高异交结实谷子中晚熟雄性不育系的选育与利用项目可行性研究报告

*市重点研发计划项目（农业方面）高异交结实谷子中晚熟雄性不育系的选育与利用可行性研究报告一、项目概述1、项目提出背景、意义及必要性；*市着力推进发展现代农业产业进程中，扩大特色杂粮 等耐旱作物的种植是*市“十三五”农业农村经济发展规划中的农业科研亮点，由此可见谷子在有机旱作农业中具 有优势地位。*市发展特色农产品，把谷子的丰产建设放在开展特色农产品首要位置上，*产业结构调整中,谷子被列 为发展小杂粮产业的领衔农作物,发展前景广阔。因此，大 力发展谷子生产种植对于稳步推进*市农业产业结构调整 具有重要意义，对于从事谷子育种及杂种优势利用研究工作是机遇也是挑战。*市谷子种植区域主要分布东山五县（*县、*县、* 县、*县、*县）丘陵山区，占全市谷子种植面积 70%。大部分种植仍使用常规品种，与其它禾谷类作物相比，谷子单产水平偏低，生产落后，产量水平和种植效益低而不稳，严重困扰着谷子生产的发展，这是造成谷子种植面积减少的主要原因。针对当前谷子生产中存在的突出问题，选育适宜简约化栽培的强优势杂交组合，育成适合*市和谷子中晚熟区杂交种迫在眉睫。杂种优势利用是作物培育高产、优质、高抗新品种的最主要手段，而利用雄性不育系进行杂交育种又是杂种优势利用最经济、有效的途径之一，作为杂种优势利用的关键步骤， 雄性不育系的选育直接决定作物杂种优势育种的成功与否。目前，在谷子中晚熟种植区，通过谷子育种家们的努力， 已选育出一些性状优良的不育系，但仍然存在不育系与恢复系花期相差较远，使得不育系与恢复系必须错期播种的问题。这不仅加大谷子制种成本，不利于谷子杂交制种，而且极易造成制种失败。因此，在有机旱作农业和发展特色农业以及农谷建设的背景下，急需选育出适合谷子中晚熟区种植的高异交结实谷子中晚熟高度雄性不育系，从而推动谷子中晚熟区杂种优势利用研究。本项目对现有不育系种质资源的早熟性进行改良，选育适合在*市种植的谷子中晚熟不育系及谷子杂交种，对加快实现*市现代农业产业建设的步伐，推进脱贫攻坚以及促进乡村振兴具有重要意义。2、项目研究的主要内容和目标； 主要研究内容：（1） 中晚熟谷子雄性不育系选育。改良现有优质谷子 不育系熟期。（2） 选育优质高产中晚熟谷子杂交种选育。项目研究目标：（1） 选育 1-2 个谷子不育系，生育期在 110 天左右， 不育率达 95%以上。异交结实 50%以上。（2） 选育适宜谷子中晚熟区种植的优质高产谷子杂交 种 1 个。（3） 发表研究论文 1 篇。3、项目预期形成的成果、知识产权。本项目于 2020 年完成，并提供拥有自主知识产权的论文、专利。*省农业科学院*研究所拥有育成品种的自主知 识产权。二、技术可行性分析1、国内外现有技术、知识产权和技术标准现状比较及 预期分析；谷子是我国主要杂粮作物，有抗旱、耐瘠薄的特点，* 省种植面积在 300 万亩左右，*东山各县广泛种植。在*市农业种植结构调整及*省有机旱作农业扩大特色杂粮等耐旱作物种植的发展规划中，谷子具有优势地位。然而目前*市谷子种植大部分仍使用常规品种，与其它 禾谷类作物相比，谷子单产水平偏低，生产落后，产量水平和种植效益低而不稳，严重困扰着谷子生产的发展，这是造成谷子种植面积减少的主要原因。针对当前谷子生产中存在的突出问题，选育适宜简约化栽培的强优势杂交组合，育成高产、高效、优质杂交种迫在眉睫。谷子属于严格的自花授粉作物，花器小，颖壳扣合紧密， 利用人工去雄实现谷子大规模杂交非常困难，这就使得利用谷子杂种优势育种非常重要。而在利用谷子杂种优势“二系” 育种中，不育系对杂种优势育种的成功与否起着关键的作 用。国外对谷子不育系的研究报道甚少，仅见 T aka-hahi N. 报道 了谷子 雄性 不育基 因受一 对隐 性核基 因控制（Ananthakalaiselvi A，1999 ），此后虽有多例谷子与狗尾草的种间杂交的报道，但均未涉及杂交后代不育系选育。在国内，谷子杂种优势利用研究始于 1969 年，至今已近 50 年的时间。