專利名稱：羊草育種及擴繁栽培方法
技術領域：
本發明屬于多年生牧草的育種栽培方法，特別是運用植物輪回選擇方法進行羊草新品種選育和栽培的技術領域。
植物育種的輪回選擇法，是國際上七十年代興起的創造改良雜合群體的一項育種新技術。美國、蘇聯等國專家應用這項技術在玉米、苜蓿、黑麥等異花授粉植物的育種工作中，已經獲得了極大的成功，但在羊草育種的應用上，尚屬空白。我國牧草育種工作者多年來運用常規育種的混合選擇、個體選擇及輻射育種等項技術，為解決野生羊草生產上的“三低”(產草量、產種量、出苗率)難題，進行了羊草育種的多項嘗試，在本項發明之前均未獲得成功。其原因在于羊草的遺傳基礎為異花授粉的雜合子，其正確的育種目標，不但要保證很高的雜種優勢，而且能保證基因型與群體的較大的遺傳變異性，即雜合態。同時作為數量遺傳的生產力、蛋白質等豐產性狀，則是由基因的累加遺傳效應所決定的，因而越選越純的混合選擇和個體選擇在提高產量上不成功的基本原因所在，即是使累加遺傳變量受到限制。本項發明所采用的一般輪回選擇法和全姊妹家系輪回選擇法的基礎是基因的累加遺傳效應，在廣泛利用組合變異性的基礎上，連續采用輪回選擇，不但發展了群體基因儲備中有益基因的頻率，而且又保持了雜合群體的遺傳平衡，是適合于多年生牧草的育種新方法。因而本項發明的目的，在于克服已有技術的不足之處，提出一種既能保持多年生牧草雜合群體的遺傳平衡特性，又能獲得很高雜種優勢的羊草改良群體的適宜育種方法。
本項發明所選育的雜種是異花授粉植物遺傳上平衡的多年生牧草，該雜種的組成是按配合力選配的，其主要方法是以自交系為親本材料，通過輪回選擇，培育出羊草新品種；并通過“三元擴繁法”及化學免耕法進行繁育和栽培。
以下是本項發明的主要內容及其方法特征(一)羊草輪回選育的技術方法及其特征。
在搞清羊草為異花授粉植物的基礎上，根據豐產性的育種目標，


圖1顯示了本項發明在品一、二、四的育種工作中采用的“一般配合力輪回選擇”的育種程序圖；圖2顯示了本項發明在品三育種工作中采用的“全姊妹家系輪回選育”方法的育種程序圖，即為了保持品三親本抗旱性強的特性，后代是從同一種群中選擇到的輪回雜種當代(S0)植株進行雜交而形成的。
為了便于對比，圖3給出了植物輪回選擇技術進行豐產性育種的“一般配合力輪回選擇”方法的模式圖，圖4則是旨在改良群體本身品質的“全姊妹家系輪回選擇”方法的模式圖。輪回選擇的基本方法主要交替采用以下措施的育種計劃來完成一、從雜合材料中隔離一些按有益的經濟性狀挑選的基因型，通過自交繁殖其固有的基因儲備，并發展基因儲備中有益基因的頻率。
二、在同相應的測驗種雜交試驗的基礎上，根據配合力鑒定被分離的基因型，并從中選擇較好者。
三、將選中的基因型(自交系)組成盡可能多的組合進行雜交，或使之自由授粉，以獲得新的綜合群體。這一群體應具有較高的有益基因濃度，即具有很高的優良基因型(重組合)比率。
四、從綜合群體中再次隔離個別的基因型。
五、用自交法隔離繁殖從綜合群體中分離出的基因型，并測驗其配合力。
六、根據測試的結果，選擇配合力較好的基因型(二環系)，并用它們雜交而獲得新的綜合群體，這種群體有益基因更加富集，并有條件地被稱為二輪綜合群體，這種群體又可能被用來培育三環系。
輪回選擇方法的實質在于雜交和選擇輪回的重復，是在個體選擇和混合選擇方法的基礎上的發展。
圖5顯示的個體選擇的基本方法是在大田或測驗小區里，選擇優良個體(單株或單穗)分別脫粒、分別播種，通過與對照品種比較，淘汰不良的小區，選拔優良的小區，成為新品系。第二年起再進行1-2次的比較試驗，肯定新品種。因此個體選擇又稱為一穗傳選種法或系統選育法。
圖6顯示的混合選擇法一般從種植年代較久，已形成不同類型的品種群體中，選擇優良而性狀基本一致，或某一性狀相同的類型(即為一個集團)的單株或單穗，混合脫粒(不同集團分別脫粒)并播種在各自小區內，與原始品種、對照品種進行比較，經過1次或多次選擇后，肯定新品種。
