高粱恢复系遗传改良策略和进展

育种的目标性状、遗传改良和育种策略万志兵(黄山学院生命与环境科学学院,安徽黄山　245041)摘　要:制定育种目标是育种工作的第一步。

收获指数的提高是当前育种工作的重要目标。

收获指数的改良要依靠一定的生理基础。

要建立超高产种质基因库,利用杂种优势和采取多种育种途径等育种策略达到超高产育种目标。

关键词:育种目标;收获指数;遗传改良;育种策略中图分类号　S331 文献标识码　B 文章编号　1007-7731(2007)06-80-02T a r g e t c h a r a c t e r s,G e n e t i c i m p r o v e m e n t a n d s t r a t e g y o f b r e e d i n gWa nZ h i b i n g　(C o l l e g e o f l i f e a n d e n v i r o n m e n t s c i e n c e,H u a n g s h a n U n i v e r s i t y A n h u i H u a n g s h a n245041)A b s t r a c t:F o r m u l a t i n g b r e e d i n gt a r g e t s i s t h e f i r s t s t e p o f b r e e d i n g.I m p r o v e m e n t h a r v e s t i n d e x i s o n e o f t h e m o s t i m p o r t a n t b r e e d i n g t a r g e t s.We s h o u l ds t u d y p h y s i o l o g i c a l b a s i s,g e n e t i c b a s i s a n d s e l e c t i o na n d u s e b r e e d i n g s t r a t e g y t o i m p r o v e h a r-v e s t i n d e x.K e y w o r d s:b r e e d i n g t a r g e t s;h a r v e s t i n d e x;g e n e t i c i m p r o v e m e n t;b r e e d i n g s t r a t e g y 人们的育种活动是不断地利用新技术、新工具对现有品种或资源进行遗传改良,以期更大地满足自身对产量、品质或其它用途的需要。

白粒高粱的种子形态学特征及萌发规律白粒高粱（Sorghum bicolor）是一种重要的农作物，广泛种植于世界各地。

了解白粒高粱的种子形态学特征和萌发规律对于种植者和研究人员来说都是十分重要的。

本文将深入探讨白粒高粱的种子形态学特征以及种子的萌发规律，以期为相关研究和实际生产提供有价值的信息。

白粒高粱的种子形态学特征是独特而丰富的。

首先，白粒高粱的种子形态一般呈圆形或类圆形，大小约为2-4毫米，颜色多为白色或浅黄色。

种子的外表光滑而有光泽，表面覆盖着一层薄膜，有助于保护种子免受外界环境的伤害。

其次，白粒高粱的种子具有明显的喙，喙的长度约为种子本身长度的1/4至1/3，喙的作用是帮助种子在贴附在媒介上时更好地吸水和萌发。

除了喙，种子的一端还有一个明显的胚乳突起，该突起是种子发育过程中胚乳的贮藏物质凝聚形成的，对种子的萌发和胚胎发育具有重要的作用。

关于种子的萌发规律，白粒高粱的种子萌发受到多种因素的影响。

首先，温度是影响种子萌发的重要环境因素。

在适宜的温度条件下，种子的萌发率和速度都会增加。

一般来说，白粒高粱的种子在25-30摄氏度的温度下萌发效果最好，超过或低于该温度范围都会影响种子的萌发。

其次，水分是种子萌发的关键因素。

白粒高粱的种子需要充足的水分才能顺利地吸收养分，进行萌发。

通常情况下，将种子浸泡在水中约6-8小时，能够有效增加种子的萌发率和速度。

此外，光照也对种子萌发有一定的影响。

一般来说，白粒高粱的种子对光照的要求并不严格，暗光条件下也能够正常萌发，因此可以在室内或者较为阴暗的环境下进行种子的萌发试验。

种子萌发的过程可以分为胚乳吸水和胚胎发育两个阶段。

胚乳吸水是种子萌发的第一个阶段，也是种子从休眠状态到活化状态的关键过程。

在胚乳吸水阶段，种子通过喙和胚乳突起从媒介中吸水。

这一过程中，种子的体积会明显膨胀，并逐渐从休眠状态恢复到活化状态。

胚胎发育是种子萌发的第二个阶段，也是种子在萌发过程中胚胎的发育和生长过程。

提高杂交高粱制种产量和质量的技术措施摘要针对目前杂交高粱种子生产中存在诸多影响种子质量和产量的因素，结合生产实际提出相对应的技术措施，以期有效提高杂交种质量和产量，促进高粱产业快速发展。

