谷子[Setaria italica (L.) P. Beauv.]是中国几千年来传统的重要粮饲兼用作物,在我国的种植面积和产量居于世界首位,主要种植于我国北方干旱和半干旱地区,是北方重要的杂粮作物[1]。为了提高谷子产量,从20世纪60年代开始,我国谷子育种者就开始了谷子杂种优势利用研究[2,3,4,5]。谷子花器小,人工杂交不易,利用谷子不育系是经济有效的途径之一,经过几十年的研究,育成了许多谷子不育系和一些优势杂交种用于生产[6,7,8,9,10,11,12,13,14]。但目前谷子还没有三系配套,生产用的杂交种属于两系杂交种,所用不育系大多为高度雄性不育系,有5%~10%的自交结实率,用来繁殖不育系种子,因为不育系有少量自交结实,所以配制的杂交种里有部分假杂种（母本自交结实种子）。2000年以前,谷子杂交种仅靠人工间苗时根据苗色去除假杂种,如张家口地区坝下农业科学研究所1978年选育的谷子不育系为黄苗或绿苗,父本为绿苗或紫苗,绿对黄为显性,F1代留绿苗,紫对绿为显性,F1代留紫苗[2]。1993年,王天宇等[15]采用远缘杂交,将加拿大谷子野生资源青狗尾草（Setaria viridis）中的抗除草剂拿捕净基因导入栽培谷子品种中,2000年选育出了抗除草剂苗头品系。2006年,程汝宏等[16]将抗咪唑乙烟酸的野生青狗尾草材料引进到我国,2010年选育出抗咪唑乙烟酸的栽培谷子品种。此后,选育谷子杂交种所用的恢复系均为抗除草剂谷子品系,且这2种抗性均为显性遗传,真杂种具有抗除草剂特性,可以在出苗后3叶至4叶期喷施除草剂去假存真[17,18,19]。随着抗除草剂谷子杂交种的选育成功并在生产上大面积应用,谷子杂交种的配套简化栽培技术也被广泛研究[20,21,22],但关于去除假杂种简便易行的方法研究较少,且研究精细度不够,操作起来有一定困难。李素英等[23]研究表明,用0.11%拿捕净溶液拌种后闷种12h,杀除假杂种的效果最好,但未说明种子与药液的比例,且闷种时间较长,大规模生产经营时操作难度较大。
为了寻求去除假杂种简便易行的方法,简化谷子杂交种栽培流程,本试验用不同方法、不同浓度除草剂对杂交种种子进行处理,制定出简便、安全、有效去除假杂种的方法,为杂交种大面积推广并应用于生产提供技术支撑。
1 材料与方法
1.1 试验材料
试验于山西农业大学谷子研究所进行。参试谷子杂交种分别为长杂谷466和长杂谷2922,均为山西农业大学谷子研究所选育。长杂谷466是2020年通过国家登记,登记编号GPD谷子（2020）140094,为抗拿捕净杂交种,2019年试验用种是2017年在所内制种种子,真杂种率约38%;2020年试验用种是2018年冬天在海南制种种子,真杂种率约55%;长杂谷2922为抗咪唑乙烟酸杂交种,待登记,试验用种为2018年冬天在海南制种种子,真杂种率约25%。
拿捕净由中农住商（天津）农用化学品有限公司生产,有效成分12.5%,100mL/瓶;咪唑乙烟酸由山东先达化工有限公司生产,又名苜草净,有效成分5%,500mL/瓶。
1.2 试验设计
1.2.1 浸种处理试验 2019年,拿捕净和咪唑乙烟酸分别设6个浓度（0.2%、0.4%、0.6%、0.8%、1.0%、1.4%）对杂交种种子进行浸种处理,方法：药剂按设定浓度配好装入6个桶中,每个处理杂交种种子1kg装入沙袋,将沙袋浸入药液并上下晃动,约1min后待所有种子表皮均沾上药液后捞出控水。浓度0.6%和0.8%处理的种子分为3种干燥处理方式（阴干、晒干和烘干）,其余浓度处理的种子全部阴干处理。阴干是避免阳光直射,将种子放在阴凉通风干燥处自然风干;晒干是放在阳光下曝晒至干;烘干是在33℃烘箱中进行干燥。
1.2.2 包衣处理试验 2020年采用对应除草剂加入包衣剂对种子进行包衣处理试验,所用包衣剂为包衣玉米的普通包衣剂。根据2019年试验结果,在较为合理的浓度基础上,长杂谷466（抗拿捕净）设置6个包衣处理,分别为50g包衣剂拌2、3、4、5、6和7mL除草剂包衣2.5kg种子,分别记为N1、N2、N3、N4、N5和N6;长杂谷2922（抗咪唑乙烟酸）设置3个包衣处理,分别为50g包衣剂拌3、4和5mL除草剂包衣2.5kg种子,分别记为M1、M2和M3。在3叶1心期对所有处理均匀喷施对应除草剂,去除假杂种,喷药浓度0.5%。对照为没用药剂处理的种子,2个品种对照分别记为CK1和CK2。
所有经处理的种子均数出1000粒饱粒,采用人拉式独腿耧配合人工均匀溜籽方式种植于大田,每份种子播种行长7m,2次重复;每个处理的种子另外各数出200粒饱粒,种植于花盆,2次重复。
1.3 调查项目
种子出苗后3叶1心期喷施对应除草剂,1周后调查总苗数、活苗数（真杂种）和死苗数（假杂种）,计算真、假杂种出苗率,并进行差异性分析。
真杂种出苗率（%）=真杂种苗数/播种总粒数×100,假杂种出苗率（%）=假杂种苗数/播种总粒数×100。
2 结果与分析
2.1 除草剂药剂浸种试验结果
表1 拿捕净处理对长杂谷466去除假杂种的效果分析
