谷子新品種隴谷23號選育及SSR指紋圖譜

摘要：谷子作為我國北方地區的特色作物之一，多數育種方式仍采用常規育種結合少數分子輔助選擇育種，構建指紋圖譜是分子育種中組成部分，對于品種特征標識和真實性鑒定有著重要的意義。隴谷23號是豫谷1號×隴谷7號雜交后代經系統選育的優質、豐產谷子新品種。2020年參加全國區域試驗西北春谷早熟區組的區域適應性聯合鑒定試驗，7個試點平均折合產量為5 446.0 kg/hm2，增產點率為57.14%。在2020年參加的甘肅省谷子生產試驗中，8點（次）均表現增產，平均折合產量為4 537.5 kg/hm2，較對照品種豫谷18號增產2.08%～36.84%。籽粒含粗蛋白（干基）125.7 g/kg、粗脂肪（干基）38.2 g/kg、粗淀粉（干基）794.5 g/kg、賴氨酸（干基）1.8 g/kg、支鏈淀粉（占淀粉）784 g/kg。抗谷銹病、黑穗病，中抗谷瘟病、白發病和玉米螟，適宜在甘肅中東部、山西大同、陜西榆林、寧夏固原及內蒙古呼和浩特等西北春谷區種植。利用（豫谷1號×隴谷7號）F2、RIL群體構建的連鎖圖譜中的74對多態性SSR標記繪制了隴谷23號9條染色體的指紋圖譜，其中49對SSR與豫谷1號基因型相同、25對SSR與隴谷7號基因型相同，表明隴谷23號攜帶更多豫谷1號基因組組分。

關鍵詞：谷子；新品種；隴谷23號；選育；指紋圖譜；SSR標記

中圖分類號：S515 文獻標志碼：A 文章編號：2097-2172（2024）12-1097-06

doi：10.3969/j.issn.2097-2172.2024.12.004

Systematic Breeding and SSR Fingerprint of the New Foxtail

Millet Variety Longgu 23

LIU Tianpeng 1， HEJihong 1， DONG Kongjun 1， REN Ruiyu 1， ZHANG Lei 1， KANG Jiping 2，

GUO Dan 2， LI Yawei 1， YANG Tianyu 1

（1. Crop Research Institute， Gansu Academy of Agricultural Sciences， Lanzhou Gansu 730070， China; 2. Tianshui Institute of Agricultural Sciences， Tianshui Gansu 741000， China; 3. Gansu Academy of Agricultural Sciences，

Lanzhou Gansu 730070， China）

Abstract： Millet， as one of the characteristic crops in northern China， mostly utilizes conventional breeding methods combined with a few molecular-assisted selection techniques. Constructing a fingerprint map is a key component of molecular breeding， which is significant for variety identification and authenticity verification. Longgu 23， a new foxtail millet variety with high quality， and high yield， were bred through sexual hybridization between Yugu 1 and Longgu 7. In 2020， the average yield of Longgu 23 was 5 446.0 kg/ha in seven pilot areas of the joint national identification experiment for the early maturing area of northwest spring millet with a yield increase rate of 57.14%. During the millet production experiments in Gansu Province in 2020， it demonstrated yield increases at all 8 points with an average yield of 4 537.5 kg/ha， which was an increase of 2.08% to 36.84% compared to the control variety Yugu 18. The contents of crude protein（dry basis）， ether extract（dry basis）， crude starch（dry basis）， lysine（dry basis）， and amylopectin （accounting for starch） were 125.7 g/kg， 38.2 g/kg， 794.5 g/kg， 1.8 g/kg and 784 g/kg， respectively. It is resistant to grain rust and smut， moderately resistant to grain blast， white hair disease， and corn borer， and is suitable for planting in northwestern spring sowing areas such as central and eastern Gansu， Datong in Shanxi， Yulin in Shaanxi， Guyuan in Ningxia， and Hohhot in Inner Mongolia. In addition， 74 pairs of polymorphic SSR markers in the linkage map constructed by the F2 and RIL populations from Yugu 1 × Longgu 7 was used to map the 9 chromosomes of Longgu 23. Among them， 49 pairs of SSR genotypes came from Yugu 1 and 25 pairs of SSR genotypes were same to Longgu 7， indicating that Longgu 23 carries more components of the Yugu 1 genome. This fingerprint provides a molecular basis for the authenticity identification of Longgu 23.

