一种提高甘蔗杂交育种效率的选育方法

1.本发明属于甘蔗杂交育种技术领域，尤其是涉及一种提高甘蔗杂交育种效率的选育方法技术领域。


背景技术：

2.甘蔗是我国的主要糖料作物，全国90％以上的食糖来源于甘蔗。品种是农业的芯片，甘蔗品种的培育和应用是我国蔗糖产业持续健康发展的核心技术。目前，杂交育种仍是培育甘蔗新品种的主要途径，而且高产高糖始终是甘蔗杂交育种追求的最终目标。
3.甘蔗杂交育种育种周期长，培育一个甘蔗新品种通常需要8-10年时间。我国甘蔗杂交育种通常采用“五圃”制选育程序，为杂种圃(实生苗圃)、选种圃、鉴定圃、预备品比圃和品种比较圃。之后进入区域化试验、生产试验和推广应用。在这个过程中，杂种圃(实生苗圃)最为重要，不仅是这个阶段集中了90％以上的选择压力，更为重要的是，如果这阶段选择出现问题，那么后面阶段将难以为继。因此，杂种圃(实生苗圃)的选择效率很大程序决定了育种效率。
4.甘蔗杂交育种的核心内容是创造变异和选择变异。创造变异就是以亲本间杂交形成家系(杂交组合)以及相应的杂交种子为载体。为了提高创制优良变异的机率，每年需要配制大量的杂交组合，获得较大的育种群体。虽然如此，但每年配制的杂交组合中到最后能够育成品种的杂交组合也仅1-3个，有些年份甚至为0。换言之，含有优良变异的杂交组合非常少。
5.创造变异的过程中，除上述特征外，我们对国内外753个品种以及育成这些品种的550个杂交组合进行研究分析，结果显示，1个杂交组合育成1个品种的组合数为478个，占比为86.9％，育成2个品种的杂交组合为41个，占比为7.5％，而育成3个以上品种的杂交组合数仅为31个，占比为5.6％。表明，即使是同一个杂交组，在不同年度配制，其后代表现也不一定相同，这一结果与基因自由组合定律是一致的。基因自由组合定律认为位于非同源染色体上的非等位基因的分离或组合是互不干扰的。在减数分裂形成配子的过程中，同源染色体上的等位基因彼此分离，非同源染色体上的非等位基因自由组合。因此，在配子的形成过程中，即使是同一杂交组合，不同年份之间形成的配子也是不同的。此外，由于不同年度之间光、温等自然因子以及种植时间、管理方式、营养水平等因素，即使是同一亲本其开花时间以及花粉的质量也会受到不同程度的影响，进而影响杂交后代的表现。上述结果表明，应当重视当年表现优良的杂交组合，但如何实践和应用，需要行之有效的方法。
6.选择变异就是对获得的杂交种子进行育苗(实生苗)和移栽大田试验(实生苗圃)，每一棵种子就是一株实生苗(也称无性系)。根据实生苗在大田试验中的性状表现和育种目标优选劣汰，保留优良的单株进入下一步大田试验。在选择变异的过程中，经常采用的是单株选择法和基于家系评价的单株选择法。
7.传统的单株选择具体做法是将实生苗培育到一定株龄(大约在80-100天)后，移栽至大田试验(实生苗圃)，其规格通常是按行距1-1.2m，株距40-60cm。研究表明，在实生苗圃
中，由于每一丛蔗茎就是一个无性系，群体量小，无性系相互间具有强烈的竞争效应，对性状表现产生会巨大影响，进而影响选择的准确性。此外，由于单株选择方法没有利用家系评价的核心思想(即不知道哪个家系表现优良)，因此，不仅每个家系在实生苗的种植数量上没有重点，针对性不足，而且由会造成试验地和人力物力的浪费，这也是单株选择效率低的一个重要原因。实践证明，单株选择法其效率不如基于家系评价的单株选择。
8.由于家系评价后再进行单株选择具有较高的育种效率，被广泛使用。其理论依据就是好的家系出好的品种，并且在好的家系中提高单株的入选率，可减少优良单株漏选的机率。其具体做法中大田试验种植与传统单株选方法相同，其不同的地方在于：首先对家系的性状(如产量、锤度、空蒲心、茎径等)表现进行评价并确定家系的综合表现，然后在表现优良的家系中进行单株选择，同时整体淘汰评价认为不好的家系。从上述可看出，不管是单株选择，还是基于家系评价的单株选择，最终目的就是将表现优良的单株从数量众多的杂交后代中优选出来。