关键词杂交高粱；种子生产；产量；质量1 亲本种子质量必须达标高粱是雌雄同花的常异花授粉作物，其杂种优势的利用以“三系”配套模式为主，利用不育系和保持系配置，繁殖不育系，再用不育系与恢复系杂交生产种子，直接用于大田生产[1]。

但在这2个种子生产繁殖过程中往往存在隔离不达标、技术规程落实不到位、抓苗不齐等问题，造成繁殖的不育系、恢复系纯度达不到GB4404.1—2008的要求，即高粱杂交制种使用的不育系、恢复系种子纯度不低于99.0%的标准。

而亲本种子质量高低直接决定杂交种子质量好坏。

因此，必须严格按照高粱亲本种子繁育规程，生产达标的不育系、保持系、恢复系种子，才能生产出高质量的杂交种子。

2 严格杂交制种隔离设置高粱制种母本自然异交率较高，特别是在花期，受自然风速、风向的影响较大，外来花粉容易导致污染。

因此，生产中用山峦、村庄或果园等自然地理条件进行空间隔离，确保隔离达到300 m以上[2]。

高秆作物隔离一般以玉米为主，间隔宽度不少于100 m，并且要保证该作物在高粱散粉期达到理想隔离高度（3 m 以上）。

也可采取种植高纯度的父本进行隔离，必要时也可当采粉区使用。

3 协调父母本花期3.1 制种田选择高粱不育系植株矮小，生长势较弱，对土壤要求较严。

为获得高产，应选择地势平坦、土地肥沃、肥力均匀、排灌方便、易于管理、便于防止鸟兽危害的地块。

注意避免重茬，以减轻病虫害的发生。

尽量要集中连片种植，利于授粉提高结实，以保证制种产量。

3.2 确定父母本适宜播种期对引进的新组合，为达到适期播种，应了解父母本的特征特性。

在高粱生产中，调节播种期应该掌握“宁可母等父、不要父等母”的原则，需根据父母本的生育期长短，并掌握母本盛花期比父本早2～3 d为度，来调整父母本播期[3]。

中国农业科学 2020,53(14):2769-3773 Scientia Agricultura Sinica doi: 10.3864/j.issn.0578-1752.2020.14.001收稿日期：2020-02-10；接受日期：2020-05-10基金项目：国家重点研发计划（2019YFD1001700/2019YFD1001704）、现代农业产业技术体系建设专项资金资助（CARS-06-13.5-A11） 联系方式：邹剑秋，E-mail ：******************·导读·开放科学（资源服务）标识码（OSID）：高粱育种与栽培技术研究新进展邹剑秋（辽宁省农业科学院高粱研究所/国家高粱改良中心，沈阳 110161）摘要：高粱以其优异的耐逆性，广泛的适应性，在国家农业产业结构调整中的重要性日益凸显。

随着农业生产逐渐走向专用化、机械化，高粱研究也产生了许多新成果。

本期《中国农业科学》发表的6篇文章，从高粱的遗传选育理论、育种手段、营养品质特性及栽培生理基础等多方面介绍了近年来国家谷子高粱产业技术体系的高粱研究进展，以期对中国高粱产业发展有所助益。

