专利名称：羊草育种及扩繁栽培方法
技术领域：
本发明属于多年生牧草的育种栽培方法，特别是运用植物轮回选择方法进行羊草新品种选育和栽培的技术领域。
植物育种的轮回选择法，是国际上七十年代兴起的创造改良杂合群体的一项育种新技术。美国、苏联等国专家应用这项技术在玉米、苜蓿、黑麦等异花授粉植物的育种工作中，已经获得了极大的成功，但在羊草育种的应用上，尚属空白。我国牧草育种工作者多年来运用常规育种的混合选择、个体选择及辐射育种等项技术，为解决野生羊草生产上的“三低”(产草量、产种量、出苗率)难题，进行了羊草育种的多项尝试，在本项发明之前均未获得成功。其原因在于羊草的遗传基础为异花授粉的杂合子，其正确的育种目标，不但要保证很高的杂种优势，而且能保证基因型与群体的较大的遗传变异性，即杂合态。同时作为数量遗传的生产力、蛋白质等丰产性状，则是由基因的累加遗传效应所决定的，因而越选越纯的混合选择和个体选择在提高产量上不成功的基本原因所在，即是使累加遗传变量受到限制。本项发明所采用的一般轮回选择法和全姊妹家系轮回选择法的基础是基因的累加遗传效应，在广泛利用组合变异性的基础上，连续采用轮回选择，不但发展了群体基因储备中有益基因的频率，而且又保持了杂合群体的遗传平衡，是适合于多年生牧草的育种新方法。因而本项发明的目的，在于克服已有技术的不足之处，提出一种既能保持多年生牧草杂合群体的遗传平衡特性，又能获得很高杂种优势的羊草改良群体的适宜育种方法。
本项发明所选育的杂种是异花授粉植物遗传上平衡的多年生牧草，该杂种的组成是按配合力选配的，其主要方法是以自交系为亲本材料，通过轮回选择，培育出羊草新品种；并通过“三元扩繁法”及化学免耕法进行繁育和栽培。
以下是本项发明的主要内容及其方法特征(一)羊草轮回选育的技术方法及其特征。
在搞清羊草为异花授粉植物的基础上，根据丰产性的育种目标，
图1显示了本项发明在品一、二、四的育种工作中采用的“一般配合力轮回选择”的育种程序图；图2显示了本项发明在品三育种工作中采用的“全姊妹家系轮回选育”方法的育种程序图，即为了保持品三亲本抗旱性强的特性，后代是从同一种群中选择到的轮回杂种当代(S0)植株进行杂交而形成的。
为了便于对比，图3给出了植物轮回选择技术进行丰产性育种的“一般配合力轮回选择”方法的模式图，图4则是旨在改良群体本身品质的“全姊妹家系轮回选择”方法的模式图。轮回选择的基本方法主要交替采用以下措施的育种计划来完成一、从杂合材料中隔离一些按有益的经济性状挑选的基因型，通过自交繁殖其固有的基因储备，并发展基因储备中有益基因的频率。
二、在同相应的测验种杂交试验的基础上，根据配合力鉴定被分离的基因型，并从中选择较好者。
三、将选中的基因型(自交系)组成尽可能多的组合进行杂交，或使之自由授粉，以获得新的综合群体。这一群体应具有较高的有益基因浓度，即具有很高的优良基因型(重组合)比率。
四、从综合群体中再次隔离个别的基因型。
五、用自交法隔离繁殖从综合群体中分离出的基因型，并测验其配合力。
六、根据测试的结果，选择配合力较好的基因型(二环系)，并用它们杂交而获得新的综合群体，这种群体有益基因更加富集，并有条件地被称为二轮综合群体，这种群体又可能被用来培育三环系。
轮回选择方法的实质在于杂交和选择轮回的重复，是在个体选择和混合选择方法的基础上的发展。
图5显示的个体选择的基本方法是在大田或测验小区里，选择优良个体(单株或单穗)分别脱粒、分别播种，通过与对照品种比较，淘汰不良的小区，选拔优良的小区，成为新品系。第二年起再进行1-2次的比较试验，肯定新品种。因此个体选择又称为一穗传选种法或系统选育法。
图6显示的混合选择法一般从种植年代较久，已形成不同类型的品种群体中，选择优良而性状基本一致，或某一性状相同的类型(即为一个集团)的单株或单穗，混合脱粒(不同集团分别脱粒)并播种在各自小区内，与原始品种、对照品种进行比较，经过1次或多次选择后，肯定新品种。
因此对比