9.实践证明，基于家系评价的单株选择有利于育种效率的提高，但仍然存在以下问题。一是在家系评价的过程中，由于每个无性系群体量小，竞争效应的影响仍然存在；二是大田试验种植时，还管是单株选择还是基于家系评价的单株选择，均是以实生苗的形式移栽，但在大田生产中，甘蔗的种植则是以种茎芽的形式，互相之间存在差异。此外，由于以实生苗的形式移栽，家系间或年度间成活率的波动较大，造成缺苗断垄，影响家系评价的结果；三是如果家系评价结果与实际表现存在偏差，同样也会造成家系实生苗种植数量上没有重点、针对性不足的问题；四是对于家系的表现，能有多少单株入选(入选率)是最直接的反映，但家系评价的过程中并不包含入选率的信息。
10.综上，要实现重视当年表现优良的杂交组合(家系)，最重要的工作就是要对家系的表现进行客观、准确的评价。我们经过多年的试验研究，以种苗圃代替实生苗圃(大田试验)，减少实生苗种植数量的盲目性和试验用地，以种茎芽代替实生苗进行种植，不仅消除与生产种植种茎芽的差异，而且扩大每个无性系的群体数量，减少竞争效应影响，同时在家系评价过程中强调入选信息的重要性，形成了一套能够提高甘蔗杂交育种效率的选育方法，显著提高了甘蔗育种效率。


技术实现要素：

11.本发明正是为了解决上述问题缺陷，提供一种提高甘蔗杂交育种效率的选育方法。本发明具有提高甘蔗品种培育效率的优点。
12.本发明采用如下技术方案实现。
13.一种提高甘蔗杂交育种效率的选育方法，本发明所述的选育方法包括：
14.1、以占地面积小的种苗圃代替大面积的实生苗圃(大田试验)。每个甘蔗家系(杂交组合)按60-100苗播种于育苗温室，同时将每个家系剩余的种子保存于能达到-4摄氏度以下温度的设备中保存备用。育苗温室中的实生苗长至7-9片真叶时移栽至种苗圃。种苗圃的规格按行距按40-60cm、株距10-30cm种植。
15.2、以种茎芽代替实生苗种植。待无性系长至每条蔗茎含有8-15个种芽时，于11月-次年3月份之间，适时收获种苗圃中每个家系无性系的种茎芽并种植于大田试验。需要指出的是，每个无性系多数会长出1条以上的蔗茎，但收砍时，每个无性系只砍蔗芽量最多的1条
蔗茎。
16.3、大田试验规格行长1.5-2.5m、行宽1.0-1.2m，大田试验设计按2重复设计，并设置2个对照，分别为新台糖22号和粤糖93-159，均为生产上大面积推广应用的品种。大田试验种植时，将每个家系60-100个无性系平均分成2份，即每份30-50个无性系，每重复种植1份。每个无性系种植1行，即1条蔗茎种植1行。先种植第一重复且一个家系种植完成后再种植另一家系，按此方法直到将所有家系种植完。重复上述方法将第二重复种植完。需要指出的是，对照可在不同时期根据育种目标进行调整更换。
17.4、进入成熟期后，大致为11月份，利用锤度计对每个家系的锤度(反映蔗糖分高低的指标)进行测量，每个家系每重复测定不少于15株，2个重复共计不少于30株。对照锤度也同步测量。之后求平均值代表每个家系和对照的锤度表现，数值大表示甘蔗糖分高，反之糖分低。与此同时，对每个家系的无性系进行选择并对入选无性系的综合表现进行定性分级(a级和b级)，a级表示优级，b表示良级，选择完成后对每个家系入选数和相应级别的数量进行统计。需要指出的是，入选的所有无性系将进入下一步大田试验，而获得的数据用于下列步骤的分析。
18.5、基于获得的数据，计算入选率(r)、组合平均锤度较对照增减(δb)、家系入选无性系的平均锤度较对照锤度增减(δb)和入选无性系中a级材料占每个家系总入选数的比例(p)。r＝每个家系入选无性系数量/每个家系种植的全部无性系数量
