龙文靖，刘天朋，万年鑫，李 元，向箭宇，丁国祥，赵甘霖，赵冰冰，倪先林*

高粱高单宁三交种在抗鸟制种中的应用

龙文靖1，刘天朋1，万年鑫2，李 元1，向箭宇1，丁国祥1，赵甘霖1，赵冰冰1，倪先林1*

（1. 四川省农业科学院 水稻高粱研究所/国家高粱改良中心四川分中心，四川 泸州 646000；2. 泸县现代农业园区管理委员会，四川 泸州 646100）

【目的】为解决高粱不育系54A在杂交制种中产量低、单宁含量低和鸟害重的问题。【方法】利用54A与高丹宁保持系1609B组配杂合不育系（54A/1609B）分别与2个恢复系F235R和TY3560R组配2个三交组合和4个单交组合，测定三交组合与相应单交组合制种产量、鸟害级别及单宁含量，并调查三交组合与相应单交组合及亲本的农艺性状，分析杂种优势。【结果】三交组合制种产量明显高于单交组合；三交种种子单宁含量与1609A单交种相当，显著高于54A单交种，能有效防止制种过程中鸟类啄食。另外三交组合表现明显的杂种优势，产量与单交组合相当；两个三交组合性状变异情况表现不完全相同，除千粒质量变异系数均大于单交组合，株高、穗柄长表现不一，但其变异系数均在9%范围内。【结论】利用杂合不育系组配三交种在提高高粱制种产量和防治鸟啄食上有一定的应用前景。

高粱；三交种；鸟害；杂种优势；变异

【研究意义】高粱（）是世界上第五大谷类作物，抗旱、耐盐碱和瘠薄土壤，被视为干旱和盐碱土壤农业区可持续农业发展的一种主要作物[1]。高粱鸟害是一个危害高粱生产的重要因素之一，随着近年来生态环境修复，鸟害已成为杂交高粱制种的一大威胁，在高粱灌浆至成熟阶段，麻雀成群结队而来，啄破灌浆的籽粒，吸食浆汁，造成籽粒破损落粒，或受害部位产生霉变，造成高粱制种产量和发芽率降低[2]。目前农业驱鸟方法主要有人工驱鸟、架设防鸟网、撒毒饵诱杀、采用闪光带驱鸟、声音驱鸟、化学驱鸟剂驱防等方法[3-4]，但这些措施不仅增加生产成本，且大多效果不佳，部分措施还会对鸟类造成伤害。因此，选择和推广抗鸟害高粱品种是最简单有效的方法。【前人研究进展】研究表明，基因控制高粱单宁的合成，单宁含量与高粱抗鸟呈极显著相关性。通过差异调控单宁合成以及脂肪酸来源的挥发物合成高含量的单宁和低浓度的、有香味的挥发物，进而躲避和防御麻雀[5-6]。然而目前高粱不育系普遍单宁含量低，而单宁高的不育系抗性差难直接应用于生产。高粱三交种是以高粱胞质不育系作母本，与另一个优势互补且具有良好保持能力的保持系杂交产生杂合不育系，再与恢复系组配成供生产上利用的高粱杂交种[7]。三交种使用临时保持系，遗传基础丰富，在抗性上拥有更大的优势[8-10]。目前已报道玉米[11]、水稻[10,12]、小麦[13]、油菜[8]、棉花[14]和高粱[7]等作物利用三交种杂种优势，提高作物的抗性、产量和品质等性状的研究。【本研究切入点】利用三交种杂种优势，可以综合高粱高单宁抗鸟和其他优良性状。【拟解决的关键问题】针对现有高粱不育系在杂交制种中产量低、鸟害重的问题，开展高粱三交种的研究利用。以不育系54A为母本，高单宁保持系1609B为父本杂交产生杂合不育系，再与优良恢复系F235R和TY3560R组配制种，拟测定其三交组合与相应单交组合制种产量、鸟害级别及单宁含量，并调查三交组合与相应单交组合及亲本的农艺性状，并分析杂种优势，以期了解三交种抗鸟优势及变异情况，为科学利用多元三交种提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