图1、图2显示的本项发明的育种方法与图5、图6显示的常规育种的个体选择法、混合选择法的不同的特征在于一、轮回选择所选育的杂种是异花授粉植物遗传上平衡的群体，该杂种的组成是按配合力选配的，其遗传基础是基因的累加遗传效应。
二、直接利用和培育自交系做亲本。
三、进行配合力测定，确定杂交组合。
四、融入不同基因型的新组合间的杂交，以获得重组合材料。
五、授粉受到人为控制，在人工强制套袋或隔离区内自由授粉的情况下，进行新组合间的杂交。
六、每一轮都要进行选择和重组合。
七、每一轮都要将所获得的新的综合群体同原始群体做比较(品比鉴定)。
因而本项发明较之常规方法的优点在于一、通过综合品种避免了纯合基因位点的迅速固定，保持了群体的遗传多样性，即克服了混合选择和个体选择越选越纯的弱点。
二、本项发明的实施例经过两轮、七年的育种工作，即培育出四个羊草新品种，较之常规方法的育种年限缩短了3-4年，且育种效率高。
同时本项发明的育种方法对图3、图4所显示的植物育种的轮回选择技术的创造性贡献其特征在于一、第一次将植物轮回选择技术应用于羊草育种工作，为植物轮回选择技术的应用开辟了一项新的育种领域；为羊草的育种工作开辟了一条新的育种途径。
二、本发明的贡献还在于将产量指标(品比鉴定结果)与细胞学指标(染色体分析)及生物统计指标相结合进行选择，第一次在细胞学水平上提出了轮回育种的选择指标，使保持杂合群体的遗传平衡问题在染色体水平上找到依据。
三、本发明的贡献还在于人工培育出国际第一代羊草新品种，其产草量、产种量、出苗率均比野生羊草提高50％以上，且品质优良，抗逆性强，较好地解决了野生羊草生产上的“三低”难题，结束了人类用野生羊草改良天然草场的历史。
(二)羊草新品种扩繁方法及其特征。
为便于对比，图7给出的是利用常规育种的混合选择法和个体选择法进行新品种扩繁的二级繁育体系，其繁育方法为一、在一级种子田里，进行混合选择，混合脱粒，作为第二年的一级种子田种子。其余去杂去劣后，作为二级种子田的种子。
二、在二级种子田里，进行严格去杂去劣后，收获的种子供大田生产用。
图8给出了本项发明进行羊草新品种扩繁的“三元扩繁法”的三级繁育体系，其繁育方法为一、通过杂交组合配制一级杂种。
二、将一级杂种拔杂去劣，提纯复壮后，隔离授粉，繁育二级杂种。
三、将父母本与品种轮回，加大扩繁系数，进行二级扩繁。
与传统的常规扩繁方法相比，本项发明的扩繁方法的优点为
一、繁殖纯度高。根据轮回选择的综合种的丰产性在F2、F3、F4代不会降低的原理，三种扩繁方法均可视为一级杂种田。
二、繁殖系数高。“三元”并进的方法，加大了繁殖系数，可多种形式繁殖。
(三)羊草新品种的高产栽培方法及其特征。
“良种必须辅之以良法”。平播，撒种，粗放管理，三年见草、见效益的落后的野生羊草的管理制度，已远远不能适应羊草新品种的高产要求。根据吉生号羊草新品种的品种特性，经过多年的研究实践，我们进一步发明了羊草新品种的高产栽培技术措施。与野生羊草栽培方法相比，其技术特征在于采用化学除草剂“农达”加“禾耐斯”组合或“2.4-D丁酯”加“禾耐斯”组合，两次进行化学除杂；加之合理的安排施肥品种和追肥时期，达到免耕栽培和高产栽培。
本项发明的栽培方法，可使羊草在第二年即开花结实，较之野生羊草三年见效的管理方法，效益提前1-2年，并在第二年即可收回全部成本，效益显著。
下面以吉生一、二、三、四号羊草为例，详细说明本项发明的育种过程和扩繁体系及栽培方法。
(一)羊草新品种的选育一、原始材料采集(1979-1980年)野外单株选择原始材料及室内考种，共采集到113份基因型及原始材料。
1、采集地吉林省长岭种马场、长春老虎公园。
内蒙古高林屯种畜场、伊胡塔草原站、嘎达苏种畜场、海拉尔草原站。
2、入选指标1)野外目测株高、穗大、叶宽。
2)无病害。
3)室内考种结实率40％以上或20粒/穗。
二、自交系选育(1981-1982年，C0)原始材料观察及原始材料的重组合，即原始轮回(C0)。