×
100，p＝每个家系入选无性系中a级材料的数量/家系总入选的无性系数量
×
100。需要指出的是，对照锤度是指2个对照中平均锤度值最高的对照的锤度值。
19.6、对r、δb、δb和p等4个指标赋与相应的权重值。r的权重值为0.4、δb为0.3，δb为0.1，p为0.2。并计算每个家系的综合得分值(v)，计算公式为v＝r
×
0.4+δb
×
0.3+δb
×
0.1+p
×
0.2。根据v值对家系进行排序，v值越大表示家系表现越好。
20.7、列出v值排名最前的10-15％(比例育种单位可根据实际进行调整，但建议不超过30％)的家系清单，并将对应家系剩余的杂交种子全部培育成实生苗，进入种苗圃、大田试验，并选择优良的无性系进入下一阶段的大田试验。
21.本发明的有益效果在于，
22.1、在变异的创制过程中，由于含有优良变异的家系数量少，在没有知道家系表现的信息之前，本发明对每个家系种植的实生苗数量进行控制，尽可能地减少无效工作；
23.2、本发明利用种苗圃代替实生苗圃(杂种圃)，减少了试验地用量和投入；
24.3、本发明通过种苗圃形成种茎芽代替了实生苗种植大田试验，消除了传统上利用实生苗种植与生产上种植种茎芽之间的差异，确保试验能够获得更客观的结果；
25.4、本发明采用种茎芽进行大田试验种植并配套相应的大田试验设计，扩大了每个无性系的群体量，有利于减小无性系间的竞争效应，提高评价和选择的准确性；
26.5、本发明将家系内无性系入选情况作为家系表现评价的重要指标，丰富和提高了家系评价的内容和准确性；
27.6、本发明筛选出综合表现优良的家系，并将对应家系剩余的杂交种子全部培育，并通过种苗圃和大田试验进行种植和选择。实践证明，本发明可有效提高选择效率，从根本上为重视当年表现优良的杂交组合提供了行之有效的解决方法。
28.以下通过数据及具体实施方式对发明做进一步解释。
具体实施方式
29.一种提高甘蔗杂交育种效率的选育方法，本发明所述的选育方法包括：
30.1、根据家系的克发芽率，每个甘蔗家系(杂交组合)按60-100苗的计划，称取每个家系的杂交种子并播种于育苗温室，同时将每个家系剩余的种子保存于能达到-4摄氏度以下温度的设备中保存备用。育种温室中实生苗长至7-9片真叶时移栽至种苗圃。种苗圃的规格按株距10-30cm，行距按40-60cm种植。
31.2、待无性系长至每条蔗茎含有8-15个种芽时，于11月-次年3月份之间，适时收获种苗圃中每个家系无性系的蔗茎并种植于大田试验。需要指出的是，每个无性系多数会长出1条以上的蔗茎，但收砍时，每个无性系只砍芽量最多的1条蔗茎。
32.3、大田间试验规格行长1.5-2.5m、行距1.0-1.2m，大田试验设计按2重复设计，并设置2个对照，分别为新台糖22号和粤糖93-159，均为生产上大面积推广应用的品种。大田试验种植时，将每个家系60-100个无性系平均分成2份，即每份30-50个无性系，每重复种植1份。每个无性系种植1行，即1条蔗茎种植1行。先种植第一重复且一个家系种植后完后再种植另一家系，按此方法直到将所有家系种植完。重复上述方法将第二重复种植完。需要指出的是，对照可在不同时期根据育种要求进行调整更换。
33.4、进入成熟期后，大致为11月份，利用锤度计对每个家系的锤度进行测量，每个家系每重复测定不少于15株，2个重复共计不少于30株。对照锤度也同步测量。之后求平均值代表每个家系和对照的锤度表现，数值大表示甘蔗糖分高，反之糖分低。与此同时，对每个家系的无性系进行选择并对入选无性系的综合表现进行定性分级(a级和b级)，a级表示优级，b表示良级，选择完成后对每个家系相应级别无性系的数量进行统计。在对入选无性系进行定性分级时，主要以观察叶片清秀程度、空蒲心程度、茎径大小、病害的发生情况(有或无)并综合锤度数据进行。需要指出的是，此步骤中入选的所有无性系进入下一步大田试验，而获得的数据用于下列分析研究。