因此對比
圖1、圖2顯示的本項發明的育種方法與圖5、圖6顯示的常規育種的個體選擇法、混合選擇法的不同的特征在于一、輪回選擇所選育的雜種是異花授粉植物遺傳上平衡的群體，該雜種的組成是按配合力選配的，其遺傳基礎是基因的累加遺傳效應。
二、直接利用和培育自交系做親本。
三、進行配合力測定，確定雜交組合。
四、融入不同基因型的新組合間的雜交，以獲得重組合材料。
五、授粉受到人為控制，在人工強制套袋或隔離區內自由授粉的情況下，進行新組合間的雜交。
六、每一輪都要進行選擇和重組合。
七、每一輪都要將所獲得的新的綜合群體同原始群體做比較(品比鑒定)。
因而本項發明較之常規方法的優點在于一、通過綜合品種避免了純合基因位點的迅速固定，保持了群體的遺傳多樣性，即克服了混合選擇和個體選擇越選越純的弱點。
二、本項發明的實施例經過兩輪、七年的育種工作，即培育出四個羊草新品種，較之常規方法的育種年限縮短了3-4年，且育種效率高。
同時本項發明的育種方法對圖3、圖4所顯示的植物育種的輪回選擇技術的創造性貢獻其特征在于一、第一次將植物輪回選擇技術應用于羊草育種工作，為植物輪回選擇技術的應用開辟了一項新的育種領域；為羊草的育種工作開辟了一條新的育種途徑。
二、本發明的貢獻還在于將產量指標(品比鑒定結果)與細胞學指標(染色體分析)及生物統計指標相結合進行選擇，第一次在細胞學水平上提出了輪回育種的選擇指標，使保持雜合群體的遺傳平衡問題在染色體水平上找到依據。
三、本發明的貢獻還在于人工培育出國際第一代羊草新品種，其產草量、產種量、出苗率均比野生羊草提高50％以上，且品質優良，抗逆性強，較好地解決了野生羊草生產上的“三低”難題，結束了人類用野生羊草改良天然草場的歷史。
(二)羊草新品種擴繁方法及其特征。
為便于對比，圖7給出的是利用常規育種的混合選擇法和個體選擇法進行新品種擴繁的二級繁育體系，其繁育方法為一、在一級種子田里，進行混合選擇，混合脫粒，作為第二年的一級種子田種子。其余去雜去劣后，作為二級種子田的種子。
二、在二級種子田里，進行嚴格去雜去劣后，收獲的種子供大田生產用。
圖8給出了本項發明進行羊草新品種擴繁的“三元擴繁法”的三級繁育體系，其繁育方法為一、通過雜交組合配制一級雜種。
二、將一級雜種拔雜去劣，提純復壯后，隔離授粉，繁育二級雜種。
三、將父母本與品種輪回，加大擴繁系數，進行二級擴繁。
與傳統的常規擴繁方法相比，本項發明的擴繁方法的優點為
一、繁殖純度高。根據輪回選擇的綜合種的豐產性在F2、F3、F4代不會降低的原理，三種擴繁方法均可視為一級雜種田。
二、繁殖系數高。“三元”并進的方法，加大了繁殖系數，可多種形式繁殖。
(三)羊草新品種的高產栽培方法及其特征。
“良種必須輔之以良法”。平播，撒種，粗放管理，三年見草、見效益的落后的野生羊草的管理制度，已遠遠不能適應羊草新品種的高產要求。根據吉生號羊草新品種的品種特性，經過多年的研究實踐，我們進一步發明了羊草新品種的高產栽培技術措施。與野生羊草栽培方法相比，其技術特征在于采用化學除草劑“農達”加“禾耐斯”組合或“2.4-D丁酯”加“禾耐斯”組合，兩次進行化學除雜；加之合理的安排施肥品種和追肥時期，達到免耕栽培和高產栽培。
本項發明的栽培方法，可使羊草在第二年即開花結實，較之野生羊草三年見效的管理方法，效益提前1-2年，并在第二年即可收回全部成本，效益顯著。
下面以吉生一、二、三、四號羊草為例，詳細說明本項發明的育種過程和擴繁體系及栽培方法。
(一)羊草新品種的選育一、原始材料采集(1979-1980年)野外單株選擇原始材料及室內考種，共采集到113份基因型及原始材料。
1、采集地吉林省長嶺種馬場、長春老虎公園。
內蒙古高林屯種畜場、伊胡塔草原站、嘎達蘇種畜場、海拉爾草原站。