供试高粱材料：不育系54A、1609A，保持系54B（单宁含量0.06%）、1609B（单宁含量1.94%），恢复系F235R、TY3560R，均为四川农科院水稻高粱研究所选育。2019年8月云南种植不育系54A和保持系1609B并配制杂合不育系54A/1609B。

1.2 试验方法

1.2.1 试验设计及材料种植 2019年12月海南陵水按照行距55 cm，窝距30 cm双株种植不育系54A、1609A，杂合不育系54A/1609B，分两期（间隔7 d）种植恢复系F235R、TY3560R。用2个恢复系分别对刚开完花长势均匀的不育系进行授粉，组配单交组合54A/F235R、1609A/F235R、54A/TY3560R和1609A/TY3560R，以及三交组合54A/1609B/F235R、54A/1609B/TY3560R，每个组合配制12穗。

2020年4月9日，于四川省农业科学院水稻高粱研究所泸县试验基地对组配杂交种材料及亲本材料按照行距60 cm，窝距30 cm，6行区每行10窝进行播种，随机区组排列，4～6叶期每窝定苗2株，每行种植20株，其他田间管理同大田生产。

1.2.2 各性状调查及分析方法 海南制种每个杂交组合成熟时调查鸟害情况，取样10株测定其制种产量，并测定籽粒单宁含量。鸟害分级标准为：一级为全穗未受害；二级为1/3受害；三级为全穗1/2受害；四级为全穗受害[2,5]。单宁含量测定按照国家标准GB/T 15686—2008的测定方法。泸县试验于杂交高粱成熟期，每个小区平地面随机收取亲本和杂交组合各10株，考察株高、穗柄长、穗长、茎粗、单穗质量、千粒质量。利用Excel 2010统计每个小区各性状的平均值、变异系数，计算各性状杂种优势。并利用SPSS进行方差分析。

1.2.3 各性状杂种优势的计算方法 参考单交种杂种优势的计算方法，对三交种的杂种优势按以下方法计算，其中三交种的中亲优势=[(F1-三亲本均值)÷三亲本均值]×100%；超亲优势=[(F1-大值亲本)÷大值亲本]×100%；对照优势=[(F1-对应单交种均值)÷对应单交种均值]×100％。

2 结果与分析

2.1 各杂交组合制种产量及单宁含量

由表1可知，三交组合制种产量大于1609A单交组合大于54A单交组合，说明高粱恢复系组配的三交种的制种产量比单交种高, 杂合不育系起着比较重要的作用，田间观察可明显看到杂合不育系长势更强，穗子更大。另外组合种子单宁表现为杂合不育系杂交种种子单宁含量与1609A单交种单宁含量相当，在1.85%～1.94%，高于54A单交种单宁含量，其单宁含量在0.05%～0.06%。杂合不育系杂交种种子和高单宁不育系1609A单交种种子几乎无鸟类危害，鸟害级别均为一级，说明杂合不育系54A/1609B能结合高单宁不育系1609A高单宁特点，制种过程中能有效抵抗鸟类啄食，提高制种产量。

表1 各杂交组合制种产量、鸟害等级及单宁含量

同一列不同小写字母表示不同水分间存在显著差异（<0.05）。

The lowercase letters in the same row indicate significant differences among different soil water contents（<0.05）.

2.2 亲本和组合各性状数值分布情况

为了解亲本和组合各性状的分布情况，对各亲本和组合的植株性状及部分产量性状进行了调查。结果显示（表2），各亲本和组合的株高变幅在97.17～173.33 cm，均值为146.92 cm。两三交组合株高与54A单交组合之间差异不显著，但与1609A单交组合以及各亲本差异显著；穗柄长变幅在30.09～50.82 cm，均值为41.26 cm。两三交组合穗柄长之间差异显著，且54A/1609B/F235R与54A/F235R和54A/TY3560R以及亲本之间的差异显著，54A/1609B/TY3560R与1609A/F235R和1609A/TY3560R以及亲本54B、F235R和TY3560R之间的差异显著；穗长变幅在28.33～38.40 cm，均值为33.79 cm。两三交组合穗长之间差异显著，且54A/1609B/F235R与54A/TY3560R和1609A/TY3560R以及亲本54B和F235R差异显著，54A/1609B/TY3560R与54A/F235R和1609A/F235R以及各亲本差异显著；茎粗变幅在13.73～16.38 mm，均值为14.86 mm，各亲本和组合之间无显著差异；单穗质量变幅在21.71～44.14 g，均值为36.57 g。两三交组合单穗质量与各单交种之间差异不显著，但与亲本54B、1609B和TY3560R差异显著；千粒质量变幅在10.85 g至17.14 g，均值为15.08 g。两三交组合千粒质量差异不显著，但54A/1609B/F235R与亲本54B差异显著。