关键词：高粱；甜高粱；淀粉；株高；遗传效应New Research Progress on Sorghum Breeding andCultivation TechniquesZOU JianQiu(Sorghum Research Institute, Liaoning Academy of Agricultural Sciences/National Sorghum Improvement Center, Shenyang 110161)Abstract: Sorghum has become increasingly important in China’s agricultural structure adjustment due to its excellent stress tolerance and wide adaptability. To meet the new needs of specialization and mechanization of modern agricultural production, many new achievements have been made in sorghum research. Six articles published in this issue of “Scientia Agricultura Sinica ”，introduced the recent research progress of China Agriculture Research System on Millet and Sorghum from the aspects of sorghum genetic selection theory, breeding methods, nutritional quality characteristics and cultivation physiological basis. So as to be helpful to the development of sorghum industry in China.Key words: sorghum; sweet sorghum; starch; plant height; genetic effect高粱在中国具有非常悠久的栽培历史，形成了独特的高粱类型[1]；直至20世纪七、八十年代，高粱仍是中国主粮作物，对保证粮食安全起到了重要作用。

高粱组织培养技术研究进展彭祥;张德春【摘要】高粱是全球第五大谷类作物,是食品、饲料和加工业的原料,也是一种潜在的能源作物,具有重要的应用价值.然而,通过基因工程技术对高粱进行遗传改良却十分困难,其主要原因是缺乏高效的组织培养体系.结合近年来的研究,从基因型、外植体、培养基、植物激素等影响高粱组织培养的主要因素进行综述,重点讨论了促进高粱再生的策略,并提出解决高粱组培再生困难的两大研究方向:一是深入研究植物再生的遗传及表观遗传机制;二是根据各基因型的代谢特点,进一步优化培养条件,旨为建立高效的高粱组织培养体系提供参考.【期刊名称】《生物技术通报》【年(卷),期】2018(034)010【总页数】8页(P41-48)【关键词】植物组织培养;基因型;外植体;培养基;植物激素【作者】彭祥;张德春【作者单位】三峡大学生物技术研究中心,宜昌 443002;三峡大学生物技术研究中心,宜昌 443002;湖北省三峡特色植物繁育工程技术研究中心,宜昌 443002【正文语种】中文高粱（Sorghum bicolor L. Moench）是继小麦、水稻、玉米和大麦之后的全球第五大谷类作物，具有极强光合作用效率和抗逆能力，耐高温、耐旱、耐涝、耐盐碱、耐贫瘠、耐干热风，素有“作物中的骆驼”之称［1］。

高粱产品用途广泛，经济价值高，是食品、饲料和加工业的重要原料［1］。

在干旱和半干旱地区，尤其是非洲和亚洲某些地区，高粱是主要的粮食作物，为全世界超过30个国家约5亿人口提供膳食来源［2］。

近年来，能源危机和环境问题日益突出，生物质能以其独特的优点在解决能源和环境矛盾中受到世界各国的高度重视［3］。

高粱尤其是甜高粱，其秸秆中含有大量的可溶性糖分，可直接用于发酵生产燃料乙醇，秸秆中大量的纤维素是生产纤维素乙醇的重要原料［1］。

因此，甜高粱是目前公认的最有应用前景的再生能源作物之一［4］。

但现有高粱品种存在不少缺陷：其一，易感染病虫害［5-6］；其二，营养价值、产量及其他相关农艺性状有待改良。

高粱高产育种应重视株型和穗结构性状的改良高士杰;刘晓辉;李继洪【摘要】阐述了高粱高产育种株型和穗结构性状改良问题.通过株型改良可改善形态、降低株高、增加密度、增强抗倒性、提高收获指数.但只注重株型是不够的,还必须注重株型与产量性状和穗性状结合,注重形态与机能结合.穗性状改良有利于增加穗粒数,提高穗粒重,从而达到高产的目的.株型改良和穗性状改良是现阶段乃至今后高粱高产育种的方向和主要任务.【期刊名称】《种子》【年(卷),期】2007(026)003【总页数】2页(P83-84)【关键词】粒用高粱;株型改良;穗性状改良【作者】高士杰;刘晓辉;李继洪【作者单位】吉林省农科院作物所,公主岭,136100;佛山大学,广东佛山,528000;吉林省农科院作物所,公主岭,136100【正文语种】中文【中图分类】S514在高产育种中，人们所做的一切努力归根结底都是为了提高光合效率和物质生产能力，将光能转化成化学能，进而转化成经济产量贮存起来，为人类提供更多的食物来源［1］。