2、入選指標1)野外目測株高、穗大、葉寬。
2)無病害。
3)室內考種結實率40％以上或20粒/穗。
二、自交系選育(1981-1982年，C0)原始材料觀察及原始材料的重組合，即原始輪回(C0)。
1、將113份基因型分別種成觀察圃。
1)進行原始材料觀察，掌握育種材料的生物性狀基礎。
2)進行豐產性狀調查，為第一輪育種選擇生物性狀優良單株。入選指標
旗葉長10cm、寬1cm以上；綠葉數4個以上-1982年遇到50天以上的大旱進行的選擇；株高80cm以上；穗長15cm以上；葉毛密；莖粗0.3cm以上；穗型圓錐型、復生型混生；無病害。
3)進行授粉特性調查(在本項發明之前，羊草的授粉特性一直不清，該項發明工作已發表)，以確定育種方法。
4)進行質量性狀調查及遺傳分析，為育種選擇找出指示性狀。
質量性狀調查苗期真葉鞘色，葉色，莖色，花色，穎色，穗型。
遺傳分析以上六個性狀的遺傳分離比例，及羊草的有絲分裂、減數分裂觀察。
2、將各種群入選優良單株分別混合脫粒播種。通過套袋自交，繁殖、鞏固、發展有益基因的頻率。對照(CK)同步傳代，以做比較(在500米隔離區外)。
1982年得到原始材料自交一代(原始輪回自交系)。
3、在入選的優良單株種群內，進行人工授粉的正、反交，即配合力測定，測定了八個組合，每對組合雜交100穗，共雜交1600穗。測定組合1)長嶺×長春，2)長嶺×海拉爾，3)長嶺×嘎達蘇，4)長嶺×伊胡塔，5)嘎達蘇×高林屯，6)嘎達蘇×伊胡塔，7)海拉爾×嘎達蘇，8)海拉爾×伊胡塔。
4、將原始材料自交系于1982年8月初播種，對其進行品比鑒定。
三、輪回選擇育種1、第一輪雜交選育(1983-1984年，C1)。
1)經配合力測定，選出8個結實率、配合力均較高的組合，及選出的優良生物性狀組合，做為第一輪育種的原始材料，在人工隔離區內，利用自然授粉，分別進行第一輪重組合，對照(CK)同步傳代。
入選指標結實率60％以上，配合力20％以上，生殖枝170個/m2,40粒/穗，出苗率60％以上。
雜交組合長嶺×長春(結實率，正交)。
海拉爾×長嶺(結實率，反交)。
伊胡塔(生物性狀，伊胡塔型)。
伊胡塔(結實率，長嶺型)。
海拉爾×長嶺(生物性狀，反交)。
長嶺×長春(生物性狀，正交)。
嘎達蘇×高林屯(結實率，正交)。
嘎達蘇×伊胡塔(生物性狀，正交)。
2)每對組合用人工套袋法繼續進行配合力重復測定，每組合100對，共套袋800對。
3)1983年C0自交系品比試驗結果(表1)C0自交系產種量品比試驗結果表11983年 單位kg/ha
4)1984年從結實率組合中得到四個產種量、產草量、配合力均較高的C1新組合入選指標出苗率60％以上，配合力80％以上，產種量90kg/ha，鮮草產量7500kg/ha，干草產量4500kg/ha，結實率50％～60％，生殖枝170個/m2。
5)1989年8月上旬將結實率的C1新組合的第一輪雜種當代(C1S0)播種，進行品比鑒定。C1S1新組合產量結果見表2。
C1S1新組合與CK產量比較表2 1985年
6)細胞觀察第一輪回雜種當代(C1S0)的染色體減數分裂異常現象、染色體配對情況、小孢子孕性、有絲分裂染色體數目頻率，以染色體減數分裂異常現象較少、染色體配對正常、小孢子孕性高、28條染色體數占65％以上為選擇指標，確定下一輪的育種方案；并與第一輪回雜種一代(C1S1)的結實率進行相關分析，以驗證配合力及C1S1的雜種優勢。
2、第二輪雜交選育(1984-1985年，C2)。
1)1984年8月上旬將選出的第一輪結實率組合與生物性狀組合的雜種(C1S0)混播，進行第二輪重組合，又成為四個新組合品1[長嶺×長春(結實率)]×[長嶺×長春(生物性狀)]。
品2[海拉爾×長嶺(結實率)]×[海拉爾×長嶺(生物性狀)]。
品3伊胡塔(結實率)×伊胡塔(生物性狀)。