表2 亲本和组合各性状统计参数

同一列不同小写字母表示不同水分间存在显著差异(<0.05)。

The lowercase letters in the same row indicate significant differences among different soil water contents (<0.05).

2.3 亲本和组合各性状的变异分析

对各亲本和组合的植株性状及部分产量性状数据的变异性系数进行了分析（表3）。不同三交组合表现不同，三交组合54A/1609B/F235R株高变异系数最大为7.29%，而54A/1609B/TY3560R株高变异系数最低为1.39%，表明54A/1609B/F235R株高整齐度较差，而54A/1609B/TY3560R株高整齐度较高；穗柄长表现与株高正好相反，54A/1609B/TY3560R穗柄长变异系数最高为8.81%；三交组合穗长和茎粗变异系数较低，单穗质量变异系数在所有组合中居中，而千粒质量变异系数均较高，分别为7.95%和7.83%，表明三交种籽粒整齐度较单交种差。上述结果表明，三交组合除千粒质量变异系数大于单交组合，株高、穗柄长部分大于其单交组合，但变异系数均小于9%，其变异情况在一定范围。

表3 亲本和组合各性状变异系数 %

2.4 三交组合各性状杂种优势分析

为了探究三交组合54A/1609B/F235R和54A/1609B/TY3560R的杂种优势，对两个三交组合的植株性状和部分产量性状对应的中亲优势、超亲优势以及对照优势进行了分析（表4）。结果表明：三交组合54A/1609B/F235R与亲本54B、1609B、F235R比较，中亲优势除了茎粗为-0.65%外其余皆为正向优势，且株高和单穗质量的优势较大分别为44.90%和46.76%；超亲优势茎粗仅为-9.47%，而株高的优势最大为22.03%；与对照单交组合54A/F235R、1609A/F235R相比较，三交组合的对照优势在茎粗和单穗质量性状上表现为负向优势，其余的性状表现为正向优势，其对照优势不明显。

三交组合54A/1609B/TY3560R与亲本54B、1609B和TY3560R比较，中亲优势全部为正向优势，其中优势较大的是株高为46.19%和单穗质量为53.52%，茎粗的优势最小仅为3.90%；三交种的超亲优势分析，穗柄长为负向优势为-1.90%，单穗质量的优势最大达到33.18%；与对照单交组合54A/TY3560R和1609A/TY3560R比较，三交组合的对照优势仅株高性状为正向优势，而其余性状则表现为负向优势，对照优势不明显。总之，三交组合表现出了较强的杂种优势，其杂种优势与其对应单交组合杂种优势相当。

表4 三交组合各性状杂种优势分析 %

3 讨论与结论

随着近年来生态环境修复，鸟害已成为杂交高粱制种的一大威胁，抗鸟害育种已成为酿酒高粱的主要育种目标。杨彬等[5]研究表明，中紧穗型、籽粒单宁含量低、生育期短的品种穗部受害严重；中散和散穗型、籽粒深色的高单宁含量材料以及生育期长的材料受害较轻；芒长、颖壳包被度等性状与鸟害间有一定的关系，长芒及籽粒颖壳包被度大在一定程度上可以减轻鸟害。单宁含量较高的品种，不仅能预防鸟害又可以增加白酒风味[15-16]，是抗鸟性状中最重要的指标。本研究表明，高单宁保持系1609B组配的杂合不育系54A/1609B生产的三交种种子单宁含量与1609A单交种相当，显著高于54A单交种，制种过程中几乎无鸟类危害，鸟害级别均为一级，能有效防止制种过程中鸟类啄食。

