王海莲 王润丰 刘 宾 张华文

（山东省农业科学院作物研究所/山东省特色作物工程实验室，济南 250100）

高粱（Sorghum bicolorL.Moench）起源于非洲，具有较强的抗旱、耐涝、耐盐碱、耐贫瘠、耐高温等抗逆特性。高粱为C4作物，光合效率高，生物产量大，是全球第五大粮食作物。高粱用途广泛，可食用、酿酒、饲用、能源加工等[1]。高粱品种间杂交具有强大的杂种优势[2]，高粱杂交种与常规品种相比，不仅产量高，而且抗逆性强，适应性广。核质互作雄性不育系的选育成功，为高粱三系杂交育种奠定了基础，1956 年我国开始了杂交高粱的研究和利用[3]，利用三系配套的杂种优势进行品种选育已在高粱中普遍应用。目前国际上的高粱种子公司主要进行杂交高粱种子生产[4]。

我国地域宽广，生态气候类型多样，高粱在全国各地均有种植[5]。高粱基因型丰富，不同基因型间生育期、株高、产量等性状差异较大。高粱是短日照作物，对光温反应敏感[6]。长日照可使高粱开花期延迟，短日照可加速它提前开花，因此同一品种在不同生态区种植株高、开花期等农艺性状差异较大。高粱作为常异花授粉作物，天然杂交率一般为0～25%，杂交制种须在安全的隔离区内进行。由于受到上述诸多因素的限制，大面积繁育高粱杂交种产量与质量经常受到一定的影响。高粱品种分布与生产具有明显的区域性，山东省是我国高粱种植的春夏兼播区，春播和夏播对高粱杂交种生育期和农艺性状要求不同。海南岛由于特殊的气候条件，被誉为天然大温室，很多高粱杂交种均在海南岛制种。夏季在山东制种，冬季在海南制种，截然不同的气候条件导致了同一高粱品种的表现不同，因此制种方法也不尽相同。尽管目前有较多高粱杂交种制种技术研究的报道[7-10]，但这些制种技术均是根据当地多年的制种经验总结而来，具有普遍指导性，但缺乏针对性，有关高粱不同生态区制种效果比较的研究还未见有报道。

种子被誉为农业的芯片，是农业高质量发展的关键。为探索甜高粱杂交种制种的最佳生产模式，本研究以3 个早、中、晚生育期甜高粱杂交种为研究材料，结合历年在海南三亚和山东济南调查的3 个甜高粱杂交种父本和母本播种期、开花期、父母本行比等制种数据，在海南和山东进行了杂交种制种比较试验，比较分析了3 个生育期不同的甜高粱杂交种制种产量和质量，以期筛选出甜高粱高效的制种方法，服务于我国高粱产业发展。

1 材料与方法

1.1 试验材料供试的3 个甜高粱杂交种分别为中熟品种济甜杂5 号（1741A×济甜3 号）、晚熟品种济甜杂6 号（1741A×黄河甜）和早熟品种济甜杂7 号（L407A×B-236），均由山东省农业科学院作物研究所选育。

1.2 性状调查2019 年11 月16 日在海南省三亚市山东省农业科学院南繁试验基地播种亲本品种1741A、L407A、济甜3 号、黄河甜和B-236，每个品种播种2 行，行长5m、行距0.6m、株距0.2m。2020年5 月17 日在山东省济南市山东省农业科学院试验基地播种济甜3 号、黄河甜和B-236，行长5m、行 距0.6m、株 距0.25m，6 月21 日播种1741A 和L407A，行长5m、行距0.5m、株距0.3m。其他栽培管理同大田。待植株抽穗后调查开花期，开花期为每个品种50%植株半穗以上开花的日期。成熟期用镰刀贴地面收割6 株，用米尺测量植株根部到主穗顶部的距离为株高。

1.3 杂交种制种2020 年11 月在海南省三亚市崖城镇山东省农业科学院南繁试验基地选择3 块空间距离大于500m 的方正田地，前茬作物为水稻。济甜杂5 号、济甜杂6 号和济甜杂7 号的制种面积分别为650m2、720m2和930m2。2021 年4 月在山东省济南市长清区五峰山街道办事处后太平村选择3块空间距离大于500m 的方正田地，前茬作物为花生。济甜杂5 号、济甜杂6 号和济甜杂7 号的制种面积分别为1935m2、734m2和600m2。父母本条播，行比为2∶8，行距0.6m。母本株距0.15m，父本株距0.3m。3～5 叶期喷施高粱专用的苗后除草剂，拔节期、抽穗前和收获前进行田间去杂，母本大喇叭口期喷施甲维盐·茚虫威和虱螨脲防治穗部虫害，开花后制种地周边罩防鸟网，中间拉彩带以防止鸟害，其他栽培管理措施同大田。