Key words： Foxtail millet; New varity; Longu 23; Systematic Breeding; Fingerprint map; SSR marker

谷子是從野生祖先種狗尾草馴化而來的栽培種，在中國已超過11 500年的栽培歷史［1 - 2 ］。現已發展成為解析株型結構進化、營養價值、C4光合作用及抗逆性的重要禾谷類模式作物之一［3 - 6 ］。谷子育種中，理想株型、優質、高光效及抗旱、抗病等抗逆性是谷子最主要的育種目標，特別是商品性好、食用品質優異且適應機械化收獲的谷子新品種的選育，是目前谷子生產中急需要的品種類型。不同生態類型谷子品種間的雜交，產生染色體片段的交換、重組，可能出現聚合不同生態類型谷子有利等位基因的理想后代株系，提高了育成適應性廣、營養品質優、抗逆強且產量高的谷子新品種的概率。隴谷23號是以華北平原區夏谷品種豫谷1號為母本、西北高原區春谷品種隴谷7號為父本經有性雜交，系統選育出的谷子新品種［7 ］，其熟性較晚，抗旱性強、抗倒伏，抗谷銹病和黑穗病、中抗谷瘟病、白發病和玉米螟。白谷黃米，米粒整齊度好，堊質少，糊化溫度低，蒸煮食味品質較好，在第十四屆優質食用粟米評選中被評為一級優質米，是一個豐產多抗的優良品種。

生物育種技術經歷了原始馴化選育、常規育種，現已從分子育種逐漸向設計育種或智能化育種發展［8 ］。谷子作為我國北方地區的特色作物之一，規模化分子育種目前尚未見報道，多數育種方式仍采用常規育種結合少數分子輔助選擇育種，這與谷子基因組學、分子生物學研究的深度密切相關。構建指紋圖譜是分子育種中組成部分，對于品種特征標識和真實性鑒定有著重要的意義［9 - 10 ］。我們基于（豫谷1號×隴谷7號）F2、RIL群體已構建了SSR、SNP高密度遺傳連鎖圖譜，并定位了17個谷子主要形態-農藝及產量相關性狀QTL［11 - 12 ］，其中鑒定篩選出的兩親本間SSR多態性分子標記，適合建立隴谷23號SSR指紋圖譜，為隴谷23號從分子水平區別于其他品種建立“分子身份證”。

1 親本來源與選育經過

1.1 親本來源

隴谷23號（原系號：YL2012南003-38）以豫谷1號為母本、隴谷7號為父本進行有性雜交，經過多年水旱穿梭選育和多點鑒定育成的豐產、抗病、優質谷子新品種。母本豫谷1號為河南省安陽農業科學院選育，該品種春播生育期115 d 左右。莖稈堅韌，抗倒伏，成穗率高，株高150～160 cm。谷穗圓筒型，穗下節間短，穗碼緊。黃谷黃米，千粒重2.8 g左右，出米率80%以上。蒸煮及食味品質好，抗病性強。父本隴谷7號為甘肅省農業科學院作物研究所自主選育，該品種生育期100 d左右，極早熟品種，抗旱抗倒，抗黑穗病。耐水肥、耐密植。幼苗淺紫色，成株綠色。莖高85～98 cm，主莖可見節8.8～10.7節。主穗長14～18 cm，緊棒型，較細，小穗碼排列緊密，剛毛短，棕色。單株平均穗重8.0 g，穗粒重6.5 g，單株稈重6.0 g，秕谷少，出谷率為78%，籽粒深黃色，小米黃色，千粒重2.8～3.2 g。

1.2 選育過程

2011年以豫谷1號為母本、隴谷7號為父本組配雜交，成熟期收獲雜交穗，2012年種植雜交穗，依據表型特征選出F1真雜交單株（編號YL2012南003），2012年種植成行，選擇出綜合性狀表現突出的F2優異單株（YL2012南003-38），2014繼續選擇F3優異單株，2015 — 2016年以農藝性狀、豐產性、抗病性、抗旱性選擇優異株系，2017 — 2018年以綜合農藝性狀結合產量、抗逆性進行品鑒、品比試驗，2019 — 2020年以甘肅省多區域適應性進行全省多點試驗，2020年進行了全省生產試驗，并參加了全國區域試驗西北春谷早熟區組的適應性聯合鑒定試驗評價其生產潛力、生態適應性（圖1）。

2 產量表現

2.1 品鑒試驗

2017年參加在甘肅省天水市甘谷縣進行的水地品鑒試驗中，隴谷23號折合產量3 330.67 kg/hm2，較對照品種隴谷3號增產13.38%，居21個參試品種（系）第1位。