高粱三交种制种产量与许多作物研究结果相同，三交种杂交制种产量比单交种更高。因制种母本(杂合不育系) 本身具有 F1 的杂种优势, 另外遗传基础较丰富，在抗(耐) 病、抗虫、抗旱和抗倒伏性上也有更大的适应性[10,14,17]。本研究试验结果表明，三交组合制种产量大于1609A单交种大于54A单交种。对组合和亲本的植株性状及部分产量性状调查结果显示，三交组合与单交组合均表现了显著的杂种优势，其产量与单交组合相当，但三交组合整齐度一直是三交组合未能广泛应用的原因。目前普遍研究认为，母本雄性不育品种的双亲性状相似，所配制出的三交种性状就会比较整齐一致；若母本雄性不育品种的双亲性状差异较大，所配制出的三交种性状则分离较大，群体就会很不整齐[18]。本研究表明三交组合除千粒质量变异系数均大于单交组合，不同三交组合在不同性状变异系数不同，株高、穗柄长表现不一，但其变异系数均在9%范围内，不影响正常应用。说明不单是不育系，不同恢复系同样对某些性状的整齐度有影响。为控制高粱三交组合变异，在配制杂合不育系时，可选择株高和花期较接近的 2个保持系组配，这样即利用了杂合不育系杂种优势，也减少了三交种组合变异，再多选用恢复系进行测配，可能选育出株高和生育期一致性更高的三交种。

综上所述，三交组合制种产量明显高于单交组合；低单宁不育系与高丹宁保持系组配的杂合不育系生产的三交种种子单宁含量显著高于低单宁不育系单交种，能有效防治制种过程中鸟类啄食。另外三交组合表现明显的杂种优势，与单交组合相当；两个三交组合性状变异情况表现不完全相同，除千粒质量变异系数均大于单交组合，株高、穗柄长表现不一，但其变异系数均在9%范围内。利用杂合不育系组配三交种在提高高粱制种产量和防治鸟啄食上有一定的应用前景。

[1] 邹剑秋, 王艳秋, 柯福来. 高粱产业发展现状及前景展望[J]. 山西农业大学学报(自然科学版), 2020, 40(3): 2-8.

[2] 刘明慧, 高秋侠, 吕金仓, 等. 高粱鸟害及抗鸟害品种研究初探[J]. 植物保护, 1994, 20(5): 42-43.

[3] 李财厚, 王宗尧, 欧阳凤仔, 等. 油菜田鸟害及其防治措施[J]. 作物研究, 2013, 27(4): 373-375.

[4] 刘培培, 赵欣如, 张红娟, 等. 中国常见农业害鸟及其防治研究进展[J]. 江苏农业科学, 2010, 38(2): 139-141.

[5] 杨彬, 张海燕, 史红梅, 等. 鸟害与高粱性状间相关性分析[J]. 山西农业科学, 2016, 44(1): 74-76.

[6] XIE P, SHI J, TANG S, et al. Control of bird feeding behavior by tannin1 through modulating the biosynthesis of polyphenols and fatty acid-derived volatiles in sorghum[J]. Molecular plant, 2019, 12(10): 1315-1324.

[7] 卢庆善, 孙毅. 杂交高粱遗传改良[M]. 北京: 中国农业科学技术出版社, 2005.

[8] 徐爱遐, 田广文, 金平安, 等. 甘蓝型油菜细胞质雄性不育三交种优势潜力分析[J]. 中国油料作物学报, 2005, 27(2): 24-27.

[9] 郑跃进, 傅廷栋. 低芥酸油菜细胞质雄性不育性杂种优势的研究[J]. 中国油料, 1991(1): 9-13.

[10] 张安宁, 王飞名, 余新桥, 等. 水旱稻三交种的应用价值初步研究[J]. 中国水稻科学, 2009, 23(3): 327-330.

[11] 刘必善, 向发洪, 田发端, 等. 玉米三交种主要特点及组配技术[J]. 湖北农业科学, 2002(5): 46-48.