1、将113份基因型分别种成观察圃。
1)进行原始材料观察，掌握育种材料的生物性状基础。
2)进行丰产性状调查，为第一轮育种选择生物性状优良单株。入选指标
旗叶长10cm、宽1cm以上；绿叶数4个以上-1982年遇到50天以上的大旱进行的选择；株高80cm以上；穗长15cm以上；叶毛密；茎粗0.3cm以上；穗型圆锥型、复生型混生；无病害。
3)进行授粉特性调查(在本项发明之前，羊草的授粉特性一直不清，该项发明工作已发表)，以确定育种方法。
4)进行质量性状调查及遗传分析，为育种选择找出指示性状。
质量性状调查苗期真叶鞘色，叶色，茎色，花色，颖色，穗型。
遗传分析以上六个性状的遗传分离比例，及羊草的有丝分裂、减数分裂观察。
2、将各种群入选优良单株分别混合脱粒播种。通过套袋自交，繁殖、巩固、发展有益基因的频率。对照(CK)同步传代，以做比较(在500米隔离区外)。
1982年得到原始材料自交一代(原始轮回自交系)。
3、在入选的优良单株种群内，进行人工授粉的正、反交，即配合力测定，测定了八个组合，每对组合杂交100穗，共杂交1600穗。测定组合1)长岭×长春，2)长岭×海拉尔，3)长岭×嘎达苏，4)长岭×伊胡塔，5)嘎达苏×高林屯，6)嘎达苏×伊胡塔，7)海拉尔×嘎达苏，8)海拉尔×伊胡塔。
4、将原始材料自交系于1982年8月初播种，对其进行品比鉴定。
三、轮回选择育种1、第一轮杂交选育(1983-1984年，C1)。
1)经配合力测定，选出8个结实率、配合力均较高的组合，及选出的优良生物性状组合，做为第一轮育种的原始材料，在人工隔离区内，利用自然授粉，分别进行第一轮重组合，对照(CK)同步传代。
入选指标结实率60％以上，配合力20％以上，生殖枝170个/m2,40粒/穗，出苗率60％以上。
杂交组合长岭×长春(结实率，正交)。
海拉尔×长岭(结实率，反交)。
伊胡塔(生物性状，伊胡塔型)。
伊胡塔(结实率，长岭型)。
海拉尔×长岭(生物性状，反交)。
长岭×长春(生物性状，正交)。
嘎达苏×高林屯(结实率，正交)。
嘎达苏×伊胡塔(生物性状，正交)。
2)每对组合用人工套袋法继续进行配合力重复测定，每组合100对，共套袋800对。
3)1983年C0自交系品比试验结果(表1)C0自交系产种量品比试验结果表11983年 单位kg/ha
4)1984年从结实率组合中得到四个产种量、产草量、配合力均较高的C1新组合入选指标出苗率60％以上，配合力80％以上，产种量90kg/ha，鲜草产量7500kg/ha，干草产量4500kg/ha，结实率50％～60％，生殖枝170个/m2。
5)1989年8月上旬将结实率的C1新组合的第一轮杂种当代(C1S0)播种，进行品比鉴定。C1S1新组合产量结果见表2。
C1S1新组合与CK产量比较表2 1985年
6)细胞观察第一轮回杂种当代(C1S0)的染色体减数分裂异常现象、染色体配对情况、小孢子孕性、有丝分裂染色体数目频率，以染色体减数分裂异常现象较少、染色体配对正常、小孢子孕性高、28条染色体数占65％以上为选择指标，确定下一轮的育种方案；并与第一轮回杂种一代(C1S1)的结实率进行相关分析，以验证配合力及C1S1的杂种优势。
2、第二轮杂交选育(1984-1985年，C2)。
1)1984年8月上旬将选出的第一轮结实率组合与生物性状组合的杂种(C1S0)混播，进行第二轮重组合，又成为四个新组合品1[长岭×长春(结实率)]×[长岭×长春(生物性状)]。
品2[海拉尔×长岭(结实率)]×[海拉尔×长岭(生物性状)]。
品3伊胡塔(结实率)×伊胡塔(生物性状)。
品4[嘎达苏×高林屯(结实率)]×[嘎达苏×伊胡塔(生物性状)]。
2)1985年8月上旬将得到的第二轮回杂种当代(C2S0)播种，进行品比鉴定。
3)第二轮回杂种一代(C2S1)品比产量结果(表3)C2S1产量品比结果表3 1986年