品4[嘎達蘇×高林屯(結實率)]×[嘎達蘇×伊胡塔(生物性狀)]。
2)1985年8月上旬將得到的第二輪回雜種當代(C2S0)播種，進行品比鑒定。
3)第二輪回雜種一代(C2S1)品比產量結果(表3)C2S1產量品比結果表3 1986年
注兩次品比試驗對照(CK)設置CK1.2:C1-長嶺野生羊草，C2-親本。
CK3伊胡塔野生羊草(伊胡塔型，黃葉)。
CK4:C1-嘎達蘇野生羊草，C2-親本。
4)細胞觀察第二輪回雜種當代(C2S0)染色體減數分裂異常現象、染色體配對情況、小孢子孕性、有絲分裂染色體數目頻率，細胞學選擇指標為28條染色體數占80％以上。與第二輪回雜種一代(C2S1)結實率進行相關分析，驗證配合力及C2S1雜種優勢。
3、四個新品系區域試驗(1986-1989年)。
1986-1989年經吉林、內蒙、黑龍江三省11個地區的區域試驗，四個新品系的產草量、產種量、出苗率均比野生羊草提高50％、65％、400％以上，粗蛋白提高10～70％，與品比試驗結果相同。1989年底通過部級成果鑒定，1990～1993年四個品種全部通過全國牧草育種委員會品種審定，被農業部批準推廣，正式命名為吉生一、二、三、四號羊草。其品種特征、特性為1)吉生一號葉灰綠色，葉毛短而密，葉寬而挺。株高110～170cm，穗長14-22cm。莖葉比50.51∶49.47。生育期98天。品質好，干草粗蛋白含量9～11％。抗鹽鹼性強。干草產量平均7500kg/ha，產種量平均225kg/ha，出苗率平均50％以上。適宜在吉林、內蒙、黑龍江、陜北地區栽培。
2)吉生二號葉灰綠色，葉毛短而密，葉較吉生一號稍窄。株高120～170cm，穗長15～21cm。莖葉比為47.38∶52.62。生育期99天。品質僅次于吉生1號，干草粗蛋白含量9～10％。耐澇性較強，單位面積粗蛋白產量最高。粗纖維、灰分含量最高，分蘗力最強。干草產量平均8250kg/ha，產種量平均180kg/ha，適應性較強，產草量、產種量、出苗率均比野生羊草提高50％以上。適宜在黑龍江、內蒙東部、吉林地區栽培。
3)吉生三號葉色黃綠，葉毛短而密，葉最寬，圓錐型穗型居多，株高100～130cm，穗長12～20cm，早熟品種，生育期95天。抗旱性最強，適應性較廣。干草產量平均7500公斤/公頃，產種量平均150公斤/公頃，品質較好，粗蛋白含量6％。三項指標均比野生羊草提高50％以上。適宜在內蒙、陜北、吉林地區栽培。
4)吉生四號葉色黃綠，葉毛短而密，較吉生一、三號葉稍窄。株高110～140cm，穗長13～20cm，生育期98天。抗旱性較強，適應性最廣。品質較好，粗蛋白含量7％。干草產量9000kg/ha。三項指標均比野生羊草提高50％以上。適宜在內蒙、吉林、陜北地區栽培。
(二)羊草新品種擴繁1988-1994年在內蒙圖牧吉草地所進行了羊草新品種原種擴繁，面積為26畝。1992-1997年在吉林省德惠市種畜場、前郭縣新興村建立了原種基地2000畝。1997年在吉林省長嶺縣牧草繁育場播種良種田640畝，計劃建立良種基地20000畝。
本發明的主要擴繁途徑為一、各親本原種在隔離區內通過自由授粉擴大繁殖和輪回。原種田隔離區為500m，良種田隔離區為200m。
二、通過雜交組合直接配制一級雜種，根據羊草染色體數為28條、染色體基數為7、為四價體的遺傳基礎，并根據配合力的測定結果，各組合父、母本的配種比例一律為1∶3。
三、利用羊草多年生的特性，以輪回選擇法的遺傳基礎是基因的累加效應，所培育出的綜合種的豐產性在F2、F3、F4代不會降低的原理，將雜種一代拔雜去劣、提純復壯后，在隔離區自由授粉，繁育二級雜種。
四、利用四個品種間存有交叉親本的特點，將其父、母本與該品種進行輪回的方法，強化品種特性，進行二級擴繁。其擴繁方法為吉生一號×長春羊草→吉生一號吉生二號×海拉爾羊草→吉生二號吉生三號×伊胡塔羊草→吉生三號吉生四號×伊胡塔羊草→吉生四號根據所用品種的豐產性，父本的比例在0.1～1之間。
