甜高粱育種思路探討

馬 涌，張福耀，趙威軍，鄭 娟

（山西省農業科學院高粱研究所，山西晉中030600）

近20 a 來，隨著人口和經濟的持續增長，能源消費量也在不斷增長，世界正面臨能源與環境問題的嚴峻挑戰。為此，我國從2006 年1 月開始實施《中華人民共和國可再生能源法》，大力研究和開發生物質能源。這其中最有效的途徑之一是開發生物質乙醇。

在眾多生物質能源作物中，甜高粱以其獨具的高含糖量、高生物產量、高乙醇轉化率和高抗逆性被譽為“高能作物”，成為符合我國國情、適合我國國土和氣候條件、既產能源又產糧食的理想作物之一。加強甜高粱莖稈生物能源綜合開發利用，對緩解國家能源緊張、改善生態環境、促進國民經濟穩定持續發展，都具有十分重要而深遠的意義[1-6]。

在甜高粱新品種選育上，美國起步較早，20世紀60 年代就已經開始。我國甜高粱育種起步較晚，近年來，隨著人們對甜高粱認識的加深，甜高粱育種已成為高粱育種者的工作重點之一，并取得了一定進展，但與先進國家相比，還有差距。

目前，我國的甜高粱品種要么含糖量不高，要么產量不高，很難找到高產高糖抗倒伏的品種，而且多為常規種（雜交種較少）。因此，創新育種思路，加快品種選育，尤其是雜交種選育是目前的主要工作之一。

1 糧糖兼用型

2006 年，我國生物質能源工作會議提出了生物質能源的發展方針是非糧替代，即發展能源作物生產要做到不與糧爭地，不與民爭糧，合理利用劣質土地[7]。因此，發展糧糖兼用型甜高粱品種，可以很好地貫徹這一方針。

Broadhead 研究認為，甜高粱籽粒生產并不隨糖產量的增加而減少[8]。曹俊峰[9]研究表明，在莖稈含糖量較高的品種里能選育出籽粒產量相對較高的品種。中國科學院植物研究所對28 個從美國和澳大利亞引進的甜高粱品種每株籽粒產量與汁液錘度的相關分析表明，汁液錘度與籽粒產量呈正相關，相關系數r=0.331 6[8]。李振武等[10]選用17 個甜高粱品種作試材，研究甜高粱株高、莖粗、單株鮮質量等21 個性狀遺傳參數，結果表明，株高和主莖稈鮮質量遺傳力高，而且與其他各個性狀的正相關程度也高。由此看來，選育出籽粒產量高、莖稈含糖量也高的優良甜高粱品種是完全可能的。

根據主要用途不同，甜高粱可以分為2 類：（1）產糧為主的甜高粱雜交種。產量接近普通粒用高粱，但植株高大、莖稈多汁、含糖量較高，籽粒是主產品，莖稈是副產品。在以籽粒為主需求的地方，種植這類雜交種，既滿足了對籽粒的需求，又可把莖稈用于產糖或產酒精。（2）產糖為主的甜高粱雜交種。植株高大，莖稈多汁粗壯，含糖量高，籽粒產量4 500 kg/hm2左右，莖稈是主產品，而籽粒是副產品。遼甜1 號即屬于此類型[11]。在以飼料為主需求的地方，種植這類雜交種，可把莖稈用于產糖或產酒精，殘渣用作飼料。

2 自交不結實類型

自交不結實的甜高粱品種，即只要莖稈，不考慮籽粒產量的類型。

在甜高粱成熟過程中，有相當一部分的養分由莖葉轉移到圓錐花序在籽粒中貯藏起來。對于用甜高粱作制糖、釀酒原料的栽培者來說，汁液中的糖比籽粒中的淀粉更為有利，如果能將用于形成籽粒的光合產物以糖的形式貯藏于莖稈中，前景將是很誘人的。因此，有不少學者進行了這方面的研究，通過用摘除穗頭的方法防止籽粒發育，以增加莖稈糖的產量，或以雄性不育系代替人工摘除圓錐花序的繁重勞動，以便使糖的生產變得更加經濟、易行。

Stokes 報道，種子的減產常常促進植株的成熟，這表現在植株汁液的蔗糖的含量上；其對莖稈的生長影響不大，且減少了倒伏，但增加了側芽[1]。

Broadhead 用麗歐作試驗材料，在孕穗時（將花序拔去）和開花時（用小刀將花序在花梗處切除）將圓錐花序除去（簡稱去穗）以研究莖稈的產量和榨汁品質在去掉穗頭后的變化，試驗結果表明，去穗的植株汁液錘度、蔗糖和淀粉較高，但去穗并不顯著影響莖稈的產量或汁的純度。去穗的植株倒伏較少，但側芽很多，這能降低去穗植株收獲、加工的成本[1]。

Ferraris 在澳大利亞的Ayr 蔗糖實驗站以麗歐為試材，設保留圓錐花序（簡稱留穗，并作為對照）、在開花期去穗和去穗+除蘗芽3 種處理。試驗結果表明，汁液錘度因去穗和去穗+除芽而增高。去穗者在成熟期的糖產量竟達3.20 t/hm2，為對照的3 倍以上。留穗者籽粒產量為2.94 t/hm2，通過能量折算，這2.94 t 高粱籽粒等于2.21 t 糖，因此，去穗植株3.20 t/hm2的糖產量同留穗莖中的0.94 t 糖+籽粒中的2.21 t 糖基本相等[1]。

