穗重共同决定高粱产量，这两个因素间既有协调作用又相互制约[23-25]。比对照增产的杂交高粱组合有：27A×017-95、23A×014-52；在单位面积穗数方面，表现突出的杂交组合是27A×017-95，然而其单穗重较23A×014-52低；在单穗重方面，杂交组合23A×014-52最重，但其单位面积穗数较27A×017-95低，由此验证了，单位面积穗数和单穗重之间既相互协调又相互制约，两者共同决定产量的结论。

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