2.2 品比試驗

2018年參加在甘肅省天水市甘谷縣進行的水地晚熟組品比試驗中，隴谷23號折合產量4 529.16 kg/hm2，較對照品種豫谷18號增產17.84%，綜合性狀優良，植株較高，穗大粒多，糧草兼豐，居9個參試品種（系）第1位。

2.3 多點試驗

2019 — 2020年參加在甘谷縣、華池縣、環縣、靈臺縣、合水縣、寧縣等點進行的甘肅省谷子中晚熟品種多點試驗，隴谷23號2 a 12點（次）平均折合產量4 346.92 kg/hm2，較對照品種豫谷18號增產17.07％，除華池縣試點連續2 a減產外，其余5個試點均連續2 a增產，占參試點（次）的83.33%。其中2019年平均折合產量4 177.45 kg/hm2，較對照品種豫谷18號增產17.34％，居7個參試品種（系）第1位；2020年平均折合產量 4 516.38 kg/hm2，較對照品種豫谷18號增產16.83％，居7個參試品種（系）第2位（表1）。

2.4 生產試驗及示范

2020年在靈臺縣、甘谷縣、合水縣、隴西縣、環縣、通渭縣、華池縣、寧縣等8個試點進行生產試驗，其中通渭縣、隴西縣采用地膜覆蓋種植模式，其他試點均為露地條播種植模式。隴谷23號平均折合產量4 537.50 kg/hm2，較對照品種豫谷18號增產13.97%，8個試點均表現增產。其中通渭縣、隴西縣試點的隴谷23號平均折合產量據前2位，但增產幅度較小，這與地膜栽培方式密切相關；甘谷縣試點隴谷23號較對照品種豫谷18號增幅最大，為36.84%，表現出較好的適應性和豐產性（表2）。

2.5 全國區域試驗西北春谷早熟區組的區域適應性聯合鑒定試驗

2020年參加在甘肅白銀、陜西榆林、山西大同、河北張家口、寧夏固原、內蒙古呼和浩特及赤峰等地進行的全國區域試驗西北春谷早熟區組的區域適應性聯合鑒定試驗。隴谷23號平均折合產量為5 466.00 kg/hm2，較對照品種大同29號減產4.32%。7個試點中有4個增產，增產點率為57.1%，增產幅度為0.85%～15.26%（表3）。

3 特征特性

3.1 植物學特征

隴谷23號生育期138 d，株型下披，莖稈粗壯無分蘗，幼苗、成株均為綠色。圓筒型穗，穗碼較緊，短剛毛，剛毛綠色。白谷黃米，米質粳性。該品種株高139.5 cm，莖粗1.16 cm，主莖可見節數14節。穗長23.2 cm，單穗重30.95 g，穗粒重24.97 g。單株草重43.97，出谷率80.7%，千粒重3.23 g。

3.2 品質

2020年經農業農村部谷物及制品質量監督檢驗測試中心（哈爾濱）檢測，隴谷23號籽粒含粗蛋白（干基）125.7 g/kg、粗脂肪（干基）38.2 g/kg、粗淀粉（干基）794.5 g/kg、賴氨酸（干基）1.8 g/kg、支鏈淀粉（占淀粉）784 g/kg。

3.3 抗病性

2020年經甘肅省農業科學院植物保護研究所在甘肅省農業科學院會寧試驗站進行田間自然感病調查隴谷23號，抗谷銹病（R，病情級別3級，反應型2級），中抗谷瘟病（MR，級別5級，穗碼發病率11.4%）、白發病（MR，病株率為8.2%）。田間接種鑒定，對黑穗病表現為抗病（R，平均發病株率為4.4%），中抗玉米螟（MR，DI=0.41）。

4 隴谷23號SSR指紋圖譜

依據（豫谷1號×隴615e93c9cd23a16315d4b0fdf9e298cf谷7號）F2、RIL群體構建連鎖圖譜中使用的74對多態性SSR標記（表4），參照Liu等的方法［13 ］，通過PCR擴增和聚丙烯酰胺凝膠電泳，獲得隴谷23號相應位點對應的基因型，采用Mapchart構建了其SSR指紋圖譜。圖譜中覆蓋染色體長度為373.1 Mb，覆蓋率為率為88.2%，第4染色體（Chr.4）SSR標記數最少，僅包含4對，第5染色體（Chr.5）SSR標記數做多為13對，49對SSR基因型與豫谷1號相同，25對SSR基因型與隴谷7號相同（圖2），表明隴谷23號遺傳背景偏向于豫谷1號。