高粱的产量是由穗数和穗粒重构成。

改变任何一个方面都直接影响产量的增减。

因此，要想提高产量，首先要考虑与这两个因素有关的性状。

一个是植株高矮、叶片形态影响种植密度，可通过改良株型，增加穗数来提高产量;另一个是穗结构性状影响穗粒数，可通过穗性状改良，增加穗粒数和粒重来提高产量。

因此，株型改良和穗性状改良是高粱高产育种中应重点考虑的问题。

如何提高光能利用率，从植物本身来说涉及到作物形态、叶片分布、叶片功能等问题，这些都是株型育种范畴，而株型改良的目的就在于通过塑造株型来调节个体的几何构型和空间排列方式［2］，改善群体结构和受光态势，提高叶片功能，最大限度地利用光能。

因此株型育种是作物育种中的主要内容之一。

过去的株型改良，对提高产量起到了重要作用，今后育种家们应特别重视高粱育种中的株型改良，因为目前在高梁育种存在的主要问题是株型不理想，有待改良。

1．1 降低株高有利于进一步提高产量在自然选择条件下保留下来的品种多为高秆披散型，因为披散型品种有利于生存竞争。

植物学通报Chinese Bulletin of Botany 2008, 25 (4): 465−468, w w 收稿日期: 2008-04-22; 接受日期: 2008-06-05* 通讯作者。

E-mail: s qs ong@ibcas.ac.c n .组织培养简讯.甜高粱再生体系的建立赵利铭1, 2, 刘树君2, 宋松泉1, 2*1中国科学技术大学生命科学学院, 合肥 230026; 2中国科学院植物研究所, 北京 100093摘要 利用甜高粱成熟种子和成熟胚作为外植体, 通过愈伤组织再生途径建立了植株再生体系。

结果表明, 成熟种子在添加1.38 g .L -1脯氨酸、500 mg .L -1水解酪蛋白和3.0 mg .L -1 2, 4-D 的MS 培养基上可以较快地诱导出生长状态良好的愈伤组织;成熟胚在添加1.38 g .L -1脯氨酸、500 mg .L -1水解酪蛋白、2.5 mg .L -1 2, 4-D 和0.1 mg .L -1KT 的MS 培养基上也能诱导出生长良好的愈伤组织。

将愈伤组织转移到MS+1 m g .L -1 IAA + 0.5 m g .L -1 6-BA 培养基上诱导芽, 然后再转移到MS+3 m g .L -1IBA 培养基上生根后, 可发育成为完整的植株。

关键词 愈伤组织, 成熟胚, 再生体系, 种子, 甜高粱赵利铭, 刘树君, 宋松泉 (2008). 甜高粱再生体系的建立. 植物学通报 25, 465−468.甜高粱是普通粒用高粱(Sorghum bicolor )的一个变种, 具有适应性较强和种植地域广泛的特性。