1.4 杂交种产量和质量分析方法海南三亚繁殖的济甜杂5 号和济甜杂6 号于2021 年2 月27 日收获，济甜杂7 号于2021 年3 月2 日收获。山东济南繁殖的济甜杂5 号和济甜杂7 号于2021 年9月23 日收获，济甜杂6 号于2021 年10 月13 日收获。挑选母本除边行外长势均匀一致的4 行，长度5m，面积为12m2，收割高粱穗装入纱网袋进行晾晒、脱粒。当籽粒含水量降到13%后称重，为每个小区杂交种产量，3 次重复。挑选健康完整的杂交种籽粒，用数粒仪数1000 粒，3 个重复，称量千粒重。培养皿底部铺两层滤纸，每个品种数50 粒放入培养皿中，3 个重复，加入5mL 清水，放入光照培养箱中进行发芽试验，7d 后调查发芽的种子数量。发芽率为发芽的种子数占总种子数的百分比。培养箱参数为白天12h，温度28℃，光照强度12000Lx，湿度40%；黑夜12h，光照强度1000Lx，湿度40%，温度26℃。

1.5 数据分析方法利用Excel 2019 进行基本的数据处理和作图，采用Minitab18 软件进行双样本t测验分析。

2 结果与分析

2.1 杂交种亲本的株高和开花期从图1 可以看出，同一亲本品种两个种植地点之间的株高差异达到显著或极显著水平。除L407A 外，济甜杂5 号、济甜杂6 号和济甜杂7 号对应亲本在海南的株高均极显著低于山东。母本1741A 的株高海南比山东降低了19cm，母本L407A 的株高海南比山东升高了9cm；3 个父本济甜3 号、黄河甜和B-236 在海南的株高分别降低了201cm、219cm 和58cm。在海南种植时，无论是父本还是母本的开花期均极显著短于在山东种植。其中两个母本1741A 和L407A 的开花期分别缩短了7d 和5d，3 个父本济甜3 号、黄河甜和B-236 分别缩短了46d、59d 和17d。

图1 杂交种亲本在海南和山东株高和开花期变化

从图2 可以看出济甜杂5 号的两个亲本开花期差异在海南和山东均达到极显著水平，在海南种植时1741A 比济甜3 号开花期长5d，在山东种植时1741A 比济甜3 号开花期短34d。济甜杂6 号的两个亲本在海南和山东种植时开花期差异达到极显著水平，在海南种植时1741A 开花期比黄河甜长3d，在山东种植时1741A 开花期比黄河甜短49d。济甜杂7 号的两个亲本在海南和山东种植时开花期差异分别达到极显著和显著水平（P＜0.001 或P＜0.05），在海南种植时L407A 开花期比B-236 长10d，在山东种植时L407A 开花期比B-236 短2d。

图2 海南和山东两地杂交种亲本开花期差异比较分析

2.2 不同播期杂交种亲本的开花期从表1 可以看出，在海南种植时，济甜杂5 号母本1741A 比父本济甜3 号1 期早播7d，于2021 年1 月17 日开花，济甜3 号分2 期播种，第1 期济甜3 号比1741A 早开花2d，第2 期济甜3 号比第1 期1741A 晚开花4d。济甜杂6 号母本1741A 与父本黄河甜第1 期同时播种，黄河甜第2 期晚播7d，第1 期黄河甜比1741A 早开花7d，第2 期黄河甜比1741A 早开花2d。济甜杂7 号母本L407A 与父本B-236 同期播种，第2 期B-236晚播1 周。第1 期B-236 比L407A早开花6d，第2 期B-236 比L407A 晚开花1d。

表1 两个地点不同播种期杂交种亲本对应的开花期

在山东种植时，济甜杂5 号的母本1741A 比第1 期父本济甜3 号晚播33d，父本济甜3 号分3 期播种，分别比1741A 晚开花1d、4d 和8d。济甜杂6号母本1741A 比第1 期父本黄河甜晚播54d，黄河甜分3 期播种，分别比1741A 晚开花2d、4d 和8d。济甜杂7 号母本L407A 比父本B-236 第1 期晚播14d，B-236 分2 期播种，第1 期B-236 比L407A 早开花1d，第2 期B-236 比L407A 晚开花3d。

2.3 杂交种产量及质量从表2 可以看出，济甜杂5 号在山东制种时，杂交种平均产量显著高于海南，千粒重极显著高于海南，但发芽率极显著低于海南；济甜杂6 号在山东制种时平均产量、千粒重和发芽率均极显著低于海南。济甜杂7 号在山东的制种产量极显著高于海南，但杂交种的千粒重和发芽率极显著低于海南，发芽率仅为53.3%。山东繁种的3 个杂交种中济甜杂5 号产量最高，小区产量为5.71kg，但发芽率较低，仅为66.7%；海南繁种的3 个杂交种中济甜杂6 号产量最高，小区产量为5.23kg，并且发芽率最高，为98.3%，济甜杂7 号千粒重最大，为30.12g。