对谷子不育系的研究先后经过谷子核质互作不育“三系”、“隐形高度雄性核不育”、“显性核不育”、“ 光(温)敏核不育”等方面的研究（朱光琴，1972；崔文生等， 1978、1991；胡洪凯等，1986；刁现民等，1991；赵治海等,1996；王玉文等，2010 等）。选育出的不育系类型主要有“延型不育系、蒜系、长 10A”等高度核不育材料和“光A_1、821A”等光(温)敏核不育材料。目前，谷子杂种优势利用主要集中在这两类不育材料方面，并取得了一定的成 绩。2007 年报道，张杂谷 5 号最高单产 810 kg，创中国谷子最高纪录（姚瑞，2010），谷子杂交种的增产潜力得到验 证。但“张杂谷”系列，均属早熟类型，不适宜在我国谷子中晚熟生态区种植。为此，*本土谷子育种创新团队在杂种优势利用研究方面，研究实践多年，形成了一套完整的谷子杂种优势利用配套技术体系，在不育系和恢复系的选育、杂交组合选配及制种技术等方面均取得了一定的突破，谷子杂交种通过省认定及非主要农作物品种登记，制约杂交种在生产上大面积推广原因其一是不育系异交结实率不高，制种产量较低，致使制种成本太高，另外就是目前选育的不育系都较早熟，与恢复系制种时需错期播种，给生产上大面积推广杂交种带来很大的阻力。针对目前杂交种在生产上利用问题，开展“高异交结实 谷子中晚熟雄性不育系的选育与利用”研究，目的在于改良 不育系品质，进一步提高不育系的异交结实率，使不育系与恢复系花期一致，进而推动谷子杂交种在生产上大面积利 用。2、项目的技术路线、工艺的合理性，关键技术的先进 性和效果论述；以优良谷子不育系种质资源为基础，与华北优质品系通过杂交、回交、系谱法方法增加育种群体目的基因的频率， 从而聚合开花期晚、花期长性状，实现谷子不育系熟期改良， 创制高配合力的优良中晚熟不育系。选育过程，对杂交后代使用田间不育系柱头镜检与授粉试验相结合，鉴定其异交结实性能，再结合室内品质鉴定， 选择符合目标的不育穗系收获、加代、繁殖，进而选育出优质、高异交结实的中晚熟谷子不育系。3、项目组织管理措施（包括产学研结合模式）。（1） 项目管理。项目实施由项目主持人总负责，根据项目任务书合理制定每年的科研计划进度实施方案，及制定每个项目成员工作内容，合理利用人力资源，分工明确，责任到人，有序管理。（2） 产学研结合模式充分利用承担单位谷子、高粱产业体体系平台资源，建立高效的运行制和创新平台。（3） 科学合理使用科研经费。本项目经费上严格按照合同经费预算支出，由本所财务人员进行监督检查，严格执行经费支出的有关规定，以保证项目经费的合理有序使用。每年度对项目实施内容及经费支出情况进行年度总结，保证课题任务的顺利完成。三、项目实施的基础条件和优势1、项目申请单位基本情况（包括单位经济规模和增长情况、内部管理体系、科研条件、从事研究开发的人员力量、 资金投入等情况）；（1）单位基本情况项目申报单位*研究所，隶属于*省农业科学院的公益一类事业单位。高粱种质资源创新、高粱育种等多个研究领域在全国处领先水平，具有完成该项目的技术条件和管理条件。单位财务状况良好，具有严格的财务管理制度，采取绩 效管理，可保证项目经费使用效率。*省农业科学院*研究所在*市*区*镇建立有试验 基地，在海南三亚拥有南繁育种基地，所内建有“高粱遗传与种质创新*省重点实验室”、 “国家高粱产业技术创新战略联盟”。近年来一直承担着国家产业体系、国家科技支撑计划、国家 863、国家高新技术产业化、科技成果转化、省科技攻关等研究项目，在高粱和杂粮新品种选育、高粱和杂粮产学研结合方面走在全国前列，对我国杂粮产业的发展中发挥着重要作用。2、已有的研究开发基础（包括项目实施所需的基础设 施和已取得的科技成果）；主持单位可提供 10 亩试验用地。本研究室拥有谷子试验材料 1000 余份，并有办公室 20 平米，储藏室 20 平米，晾晒场 20 平米。本研究团队从上世纪 80 年代已经开展谷子杂种优势利用研究工作，参与完成了国家“十一五”“十二五”科技支 撑计划、省科技攻关、*省农科院特色农业技术攻关等项目的研究。通过以上科研工作研究基础，收集、鉴选谷子不育系种质资源材料，选育配合力好、综合抗性强的谷子不育系晋 1A， 登记抗除草剂杂交种晋谷 50 号。