注两次品比试验对照(CK)设置CK1.2:C1-长岭野生羊草，C2-亲本。
CK3伊胡塔野生羊草(伊胡塔型，黄叶)。
CK4:C1-嘎达苏野生羊草，C2-亲本。
4)细胞观察第二轮回杂种当代(C2S0)染色体减数分裂异常现象、染色体配对情况、小孢子孕性、有丝分裂染色体数目频率，细胞学选择指标为28条染色体数占80％以上。与第二轮回杂种一代(C2S1)结实率进行相关分析，验证配合力及C2S1杂种优势。
3、四个新品系区域试验(1986-1989年)。
1986-1989年经吉林、内蒙、黑龙江三省11个地区的区域试验，四个新品系的产草量、产种量、出苗率均比野生羊草提高50％、65％、400％以上，粗蛋白提高10～70％，与品比试验结果相同。1989年底通过部级成果鉴定，1990～1993年四个品种全部通过全国牧草育种委员会品种审定，被农业部批准推广，正式命名为吉生一、二、三、四号羊草。其品种特征、特性为1)吉生一号叶灰绿色，叶毛短而密，叶宽而挺。株高110～170cm，穗长14-22cm。茎叶比50.51∶49.47。生育期98天。品质好，干草粗蛋白含量9～11％。抗盐硷性强。干草产量平均7500kg/ha，产种量平均225kg/ha，出苗率平均50％以上。适宜在吉林、内蒙、黑龙江、陕北地区栽培。
2)吉生二号叶灰绿色，叶毛短而密，叶较吉生一号稍窄。株高120～170cm，穗长15～21cm。茎叶比为47.38∶52.62。生育期99天。品质仅次于吉生1号，干草粗蛋白含量9～10％。耐涝性较强，单位面积粗蛋白产量最高。粗纤维、灰分含量最高，分蘖力最强。干草产量平均8250kg/ha，产种量平均180kg/ha，适应性较强，产草量、产种量、出苗率均比野生羊草提高50％以上。适宜在黑龙江、内蒙东部、吉林地区栽培。
3)吉生三号叶色黄绿，叶毛短而密，叶最宽，圆锥型穗型居多，株高100～130cm，穗长12～20cm，早熟品种，生育期95天。抗旱性最强，适应性较广。干草产量平均7500公斤/公顷，产种量平均150公斤/公顷，品质较好，粗蛋白含量6％。三项指标均比野生羊草提高50％以上。适宜在内蒙、陕北、吉林地区栽培。
4)吉生四号叶色黄绿，叶毛短而密，较吉生一、三号叶稍窄。株高110～140cm，穗长13～20cm，生育期98天。抗旱性较强，适应性最广。品质较好，粗蛋白含量7％。干草产量9000kg/ha。三项指标均比野生羊草提高50％以上。适宜在内蒙、吉林、陕北地区栽培。
(二)羊草新品种扩繁1988-1994年在内蒙图牧吉草地所进行了羊草新品种原种扩繁，面积为26亩。1992-1997年在吉林省德惠市种畜场、前郭县新兴村建立了原种基地2000亩。1997年在吉林省长岭县牧草繁育场播种良种田640亩，计划建立良种基地20000亩。
本发明的主要扩繁途径为一、各亲本原种在隔离区内通过自由授粉扩大繁殖和轮回。原种田隔离区为500m，良种田隔离区为200m。
二、通过杂交组合直接配制一级杂种，根据羊草染色体数为28条、染色体基数为7、为四价体的遗传基础，并根据配合力的测定结果，各组合父、母本的配种比例一律为1∶3。
三、利用羊草多年生的特性，以轮回选择法的遗传基础是基因的累加效应，所培育出的综合种的丰产性在F2、F3、F4代不会降低的原理，将杂种一代拔杂去劣、提纯复壮后，在隔离区自由授粉，繁育二级杂种。
四、利用四个品种间存有交叉亲本的特点，将其父、母本与该品种进行轮回的方法，强化品种特性，进行二级扩繁。其扩繁方法为吉生一号×长春羊草→吉生一号吉生二号×海拉尔羊草→吉生二号吉生三号×伊胡塔羊草→吉生三号吉生四号×伊胡塔羊草→吉生四号根据所用品种的丰产性，父本的比例在0.1～1之间。
(三)羊草新品种的高产栽培一、播种方法根据羊草苗期芽子弱的特点，新品种出苗率提高后，播种量较之野生羊草又降低了900％，因而改平播为垅作，人工撒种为机播，从种到收及后期加工实现了机械化作业一条龙，并有利于出苗和田间管理。根据北方春旱的特点，采取浅播重压的措施，复土后用镇压器重压，复土深度为2cm。