5 適宜種植區域

適宜在甘肅中東部地區、山西大同、陜西榆林、寧夏固原及內蒙古呼和浩特等西北春谷區種植。

6 栽培技術要點

6.1 適時播種， 合理密植

隴谷23號春播適宜播期為4月20日左右，隴東地區可推遲至5月上中旬播種。旱地種植留苗密度30.0萬～45.0萬株/hm2，高水肥條件地區可控制在52.5萬～75.0萬株/hm2，復種留苗密度45.0萬～60.0萬株/hm2。

6.2 施足底肥， 增施追肥

春播前施農家肥30 000～60 000 kg/hm2、尿素150～225 kg/hm2、磷酸二銨300～375 kg/hm2，適宜的氮磷比是1∶0.45～0.65。

6.3 加強田間管理

3葉期間苗，5葉期定苗、中耕培土，促進形成壯苗。及時防治病蟲害，用5%辛硫磷乳劑3.75 kg/hm2或 50%辛硫磷可濕性粉劑37.5 kg/hm2進行土壤消毒，可有效防治地下害蟲，保全苗壯苗。嚴防麻雀危害。

6.4 收獲

收獲方式同其他谷子品種相似［14 ］，不同生態區根據谷子籽粒的成熟度來決定收獲時間。收獲后及時晾曬，防止谷穗發芽和霉變。

參考文獻：

［1］ WANG C F， JIA G Q， ZHI H， et al. Genetic diversity and population structure of Chinese foxtail millet ［Setaria italica（L.） Beauv］ landraces［J］. G3-Genes Genom Genet 2012， 2（7）： 769-777.

［2］ HUNT H V， PRZELOMSKA N A， CAMPANA M G， et al. Population genomic structure of Eurasian and African foxtail millet landrace accessions inferred from genotyping-by-sequencing［J］. Plant Genome. 2021; 14（1）： e20081.

［3］ DOUST A. Architectural evolution and its implications for domestication in grasses［J］. Ann Bot-London， 2007， 100（5）： 941-950.

［4］ MUTHAMILARASAN M， DHAKA A， YADAV R， et al. Exploration of millet models for developing nutrient rich graminaceous crops［J］. Plant Science， 2016， 242： 89-97.

［5］ BRUTNELL T P， WANG L， WARTWOOD K， et al. Setaria viridis： a model for C-4 Photosynthesis［J］. Plant Cell， 2010， 22（8）： 2537-2544.

［6］ KOLE C， MUTHAMILARASAN M， HENRY R， et al. Application of genomics-assisted breeding for generation of climate resilient crops： progress and prospects［J］. Frontiers in Plant Science， 2015， 6： 563.

［7］ 袁俊秀，劉效華，王世紅，等. 抗旱豐產春小麥新品種隴春43號選育報告［J］. 寒旱農業科學，2024，3（1）：43-46.

［8］ 景海春，田志喜，種 康，等. 分子設計育種的科技問題及其展望概論［J］. 中國科學：生命科學，2021，51（10）：1356-1365；1355.

［9］ 段艷鳳，劉 杰，卞春松，等. 中國 88 個馬鈴薯審定品種 SSR 指紋圖譜構建與遺傳多樣性分析［J］. 作物學報，2009，35（8）：1451-1457.

［10］ 吳渝生，楊文鵬，鄭用璉. 3個玉米雜交種和親本 SSR 指紋圖譜的構建［J］. 作物學報，2003，29（4）：496-500.

［11］ LIU T P， HE J H， DONG K J， et al. QTL mapping of yield component traits on bin map generated from resequencing a RIL population of foxtail millet （Setaria italica）［J］. BMC Genomics， 2020， 21（141）： 1-13.

［12］ LIU T P， HE J H， DONG K J， et al. Genome wide identifcation of quantitative trait loci for morpho agronomic and yield related traits in foxtail millet （Setaria italica） across multi environments［J］. Molecular Genetics and Genomics， 2021， 297（3）： 873-88.

［13］ LIU X Y， TENG Z H， WANG J X， et al. Enriching an intraspecifc genetic map and identifying QTL for fber quality and yield component traits across multiple environments in Upland cotton （Gossypium hirsutum L.） ［J］. Molecular Genetics and Genomics， 2017， 292： 1281-1306.

［14］ 何繼紅，張 磊，董孔軍，等. 優質谷子新品種隴谷029選育報告［J］. 寒旱農業科學，2022，1（2）：139-141.