高粱育种

高粱 Sorghum Sorghum bicolor (L.) Moench C4作物 抗逆性强 杂种优势强 用途广泛

世界和我国高粱生产概况   高粱在世界上分布很广,主要种植在亚洲、非洲和美洲。栽培面积最大的国家是印度,其次是苏丹、尼日利亚和美国。近几十年全世界高粱播种面积稳中有降,下降最快的是亚洲。 2000年,中国高粱播种面积88.96万hm2，总产258.2万t。由于改进了栽培技术,并普遍推广了杂交种,单位面积产量逐渐上升,2001年为2903kg/ hm2 。

辽宁省是全国栽培高粱面积最大、总产量最高的省份。高粱种植面积较大的其他几个省区包括内蒙、黑龙江、吉林、山西、河北,播种面积均超过7万hm2。在干旱、半干旱地区,瘠薄、涝洼、盐碱地区和饲料基地,发展高粱生产,既可利用其他作物适应不了的自然条件,又能收到投入少收益高的效果。 

第一节 国内外高粱育种概况 一、国内外高粱育种成就 （一）我国高粱育种成就 20世纪20~30年代 甘肃陇南农业试验场 第一节 国内外高粱育种概况 一、国内外高粱育种成就 （一）我国高粱育种成就 20世纪20~30年代 甘肃陇南农业试验场 公主岭、熊岳城农事试验场 解放后 农家品种整理 自然变异选择育种 杂交育种 杂种优势利用

1956年 徐冠仁 高粱雄性不育系 TX3197A 20世纪50年代末~70年代中期 组配高粱杂交种 70年代中期~70年代末 优质育种 80年代初~90年代中期 选育恢复系 组配 90年代后期~ 应用自选不育系、恢复系，专用型育种 优质、高产、多抗、专用 A2细胞质雄性不育性 无融合生殖

（二）国外高粱育种成就 美国 1954年 Stephens与 Holland 选育第一个雄性不育系 TX3197A，三系配套 1960年 杂交高粱95% 热带高粱转换计划 高株、晚熟（或不能开花）——矮株、早熟 印度

（三）国内外高粱育种动态 国内：专用化，优质、高产、多抗 以自选亲本系选育杂交种 种质资源的搜集与创新利用：高产，抗性 育种技术： 热带高粱转换、群体改良、远缘杂交、生物技术

二、高粱品种类型 生产上： 家系品种、杂种高粱 原产地和生态型上： 中国高粱（Kaoliang） 卡佛尔高粱（Kafir） 都拉高粱（Durra） 迈罗高粱（Milo） 菲特瑞塔高粱（Feterita） 赫格瑞高粱（Hegari） 印度高粱（Shullu）

第二节 高粱育种目标及主要性状遗传与基因定位 第二节 高粱育种目标及主要性状遗传与基因定位 一、高粱育种目标和性状指标 食用高粱 酿造用高粱 饲用高粱 子粒（单宁含量<0.2%） 饲草 糖用高粱（能源高粱）

二、高粱重要性状的遗传 （一）高粱品质性状遗传 1.子粒颜色 2.胚乳性状 3.单宁含量 4.着壳率 5.蛋白质含量

（二）株高和生育期遗传 1.株高 2.生育期 （三）抗性性状遗传 1.高粱对蚜虫抗性的遗传 2.高粱对黑穗病抗性的遗传 （四）育性遗传 1.雄性不育性 2.雌性不育性

三、主要性状的基因定位 高粱主要性状基因定位 表 基因符号 性状 连锁群序号 文献 Aaa Aa 芒 第三 Ayyangar, 1942 基因符号 性状 连锁群序号 文献 建议符号 最初符号 Aaa Aa 芒 第三 Ayyangar, 1942 种子颜色 高度 茎秆 叶 熟性 胚乳

第三节 高粱种质资源研究与利用 一、高粱起源和分类 （一）栽培高粱起源 Condolle （1882）：起源于非洲 野生埃塞俄比亚高粱 第三节 高粱种质资源研究与利用 一、高粱起源和分类 （一）栽培高粱起源 Condolle （1882）：起源于非洲 野生埃塞俄比亚高粱 野生轮生花序高粱 野生苏丹草 中国高粱起源

（二）高粱分类 1.历史上的分类 植物学分类 2.栽培高粱分类：6个亚系，31个种 （三）高粱的近缘植物 栽培高粱 2n=20 草型高粱（苏丹草、突尼斯草） 体细胞40个染色体高粱（2n=40） 体细胞10个染色体高粱

二、国内外高粱种质资源的搜集、保存和研究 （一）我国高粱种质资源的搜集和保存 新中国成立前 1956年，征集高粱地方品种 16842份 1979~1984，征集2000余份 中国现已登记高粱品种资源 10414份 地方品种9652份，育成762份 食用 9895份，饲用、工艺用394份，糖用125份 中央和地方双轨保存制度