二、播种量及播种时间播种量为15kg/ha，播种时间为4月初～7月初。
三、施肥根据田间土壤测定合理安排施肥品种，底肥以磷肥为主，150～300kg/ha。追肥品种为速效氮肥，200kg/ha，在羊草坐胎期(3～5叶)一次性追施，东北三省及内蒙东部应在每年5月中旬的第一场透雨前追完。
四、田间管理根据北方第一茬杂草以阔叶为主、出现在5月中旬，第二茬杂草以禾本科为主、出现在7月中旬的特点，以农达加禾耐斯组合或以2.4-D丁酯加禾耐斯组合，进行化学除杂在第一茬杂草高峰期，在羊草出苗前，用农达进行灭生性除草，或2.4-D丁酯苗后触杀。在第二茬杂草出苗前，羊草出苗后，用禾耐斯进行土壤封闭，以达到全程免耕栽培。
五、收获及烧荒7月中旬开始将种子收获。9月初当水份降到12％以下时，进行脱粒和精选。10月底或第二年3月初进行田间烧荒，以利除杂和羊草返青。
权利要求
1.一种羊草的育种及扩繁栽培方法，其特征在于所选育的杂种是异花授粉植物遗传上平衡的群体，采用轮回选择方法，经两轮选育，培育出羊草新品种；并采用“三元扩繁法”进行繁育；以化学除草的免耕法进行高产栽培和制种。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于融入不同基因型的新组合间的杂交，获得新的综合种。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于该杂种的组成是按配合力选配的，在育种材料中通过人工杂交授粉，进行配合力测定，以确定杂交组合。
4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于采用强制套袋自交和原始轮回的方法直接培育自交系做育种的亲本。
5.根据权利要求2所述的方法，其特征在于每一轮都要进行选择和重组合，每一轮所获得的新的综合群体的重组合材料都将作为下一轮育种的原始材料。
6.根据权利要求2所述的方法，其特征在于每一轮都要将所获得的新的综合群体同原始群体进行比较(品比鉴定)。
7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于运用染色体技术和生物统计分析，验证配合力和杂种优势，根据细胞学水平的选择指标及每一轮的对比(品比鉴定)结果，确定下一轮的育种方案。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于运用“三元扩繁法”，通过杂交组合配制一级杂种；利用羊草多年生的特性，将杂种一代拔杂去劣，提纯复壮后，隔离授粉，繁育二级杂种；利用四个品种间存有交叉亲本的特点，将其父母本与品种轮回的方法，以加大扩繁系数，进行二级扩繁。
9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于采用化学除草剂“农达”加“禾耐斯”组合或“2.4-D丁酯”加“禾耐斯”组合，两次进行土壤封闭，化学除杂，加之合理的安排施肥品种及追肥时期，达到免耕栽培及高产栽培。
全文摘要
一种羊草的育种及扩繁栽培方法,主要包括:新品种的轮回选育、三级扩繁及其高产栽培。本发明首次在国际上将轮回选择技术引入到羊草的育种工作中,培育出国际第一代羊草新品种,创造出羊草新品种“三元扩繁法”及其高产栽培方法,并从细胞学水平上提出了轮回育种的选择指标。本发明培育出的吉生号羊草新品种的产草量、产种量、出苗率均比野生羊草提高50%以上,育种年限较之常规方法缩短了3～4年。
文档编号A01H1/00GK1219346SQ9712336
公开日1999年6月16日 申请日期1997年12月10日 优先权日1997年12月10日
发明者王克平, 郝水, 李建东, 李宝东, 夏宏志, 周红昕 申请人:吉林省吉生羊草良种站