1984 年，中國科學院植物研究所北京植物園用甜高粱品種麗歐作試驗材料研究去穗對莖稈中糖含量的影響，結果表明，在開花至乳熟階段，去穗植株汁液錘度顯著高于留穗者[1]。

趙威軍等[12]以5 個高粱不育系、6 個甜高粱雜交種和甜格雷茲為材料，通過對莖稈含糖量和鮮質量的測定分析，研究利用A3CMS 選育不育化甜高粱雜交種的可行性。結果表明，同核異質雜交種在莖稈產量上差異不顯著，但在莖稈含糖量上差異顯著，A3雜交種的含糖量明顯優于A1雜交種。因此認為，利用A3CMS 選育不育化甜高粱雜交種是可行的。

另外，如果甜高粱發生倒伏，收獲將更加困難。研究表明，在去穗、留穗植株中所測得的纖維素的含量是類似的，從莖的結構來證明抗倒伏未必可靠，高粱的倒伏可以完全歸因于植株頂部高粱籽粒的質量作用于莖稈上的杠桿作用。種子的減產、去穗或選用自交不結實類型品種后，籽粒產量減少或完全沒有，整個植株的重心高度降低，間接提高了抗倒伏性能，減少了莖稈倒伏，并且去穗或自交不結實類型品種植株具有較高的含糖量[1，12]。

利用雄性不育造成植株不孕，既可省去人工去穗或收穗的繁重勞動，又可使植株的光合產物完全貯藏于莖稈之中，使植株莖稈具有較高的含糖量，并提高抗倒伏性能。在我國北方，不育化的抗倒伏甜高粱品種，結合秋末冬初在田間自然冷凍貯藏甜高粱，加工企業可隨加工進度，用聯合收割機到田間按需收割，這將降低植株收獲的成本，減少貯藏空間和成本[13]，在實踐上意義重大。

自交不結實類型的甜高粱品種必須生物產量超高產，莖稈含糖量高，以其高產優質優價，來補償或提高農戶的收入。其選育可用以下2 種思路：（1）利用A3型不育系與甜高粱品系間的雜交，F1自交不結實，而含糖量顯著提高[12]。（2）選育生育期特別長的品種，在特定的地方不能正常抽穗開花而導致不育，如甜格蕾茲在山西以北地區不能抽穗開花[12]。

3 甜高粱育種的展望

高產、含糖量高、抗性好、適應性廣的甜高粱品種是促進甜高粱生產發展的核心和基礎。因此，針對甜高粱產業化開發的實踐需求，創新育種思路，加快品種選育，為生產提供適宜的新品種，將有力地推動甜高粱產業的發展，并且可以促進種植業結構調整和農村經濟發展。

近年來，國家科技部連續將甜高粱新品種選育與能源利用列入“十五”、“十一五”重點科技計劃。國內已有多個省區開展了能源甜高粱推廣示范和生物質能源產業化，并有一些生物質能源加工企業建成投產。一些農業科研院所和大專院校也先后開展了甜高粱雜交種選育工作。“十一五”期間，全國高粱品種區域試驗增加了能源/青貯組，并鑒定通過了部分能源專用甜高粱品種。

可再生能源法的制定與公布實施，為新能源的開發利用提供了新的契機。隨著現代科學技術的發展和社會各方面的努力，甜高粱作為新能源作物一定會得到更大的發展。

［1］黎大爵，廖馥蓀.甜高粱及其利用[M].北京：科學出版社，1992.

［2］黎大爵.首屆全國甜高粱會議論文摘要及培訓班講義[M].北京：科學出版社，1995.

［3］張志鵬，楊鎮，朱凱，等.可再生能源作物——甜高粱的開發利用[J].雜糧作物，2005，25（5）：334-335.

［4］閆鴻雁，胡國宏，李光華，等.關于甜高粱的研究、開發、利用[M]//中國雜糧研究——第二屆中國雜糧產業化發展論壇論文集.北京：中國農業科學技術出版社，2005：172-175.

［5］張福耀，趙威軍，平俊愛.高能作物——甜高粱[J].中國農業科技導報，2006，8（1）：14-17.

［6］石永順，王艷秋，王立新，等.加快甜高粱科研和生產開發[J].遼寧農業科學，2004（3）：30-31.

［7］鄒劍秋，王艷秋.我國甜高粱育種方法及高效育種技術[J].雜糧作物，2007，27（6）：403-404.

［8］盧慶善.甜高粱[M].北京：中國農業科學技術出版社，2008.

［9］曹俊峰.甜高粱籽粒產量與莖內糖分含量的關系[J].甜菜糖業科技情報，1982（2）：48-50.

［10］李振武，支萍，孔令旗，等.甜高粱主要性狀的遺傳參數分析[J].作物學報，1992，18（3）：211-213.

［11］張志鵬，鄒劍秋，朱凱，等.能源用甜高粱遼甜1 號選育報告[J].雜糧作物，2007，27（6）：399-400.

［12］趙威軍，張福耀，程慶軍，等.A3CMS 在甜高粱育種中的可行性研究[J].作物雜志，2008（1）：13-16.

［13］趙威軍，程慶軍，張福耀，等.自然生長狀態下貯藏甜高粱的研究[J].中國農業科技導報，2008，10（6）：101-104.