34.5、基于获得的数据，计算入选率(r)、组合平均锤度较对照增减(δb)、家系内入选无性系的平均锤度较对照锤度增减(δb)和家系内入选无性系中a级材料的占比(p)。r＝每个家系入选无性系数量/每个家系种植的全部无性系数量
×
100，δb＝(家系平均锤度-对照锤度)/对照锤度
×
100，δb＝(家系内入选无性系平均锤度-对照锤度)/100，p＝家系内入选无性系中a级材料的数量/家系内入选无性系的总数
×
100。需要指出的是，对照锤度是指2个对照中平均锤度最高的对照。
35.6、对r、δb、δb和p等指标分别赋与0.4、0.3、0.1和0.2的权重值，并按公式计算每个家系的得分值(v)，v＝r
×
0.4+δb
×
0.3+δb
×
0.1+p
×
0.2。根据v值对家系进行排序，v值越大表示家系表现越好。
36.7、列出v值排名最前的10-15％(比例育种单位可根据实际进行调整，但建议不超过30％)的家系清单，并将对应家系剩余的杂交种子全部培育成实生苗，进入种苗圃和大田试验，并选择优良的无性系进入下一阶段的大田试验。
37.应用实例
38.1、以38个家系为例，根据具体实施步骤，获得如下评价结果(表1)。a13、a6、a31、a24、a14等5个家系的v值分布在23.2-19.1之间，分别排在1-5位，表现优良。
39.表1.38个家系评价的结果
[0040][0041][0042]
注：r＝每个家系入选无性系数量/每个家系种植的全部无性系数量
×
100，δb＝(家系平均锤度-对照锤度)/对照锤度
×
100，δb＝(家系入选无性系平均锤度-对照锤度)/100，p＝每个家系入选无性系中a级材料的数量/家系总入选的无性系数量
×
100。
[0043]
2、对表1中评价出的a13、a6、a31、a24、a14等5个家系剩余的全部杂交种子进行实生苗培育，进入种苗圃和大田试验并进行选择。选择结果见表2。5个家系共计种植4338份无性系，共计入选1682份，平均入选率为38.8％，其中入选率最高的是a14，为46.7％。从表2可看出，5个家系的入选率均超过了30％以上，a级材料的数量为887份，比例达到了52.7％。与表1中数据对比，38个家系平均入选率仅为17.3％，a级材料比例平均仅为5.3％。数据对比反映出该选择方法的有效性和高效率。
[0044]
表2. 5个家系种植和选择结果
[0045]
家系代号无性系种植数量(份)入选数量(份)r入选材料锤度％a级材料数量(份)pa13150056837.922.939168.8a656419534.623.29950.8a3187234639.723.710630.6a2460820233.222.68843.6a1479437146.723.420354.7合计4338168238.8/88752.7新台糖22号///22.5//粤糖93-159///23.1//
[0046]
注：r＝每个家系入选无性系数量/每个家系种植的全部无性系数量
×
100，p＝每个家系入选无性系中a级材料的数量/家系总入选的无性系数量
×
100。
[0047]
以上所述的仅是本发明的部分具体实施例(由于本发明包含数值范围，故实施例不能穷举，本发明所记载的保护范围包含本发明的数值范围和其他技术要点范围)，方案中公知的具体内容或常识在此未作过多描述。应当指出，上述实施例不以任何方式限制本发明，对于本领域的技术人员来说，凡是采用等同替换或等效变换的方式获得的技术方案均落在本发明的保护范围内。本技术要求的保护范围应当以其权利要求的内容为准，说明书中的具体实施方式等记载可以用于解释权利要求的内容。