(三)羊草新品種的高產栽培一、播種方法根據羊草苗期芽子弱的特點，新品種出苗率提高后，播種量較之野生羊草又降低了900％，因而改平播為垅作，人工撒種為機播，從種到收及后期加工實現了機械化作業一條龍，并有利于出苗和田間管理。根據北方春旱的特點，采取淺播重壓的措施，復土后用鎮壓器重壓，復土深度為2cm。
二、播種量及播種時間播種量為15kg/ha，播種時間為4月初～7月初。
三、施肥根據田間土壤測定合理安排施肥品種，底肥以磷肥為主，150～300kg/ha。追肥品種為速效氮肥，200kg/ha，在羊草坐胎期(3～5葉)一次性追施，東北三省及內蒙東部應在每年5月中旬的第一場透雨前追完。
四、田間管理根據北方第一茬雜草以闊葉為主、出現在5月中旬，第二茬雜草以禾本科為主、出現在7月中旬的特點，以農達加禾耐斯組合或以2.4-D丁酯加禾耐斯組合，進行化學除雜在第一茬雜草高峰期，在羊草出苗前，用農達進行滅生性除草，或2.4-D丁酯苗后觸殺。在第二茬雜草出苗前，羊草出苗后，用禾耐斯進行土壤封閉，以達到全程免耕栽培。
五、收獲及燒荒7月中旬開始將種子收獲。9月初當水份降到12％以下時，進行脫粒和精選。10月底或第二年3月初進行田間燒荒，以利除雜和羊草返青。
權利要求
1.一種羊草的育種及擴繁栽培方法，其特征在于所選育的雜種是異花授粉植物遺傳上平衡的群體，采用輪回選擇方法，經兩輪選育，培育出羊草新品種；并采用“三元擴繁法”進行繁育；以化學除草的免耕法進行高產栽培和制種。
2.根據權利要求1所述的方法，其特征在于融入不同基因型的新組合間的雜交，獲得新的綜合種。
3.根據權利要求2所述的方法，其特征在于該雜種的組成是按配合力選配的，在育種材料中通過人工雜交授粉，進行配合力測定，以確定雜交組合。
4.根據權利要求2所述的方法，其特征在于采用強制套袋自交和原始輪回的方法直接培育自交系做育種的親本。
5.根據權利要求2所述的方法，其特征在于每一輪都要進行選擇和重組合，每一輪所獲得的新的綜合群體的重組合材料都將作為下一輪育種的原始材料。
6.根據權利要求2所述的方法，其特征在于每一輪都要將所獲得的新的綜合群體同原始群體進行比較(品比鑒定)。
7.根據權利要求5所述的方法，其特征在于運用染色體技術和生物統計分析，驗證配合力和雜種優勢，根據細胞學水平的選擇指標及每一輪的對比(品比鑒定)結果，確定下一輪的育種方案。
8.根據權利要求1所述的方法，其特征在于運用“三元擴繁法”，通過雜交組合配制一級雜種；利用羊草多年生的特性，將雜種一代拔雜去劣，提純復壯后，隔離授粉，繁育二級雜種；利用四個品種間存有交叉親本的特點，將其父母本與品種輪回的方法，以加大擴繁系數，進行二級擴繁。
9.根據權利要求1所述的方法，其特征在于采用化學除草劑“農達”加“禾耐斯”組合或“2.4-D丁酯”加“禾耐斯”組合，兩次進行土壤封閉，化學除雜，加之合理的安排施肥品種及追肥時期，達到免耕栽培及高產栽培。
全文摘要
一種羊草的育種及擴繁栽培方法,主要包括:新品種的輪回選育、三級擴繁及其高產栽培。本發明首次在國際上將輪回選擇技術引入到羊草的育種工作中,培育出國際第一代羊草新品種,創造出羊草新品種“三元擴繁法”及其高產栽培方法,并從細胞學水平上提出了輪回育種的選擇指標。本發明培育出的吉生號羊草新品種的產草量、產種量、出苗率均比野生羊草提高50%以上,育種年限較之常規方法縮短了3～4年。
文檔編號A01H1/00GK1219346SQ9712336
公開日1999年6月16日 申請日期1997年12月10日 優先權日1997年12月10日
發明者王克平, 郝水, 李建東, 李寶東, 夏宏志, 周紅昕 申請人:吉林省吉生羊草良種站