（二）国外高粱种质资源的搜集和保存 20世纪60年代，印度农业研究计划 16138份 国际半干旱热带作物研究所（ICRISAT） 12119份 1987年，98438份（美、印、中）

（三）高粱种质资源的鉴定和研究 1.中国高粱种质资源的鉴定和研究 “六五”开始， 芽鞘色、幼苗色、株高、茎粗、主脉色 穗型、穗形、穗长、穗柄长、颖壳包被度 壳色、粒色、穗粒重、千粒重、生育期、分蘖性 粗蛋白质、赖氨酸、单宁含量、角质率 抗倒伏性、抗丝黑穗病 抗干旱、抗水涝、耐瘠薄、耐盐碱、耐冷凉 抗蚜虫、抗玉米螟 农艺性状 营养性状 抗性性状

2.国外高粱种质资源的鉴定和研究 ICRISAT 20世纪80年代鉴定 19363份材料。 农艺性状 生理性状 抗性性状

三、高粱特异种质资源及其遗传基础 （一）农艺性状 大黄壳（安徽宿县）450cm 黏高粱（吉林辉南）63cm 国外最高655cm，最矮55cm （二）品质性状 适口性，营养成分， 蛋白质含量 老爪登（黑龙江巴彦）17.1% 美国普杜大学发现了高蛋白、高赖氨酸品系。 蛋白质为典型的数量性状遗传，赖氨酸受多基因支配，主要是加性基因效应。

（三）抗性性状 ICRISAT筛选出大量抗病源、抗虫源、耐旱源。 中国抗丝黑穗病抗源。 美国将高粱耐旱分为花前和花后两种类型。 中国62份资源达一级耐旱指标。 （四）育性性状 筛选出不同细胞质雄性不育特异资源， （受细胞核和细胞质双重控制）

四、种质资源的育种利用 （一）直接利用 1951年，全国开展优良地方高粱品种鉴评。 高粱杂交育种晚、短。 1956年，高粱杂种优势利用的研究。 外国高粱种质资源的引进对我国高粱育种起到直接促进作用。 20世纪80年代初，辽宁省农业科学院高粱研究所卢庆善从ICRISAT引入 421A不育系，组配育成高粱杂交种辽杂4号、6号、7号。

（二）间接利用 选用地方高粱品种作杂交亲本，采取有性杂交进行后代选择。 杂交种恢复系的选育

第四节 高粱自然变异选择育种 利用自然变异，进行单株选择，分系比较，从中选出优良的纯系品种。 一穗传 五圃制法 原始材料圃 选育圃 鉴定圃 第四节 高粱自然变异选择育种 利用自然变异，进行单株选择，分系比较，从中选出优良的纯系品种。 一穗传 五圃制法 原始材料圃 选育圃 鉴定圃 预试圃 品种比较试验圃

经验归纳： （1）育种目标要明确，对材料要熟悉； （2）开始收集材料时群体应尽可能大些，并重视从当地种植的优良品种中选择变异株； （3）选育后期可将农艺性状一致的系混合，以提高品种的适应性并缩短育种年限； （4）对于优异的材料可不受程序限制越圃提升，加速育种进程。

第五节 杂交育种 一、杂交亲本选配原则 1.应以当地推广的优良品种作为主要亲本之一，另一亲本应具有改良该品种缺点的基因 第五节 杂交育种 一、杂交亲本选配原则 1.应以当地推广的优良品种作为主要亲本之一，另一亲本应具有改良该品种缺点的基因 2.杂交亲本性状的平均值要高 3.要正确利用亲本之间的亲缘关系 4.要注意性状搭配和配合力的选择

二、杂种世代选择 系谱选择法 第一年，采取人工去雄法杂交 第二年，F1（观察记载） 第三年，F2（选择紧穗型和千粒重较高的个体） 第四年，F3（产量性状的选择） 第五年，F4 （产量性状的选择） 第六年，F5以后，品系性状趋于稳定，初步鉴定产量。 为确保自交，入选穗要套袋。

第六节 杂种优势利用 一、高粱杂种优势的表现 高粱的杂种优势表现在子粒产量、形态学和生物学性状、抗逆性、成熟期等多方面。 第六节 杂种优势利用 一、高粱杂种优势的表现 高粱的杂种优势表现在子粒产量、形态学和生物学性状、抗逆性、成熟期等多方面。 （一）子粒产量及其组分的杂种优势表现 高粱穗粒重、千粒重、穗粒数、一级分枝数等。 （二）植株性状的杂种优势表现 株高， 节间数、穗柄长、穗长等 茎叶产量 （三）子粒品质性状优势表现 蛋白质、赖氨酸、单宁含量