在一些气候和生产条件较差的地区, 如干旱半干旱地区、盐碱地区、土壤瘠薄的山区和半山区种植的甜高粱均表现出良好的经济和能源性状。

甜高粱茎秆的汁液可生产燃料乙醇, 榨汁后的秆渣可发酵或者直接作为饲料, 用于发展畜牧业。

甜高粱是目前公认的具有产业化应用前景的能源作物。

EditorialGenetic Crop Improvement:A Guarantee for Sustainable AgriculturalProductionJianmin WanChinese Academy of2593.2million tonnes;the utilization for food and feed accountedfor43.1%and35.0%,respectively[2].Although soybean(Glycinemax),rapeseed(Brassica napus),sunflower(Helianthus annuus),and peanut(Arachis hypogaea)are traditionally the most importantoil crops,it has been demonstrated that non-classic oilseed plantssuch as oil palm(Elaeis guineensis)have potential as new oil crops.Science and technology can contribute significantly to foodsecurity.A new‘‘Greener Revolution,”which includes cropimprovement,environmentally friendly approaches for crop pro-tection,and efficient use of water and fertilizers,is needed[3].The genetic improvement of crops promotes sustainable crop pro-duction;thus,the development of new crop cultivars constitutes amajor objective in breeding programs.Genetic gains are the bene-fits from crop breeding.For example,wheat yield increased at arate of26kgÁhmÀ2per annum during the period1901–2014inNew South Wales,Australia[4],and increased by57.5kgÁhmÀ2per annum during the period1950–2012in the major wheat-producing regions of China[5].However,crop yields are constantlychallenged by different biotic and abiotic stresses[6,7],and thissituation can be worsened by climate change.The occurrence ofcertain diseases has expanded.For example,Fusarium head blightin wheat,which was regarded as the most devastating fungalwheat disease in southern China,but which rarely occurred innorthern China,has now spread to the north and become one ofthe most serious threats in the Huang-Huai River Basin WinterWheat Zone,the largest wheat-producing regions of the country.The objectives of crop genetic improvement must be to solve thesebreeding programs due to several significant constraints.The Con-sultative Group on International Agricultural Research(CGIAR)Excellence in Breeding Platform,which is part of the new CGIARPortfolio2017–2022of Research Programs and Platforms,wasdeveloped for staple crop-and animal-breeding programs of thedeveloping world,and gives small breeding operations aroundthe world access to modern genotyping,bioinformatics,and phe-notyping tools.It also provides a series of training programs inkey areas of research need.Enhancing genetic gain depends on both continuously increas-ing genetic potential and narrowing the gap between geneticpotential and the actual yield that is achieved[8];the latter is lar-gely addressed by improving biotic and abiotic stress tolerance.The challenge of biotic stresses comes not only from airborne fungisuch as Blumeria graminis f.sp.tritici(the causal agent of wheatpowdery mildew),but also from a class of soil-borne pathogensthat invade crop roots.Three review papers on this topic are pro-vided in this special issue,with one addressing airborne and twoaddressing soil-borne ing powdery mildew resistanceas an example,a group of scientists from Sichuan AgriculturalUniversity,China,demonstrate the potential of Pm40as anadditional gene to replace the traditional Pm21for developingsustainable disease-resistant cultivars.As qualitatively inheritedgenes will lose their resistance after being used in agriculture overa period of time,it is important to identify new resistance genesin order to continuously provide resistance genes to replaceineffective genes.Regarding soil-borne diseases,Drs.Yan andBaidoo from North Dakota State University,USA,summarize the improvements that have been made in resistance to soybean cyst nematode(Heterodera glycines)through breeding.They provide an example of how the molecular biology of pathogens and related studies can be used to expedite conventional breeding programs.A group of scientists from the University of Alberta,Canada,review the occurrence and control measures of root rot,a soil-borne dis-ease infield pea that is caused by Aphanomyces euteiches,and that presents a significant threat to Canadianfield pea production.Global climate change caused by greenhouse gas emissions has largely contributed to adverse changes in temperature and precip-itation.One significant impact on crop production that is caused by global warming—drought stress—may result in a significant loss of yield for many crops.Developing crops that are adapted to the changing climate is an important task for crop geneticists and breeders.The paper contributed to this special issue by Dr.Nazim Ud Dowla and his colleagues from Australia reports on the adaption of wheat to drought stress by altering the key genes that control vernalization(Vrn),photoperiod(Ppd),and dwarfing(Rht) traits.To meet the demands of the increasing global population while protecting natural environments,it is critical to develop high-yielding and environmentally friendly crops,including those with improved traits,new crop types,or new products.New crop spe-cies,types,and products can be created through the development of synthetic crop species or crops with significantly changed pro-duction modes,such as a change from annual to perennial[9]. Three review papers published in this special issue provide examples of such efforts in plant breeding.A paper by scientists from China and the United States reports on the development of perennial wheat,which has long been an objective of several breeding programs in different countries.This article summarizes the production and potential application of perennial wheat via crossing wheat with perennial wheatgrasses.A review provided by a joint group of scientists from China and the International Maize and Wheat Improvement Center(CIMMYT)summarizes the potential application of synthetic hexaploid wheat in wheat breeding.The newly developed synthetic wheat provides useful genetic resources that are needed for wheat improvement.A paper by a group of scientists from the Commonwealth Scientific and Industrial Research Organization(CSIRO),Australia,reports on the genetic manipulation of non-classic oilseed plants to enhance their potential as a biofactory for the production of triacylglycerol as the dominant form of vegetable oil.The authors summarize current genetic engineering strategies to increase triacylglycerol accumulation in plants.References[1]Food and Agriculture Organization of the United Nations.Food and nutrition innumbers2014.Rome:Food and Agriculture Organization of the United Nations;2014.[2]Bedford D,Claro J,Giusti AM,Karumathy G,Lucarelli L,Mancini D,et al.Foodoutlook:biannual report on global food markets.Rome:Food and Agriculture Organization of the United Nations;2017.[3]Beddington J.Food security:contributions from science to a new and greenerrevolution.Philos Trans R Soc Lond B Biol Sci2010;365(1537):61–71.[4]Flohr BM,Hunt JR,Kirkegaard JA,Evans JR,Swan A,Rheinheimer B.Geneticgains in NSW wheat cultivars from1901to2014as revealed from synchronous flowering during the optimum period.Eur J Agron2018;98:1–13.[5]Gao FM,Ma DY,Yin GH,Rasheed A,Dong Y,Xiao YG,et al.Genetic progress ingrain yield and physiological traits in Chinese wheat cultivars of southern Yellow and Huai Valley since1950.Crop Sci2017;57(2):760–73.[6]Dai AG.Drought under global warming:a review.WIREs Clim Change2011;2(1):45–65.[7]Singh RP,Singh PK,Rutkoshi J,Hodson DP,He XY,Jørgensen LN,et al.Diseaseimpact on wheat yield potential and prospects of genetic control.Annu Rev Phytopathol2016;54:303–22.[8]Xu Y,Li P,Zou C,Lu Y,Xie C,Zhang X,et al.Enhancing genetic gain in the era ofmolecular breeding.J Exp Bot2017;68(11):2641–66.[9]Glover JD,Reganold JP,Bell LW,Borevitz J,Brummer EC,Buckler ES,et al.Increased food and ecosystem security via perennial grains.Science2010;328 (5986):1638–9.432J.Wan/Engineering4(2018)431–432Engineering 2 (2016) xxx–xxxEditorial作物遗传改良——农业可持续发展的保证万建民Chinese Academy of Agricultural Sciences, Beijing 100081, China作物生产提供了我们日常生活的食物、饲料和其他营养物质。