3、项目负责人背景资料（包括教育背景、科技意识、 转化推广能力和经营管理水平）；*，女，1982 年生，副研究员，博士，2010 年入职* 研究所以来一直从事谷子杂种优势利用研究工作。参与完成了国家“十一五”“十二五”科技支撑计划、省科技攻关项 目，主持在研 1 项*省农科院特色农业技术攻关项目。第一作者发表科技论文 7 篇,合作发表研究论文 20 余篇。授权实用新型专利 3 项，申报发明专利 1 项。具备主持承担科研项目的专业能力。4、合作单位及具体合作方式介绍（人、财、物投入方 案，任务分工，利益分享机制）。四、研究内容与考核指标1、研究内容、技术路线和创新点； 研究内容：（1） 中晚熟谷子雄性不育系选育。利用河北、河南夏 谷区优良品种对现有晋高 A、张 A 等不育系进行改良。（2） 中晚熟谷子杂交种选育。选育中晚熟不育系，与 春谷区优良谷子品种测配，选育优质高产杂交种。创新点（1） 谷子中晚熟不育系新种质创制，选育生育期长， 熟期晚的不育系，易于与父本花期相遇，便于制种，为中晚 熟杂交种的大面积推广创造条件；（2） 提高谷子不育系的异交结实率达 50%以上，进而提高制种产量。2、主要技术指标（如形成的知识产权、技术标准、新技 术、新产品、新装置、论文专著等数量、指标及其水平，与 国内外同类技术或产品的竞争分析，满足项目所依托的重大工程建设或重大装备研制的需求情况等）；（1） 选育 1-2 个谷子中晚熟不育系，生育期在 110 天左右，不育率达 95%以上，异交结实率 50%以上。（2） 选育适宜谷子中晚熟区种植的优质高产谷子杂交 种 1 个。（3） 发表研究论文 1 篇。3、项目实施进度计划，分阶段说明实施内容和目标；2019.01-2019.05查阅文献，撰写试验设计。2019.05-2020.09对现有不育系熟期改良，同年南繁加代选育。2019.10-2020.05进行上年选育的不育系谷子不育率计算，分析数据撰写论文。2020.05-2020.10恢复系进行测配，继续选育高度雄性不育系。2020.10-2020.12整理分析数据撰写结题材料。4、人才队伍建设；本课题组有研究人员 2 名，其中副研究员 1 名，助理研究员 1 名，分别为博士研究生和硕士研究生，具备完成该项目的人才基础。通过项目的实施，培养一支人员结构合理、分工明确、具有较强科研能力的谷子育种团队。5、项目实施可能形成的示范基地、中试线、生产线及 其规模。项目完成后，在*市小面积示范种植中晚熟谷子杂交种 新品种 500 亩，示范效果好可以在全省全国谷子中晚熟区大面积推广种植。五、投资估算及资金筹措1、项目投资估算；本项目总投资预算 9 万元。2、资金筹措方案；全部来自*市重点研发计划专项经费。2、投资使用计划；项目的经费预算单位：万元项目金 额项目金 额项目投资合计9.0项目支出合计一、财政拨款9.0（一）直接费用 年度拨款1.设备费0.9 年度拨款2. 材料费1.3 年度拨款3. 测试化验加工费0.5二、其它部门拨款4. 燃料动力费0.4其中：国家拨款5.出版/文献/信息传播/知识产权事务费0.9省拨款6.会议费/差旅费/国际合作与交流费/国内协作费2三、自有资金7.劳务费1.8四、贷款8. 专家咨询费五、其它资金9. 其它支出0.4（二）间接费用0.8其中：绩效支出0.44、资金管理措施。资金管理措施执行*省农业科学院*研究所科研项目资金财务管理办法和关于科研项目经费财务支出保险补充规定。六、经济和社会效益分析1、预期经济、社会、环境效益（如技术及产品应用产业化前景，在项目实施期内能够形成的市场规模与效益等）；（1） 经济社会效益谷子中晚熟不育系及杂交种新品种的育成，提供杂交种比原有种植谷子品种平均亩产增加 20 公斤，按照 4 元/公斤谷子商品市场价计算，农民每亩可增收 80 元。项目实施期间推广示范 1 万亩，可创社会经济效益 80 万元。（2） 社会效益谷子中晚熟不育系新种质的育成，生育期延长母本父本花期相遇，降低杂交种制种成本，提高效益，提升中晚熟区谷子生产水平，推动中晚熟区谷子杂种优势利用研究工作。（3） 生态效益从*市全年降雨量来看，局部地区属于干旱性草原气 候。谷子耐瘠薄、抗旱，是节水抗旱的优势作物，种植谷子 对*市有机旱作农业发展具有重要意义。