二、高粱三系及其创造 （一）高粱三系的概念及其特点 高粱雄性不育系 雄性不育保持系 雄性不育恢复系

（二）高粱三系的创造 Stephens在1937年提出了在高粱上应用雄性不育配制杂交种的可能性，研究证明雄性不育的细胞质来自迈罗高粱。1952年首先得到了高粱细胞质雄性不育材料，并完成了对其证明的工作。 1955~1956年德克萨斯州拉巴克试验站 世界上第一个核质互作型雄性不育系及其保持系创造过程：

× 迈罗 卡佛尔 （母本） （父本） 杂种一代 杂种二代 （出现不育株） 回交一代 （雄性不育） 回交4~5代 TX3197A TX3197B 不育系 保持系

（一）保持类型品种直接回交转育不育系和保持系 1.测交 2.回交 3.连续回交选择 三、不育系和保持系选育技术 （一）保持类型品种直接回交转育不育系和保持系 1.测交 2.回交 3.连续回交选择 图示

TX3197A × 矬巴子 杂种一代 × 矬巴子 回交一代 × 矬巴子 矬1A 矬1B 图 矬1A 选育过程 （保持类型） 雄性不育 杂种一代 × 矬巴子 雄性不育 回交一代 × 矬巴子 回交4~5代 矬1A 矬1B 图 矬1A 选育过程

（二）保持系间或保持类型品种间杂交选育保持系和不育系（简称保×保） 1.人工有性杂交，获得杂交种子，第二年种植F1植株。 2. F2杂种单株选择，并与不育系做成对杂交。 各自套袋，按对编号。单独收获脱粒，成对保存。 3.次年成对材料相邻种植，父本行继续单株选择，同时不育行选择与父本性状相近植株，继续成对授粉，套袋、收获、成对保存。 4.按照上述方法连做几年，父本行、不育行趋于稳定，且农艺性状一致，即培育出新的不育系和保持系。

（三）不同类型或亲缘关系远的品种间 杂交选育雄性不育系和保持系 同前述迈罗与卡佛尔杂交。

四、恢复系选育技术 （一）从原始材料中筛选恢复系 利用原始材料与不育系做测交试验。 原始材料多采用套袋自交繁殖保存。 （二）恢复类型品种间杂交选育恢复系 国内外广泛采用的有效方法。 （三）杂种高粱后代中分离恢复系 F2群体分离出全育株、半育株和不育株。 （四）回交法选育恢复系（图示）

晋杂5号 × 千斤红高粱 选取恢复性好 且与父本千斤红相似的植株 F1 × 千斤红高粱 BC1 × 千斤红高粱 BC2 × 千斤红高粱 晋杂5号 × 千斤红高粱 （人工去雄） （部分恢复） 选取恢复性好 且与父本千斤红相似的植株 F1 × 千斤红高粱 （人工去雄） BC1 × 千斤红高粱 （人工去雄） BC2 × 千斤红高粱 （人工去雄） BC3 × 千斤红高粱 （人工去雄） 不育系 × BC4 测交鉴定 图 回交转育法提高恢复性育种程序

五、杂种高粱新组合选配原则 （一）新组合选配原则 1.亲本要有较大的亲缘差距 2.亲本的平均性状值应高 3.亲本性状互补

（二）新组合选育程序 测交 组合鉴定 初步组合少量套袋制种 品种比较试验 小面积制种 区域试验、生产试验 小面积制种 生产示范试种 较大面积制种 推广 大面积制种

第七节 高粱育种新技术的研究与应用 一、组织培养的研究与应用 二、转基因技术的研究与应用 三、分子标记技术的研究与应用 四、诱变育种 第七节 高粱育种新技术的研究与应用 一、组织培养的研究与应用 二、转基因技术的研究与应用 三、分子标记技术的研究与应用 四、诱变育种 五、多倍体育种 六、无融合生殖育种

第八节 高粱田间试验技术 一、田间试验 （一）小区设计 （二）套袋隔离 （三）测定茎秆含糖量 （四）育性鉴定 自交套袋5穗以上 第八节 高粱田间试验技术 一、田间试验 （一）小区设计 （二）套袋隔离 （三）测定茎秆含糖量 （四）育性鉴定 自交套袋5穗以上 自交结实率（%）=全穗套袋自交结实的粒数/全穗可育小花数×100 不育型：自交结实率<0.1% 可育型：自交结实率>80% 半育型：

二、病虫抗性鉴定试验 （一）高粱丝黑穗病抗性鉴定 （二）高粱蚜虫抗性鉴定 （三）玉米螟抗性鉴定

第九节 高粱种子生产技术 一、高粱常规品种种子繁育技术 二、高粱杂交种种子生产技术 1.安全隔离 2.适当行比 3.分期播种确保花期相遇 第九节 高粱种子生产技术 一、高粱常规品种种子繁育技术 二、高粱杂交种种子生产技术 1.安全隔离 2.适当行比 3.分期播种确保花期相遇 4.除去杂株 5.花期预测与调节 6.适时分期收获，严防混杂