表2 两个地点3 个杂交种制种产量、千粒重和发芽率

3 讨论与结论

高粱花序从开始开花到结束需要6～9d，以2～5d为盛花期。花粉的生活力在刚开花时最强，5～6h 后基本丧失了生活力。高粱柱头的生活力在品种和地区间表现不同，一般以开花后2～6d 授粉结实最好[11]。前人研究结果显示高粱开花即授粉，花粉随即萌发[12]。因此，无论是父本还是母本开花后的前6d 对高粱授粉结实非常关键。多年高粱制种经验表明，父母本开花时间要遵循“宁可母等父、不要父等母”的原则，母本盛花期比父本早2～3d 为宜[13-15]。

参考上述制种原则，本研究在海南制种时，3 个杂交种对应父本由于光温反应敏感，生育期均显著变短，为使父母本花期更好地相遇，父本需要比母本晚播种。父母本光温反应敏感程度不同，3 个杂交种父母本间的开花期差异变小，因此，父本只需播种2 期即可保证花期相遇。从本研究结果看，济甜杂5 号的母本1741A 比第2 期父本济甜3 号早开花4d，济甜杂7 号的母本L407A 比第2 期父本B-236早开花1d，两个亲本开花期在同一时期，可保证高粱父本和母本完成授粉结实。尽管济甜杂6 号母本1741A 开花期比2 个播期父本黄河甜开花期分别晚2d 和7d，但从制种产量看，黄河甜可以授粉给1741A，并正常结实。

在山东制种时，由于3 个杂交种父本的生育期均长于母本，需要提前播种。考虑到杂交种父母本开花期相差较大，每年的温度和光照情况不同，为了使父本和母本开花期相近，保证杂交种制种产量，本研究中济甜杂5 号和济甜杂6 号采用了3 期播种。从父本各个播种时期对应的开花期看，前2 期播种的父本可保证开花期与母本开花期相遇（表1），因此，在未来的制种过程中可以将父本3 期播种调整为2 期播种，降低父本占地面积，提高杂交种制种有效面积。

高粱制种常常因花期不遇、收获不及时导致杂交种产量低、质量差[16-18]。从本研究每个小区制种产量看，济甜杂5 号和济甜杂7 号在山东的产量显著高于海南，济甜杂6 号由于父本生育期较长，从2021 年4 月22 开始第1 期播种，到了2021 年8 月24 号才开花，为了使亲本花期相遇，母本2021 年6月15 日播种，2021 年8 月22 日开花，尽管两个亲本花期正好相遇，但山东济南2021 年8 月下旬连续的阴雨影响了授粉，故小区制种产量较低。在两个地区制种的千粒重表现不一，济甜杂5 号在山东制种的千粒重显著高于海南三亚，济甜杂6 号和7 号在山东制种的千粒重显著低于海南。尽管在山东制种的3 个杂交种亲本开花期可以相遇，制种产量较高，但受2021 年9-10 月持续降雨影响，收获延误，影响了种子的发芽率，最高的发芽率仅为75.0%，显著低于海南的发芽率。因此，在高粱制种时除了注意调整花期、防止混杂外，还必须及时收获，保证杂交种质量。

从海南和山东3 个杂交种父本和母本的开花期差异看，济甜杂5 号和济甜杂6 号在海南两个亲本开花期相差较小，在海南制种可在一定程度上规避外界温度、光照、栽培管理措施差异等因素对开花期的影响，降低父本和母本花期不遇的风险，还可以节约播种的劳动成本。尤其是济甜杂6 号，尽管在海南母本开花期比父本晚，但是制种产量、千粒重、发芽率都显著高于山东。因此，济甜杂6 号更适合在海南制种。济甜杂7 号的父本和母本在两个地点的开花期均相差7～10d，通过两期播种均可以实现父本和母本开花期相遇。济甜杂7 号在山东的制种产量显著高于海南，但由于特殊天气和延迟收获造成了发芽率较低，未来制种过程中必须高度重视及时收获的问题，灌浆后期籽粒变硬后就可以收获。因此，从制种成本和便利性考虑，可以选择在山东制种。

与山东相比，3 个杂交种的亲本在海南开花期均变短，父母本开花期差异显著变小，有利于双亲花期相遇，提高制种效率。济甜杂5 号和济甜杂7 号在山东制种产量显著高于海南，但受特殊天气的影响，杂交种发芽率较低。济甜杂6 号在海南的制种产量和发芽率显著高于山东。本研究结果将为甜高粱高质高效的杂交种制种技术集成提供一定的理论指导。