[12] 余守武, 刘宜柏, 尹建华, 等. 三交水稻的育种研究Ⅱ:三交中晚稻杂种优势的比较研究[J]. 作物学报, 2005, 31(4): 476-480.

[13] 张爱民, 解超杰. 小麦亲本配合力的三交分析[J]. 中国农业大学学报, 1999, 4(1): 57-63.

[14] 张小全, 王学德, 蒋培东, 等. 细胞质雄性不育海岛棉与陆地棉三交种的杂种优势表现[J]. 棉花学报, 2009, 21(5): 410-414.

[15] 南怀林, 曹雄, 梁晓红, 等. 高粱功能成分单宁的研究进展[J]. 农业科技通讯, 2021(4): 7-9.

[16] 程度, 邱树毅. 高粱对酱香型白酒品质影响研究进展[J]. 食品科学, 2022, 43(7): 1-17.

[17] 张小康, 熊秋芳, 张雪清. 利用雄性不育系及异型保持系配制萝卜三交种研究[J]. 湖北农业科学, 2011, 50(20): 4205-4208.

[18] 毛忠良, 潘永飞, 金永庆, 等. 利用雄性不育品种选育青花菜三交种[J]. 江苏农业学报, 2011, 27(5): 1160-1161.

Application of High Tannin Triple Hybrid Sorghum in Seed Production of Bird Resistance

LONG Wenjing1, LIU Tianpeng1, WAN Nianxin2, LI Yuan1, XIANG Jianyu1, DING Guoxiang1, ZHAO Ganlin1, ZHAO Bingbing1, NI Xianlin1*

(1. Rice and Sorghum Institute, Sichuan Academy of Agricultural Sciences/Sichuan Branch of National Sorghum Improvement Center, Luzhou, Sichuan 646000, China; 2. Luxian Modern Agricultural Park Management Committee, Luzhou, Sichuan 646100, China)

This study aimed to solve the problems of low yield, low tannin content, and heavy bird damage of sorghum sterile line 54A in hybrid seed production.54A and high tannin maintainer line 1609B were used to construct hybrid male sterile line 54A/1609B, and then three male sterile lines 54A, 1609A and 54A/1609B were used to construct two triple cross lines and four single cross lines with two restorer lines F235R and TY3560R, respectively.The seed production yield, bird damage level and tannin content of three-cross and corresponding single-cross combinations were measured, and the agronomic characters of three-cross and corresponding single-cross combinations and their parents were investigated, and the heterosis was analyzed. The results showed that seed production yield of three-cross combinations was significantly higher than that of single-cross combinations. The seed tannin content of triple cross was similar to that of 1609A single, and significantly higher than that of 54A single, which could effectively prevent pecking by birds during seed production. In addition, three crosses showed obvious heterosis, which was similar to that of single crosses. The variation of traits in the two three-cross combinations was not completely the same, except that the variation coefficient of 1 000-grain weight was higher than that of the single-cross combinations, and the variation coefficient of plant height and panicle stalk length were different, but they were all less than 9%, indicating that the variation was within a certain range.It had certain application prospect to use hybrid male sterile line to combine three crosses to improve sorghum seed production yield and prevent bird pecking.

sorghum; triple cross; bird damage; heterosis; variation

S441；S514

A

2095-3704（2022）02-136-06

龙文靖, 刘天朋, 万年鑫, 等. 高粱高单宁三交种在抗鸟制种中的应用[J]. 生物灾害科学, 2022, 45(2): 136-141.

10.3969/j.issn.2095-3704.2022.02.24

2022-02-20

2022-03-02

财政部和农业农村部：国家现代农业产业技术体系资助（CARS-06-13.5-A14）、四川省“十三五”玉米育种攻关项目（2016NYZ-029）和四川特色经作创新团队高粱新品种选育及配套栽培技术研究与推广项目（SCCXTD-2022-12）

龙文靖（1990—），男，助理研究员，硕士，主要从事高粱栽培育种研究，longjing9012@163.com；*通信作者：倪先林，副研究员，xianlinn@163.com。