高粱雄性不育系吉2056A的创制及应用作者：高悦梁军侯佳明赵德杨微李捷李伟李继洪高士杰来源：《现代农业科技》2019年第22期摘要; ; 高粱雄性不育系吉2056A是吉林省农业科学院作物资源研究所新选育的优良不育系，适用于我国北方高粱春播早熟区，具有适应性好、抗逆性强、配合力高等特点，由其组配的高粱杂交种吉杂133已在我国北方高粱早熟区大面积种植推广。

高粱雄性不育系吉2056A的成功选育，丰富了吉林省种质遗传基础。

关键词; ; 高粱;雄性不育系吉2056A;创制;应用中图分类号; ; S514; ; ; ; 文献标识码; ; A文章编号; ;1007-5739（2019）22-0019-02; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ;開放科学（资源服务）标识码（OSID）Abstract; ; The sorghum male sterile line Ji2056A is the important sterile line which was selected by Institute of Crop Germplasm Resources，Jilin Academy of Agricultural Sciences.Sorghum male sterile line Ji2056A with the traits of good adaptability，strong resistance and the high combiningability is suitable for planting in the spring sowing early-maturing area in northern China.The sorghum hybrid Jiza133 bled by Ji2056A was planted in the most spring sowing early-maturing area in northern China.The successful breeding of the sorghum male sterile lines Ji2056A enriched the germplasm genetic basis of Jilin Province.Key words; ; sorghum;male sterile line Ji2056A;breeding;application高粱是我国重要的杂粮作物，适应性好、抗逆性强，近年来生产和需求呈持续增长的态势[1];高粱抗旱、耐涝、耐盐碱，适应性广，在生长环境恶劣的情况下仍能够种植、生长。