Table 1
| 处理浓度 Treatment concentration (%) | 大田试验Field experiment | 盆栽试验Pot experiment | ||||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 总苗数 Seedling number | 假杂种 苗数 False hybrid number | 假杂种 出苗率 False hybrid rate (%) | 真杂种 苗数 True hybrid number | 真杂种 出苗率 True hybrid rate (%) | 总苗数 Seedling number | 假杂种 苗数 False hybrid number | 假杂种 出苗率 False hybrid rate (%) | 真杂种 苗数 True hybrid number | 真杂种 出苗率 True hybrid rate (%) | |||
| 0.2 | 316.0 | 108.5 | 10.85a | 207.5 | 20.75ab | 110.5 | 37.5 | 18.75a | 73.0 | 36.50a | ||
| 0.4 | 303.0 | 91.0 | 9.10b | 212.0 | 21.20ab | 100.5 | 32.0 | 16.00ab | 68.5 | 34.25ab | ||
| 0.6 | 阴干 | 238.0 | 45.0 | 4.50c | 193.0 | 19.30bc | 74.0 | 12.0 | 6.00bc | 62.0 | 31.00b | |
| 晒干 | 231.5 | 41.0 | 4.10c | 190.5 | 19.05bc | 77.0 | 22.5 | 11.25b | 54.5 | 27.25c | ||
| 烘干 | 237.5 | 30.5 | 3.05c | 207.0 | 20.70ab | 82.0 | 11.0 | 5.50bc | 71.0 | 35.50ab | ||
| 0.8 | 阴干 | 225.0 | 10.5 | 1.05d | 214.5 | 21.45ab | 79.0 | 4.5 | 2.25c | 74.5 | 37.25a | |
| 晒干 | 207.5 | 15.5 | 1.55d | 192.0 | 19.20bc | 63.0 | 12.0 | 6.00bc | 51.0 | 25.50c | ||
| 烘干 | 209.5 | 6.0 | 0.60d | 203.5 | 20.35b | 71.0 | 1.5 | 0.75c | 69.5 | 34.75ab | ||
| 1.0 | 181.0 | 6.0 | 0.60d | 175.0 | 17.50c | 64.0 | 3.0 | 1.50c | 61.0 | 30.50b | ||
| 1.4 | 184.0 | 3.0 | 0.30d | 181.0 | 18.10c | 66.0 | 1.0 | 0.50c | 65.0 | 32.50b | ||
| CK1 | 565.5 | 338.0 | 33.80 | 227.5 | 22.75a | 184.0 | 114.0 | 57.00 | 70.0 | 35.00ab | ||
| 备注Note | 总出苗率56.55%,真杂种率40.23% | 总出苗率92.00%,真杂种率38.04% | ||||||||||
同一列的不同小写字母表示在0.05水平差异显著。下同
Different lowercase letters in the same column indicate significant difference at the 0.05 level. The same below
表2 咪唑乙烟酸处理对长杂谷2922去除假杂种的效果分析
Table 2
| 处理浓度 Treatment concentration (%) | 大田试验Field experiment | 盆栽试验Pot experiment | ||||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 总苗数 Seedling number | 假杂种 苗数 False hybrid number | 假杂种 出苗率 False hybrid rate (%) | 真杂种 苗数 True hybrid number | 真杂种 出苗率 True hybrid rate (%) | 总苗数 Seedling number | 假杂种 苗数 False hybrid number | 假杂种 出苗率 False hybrid rate (%) | 真杂种 苗数 True hybrid number | 真杂种 出苗率 True hybrid rate (%) | |||
| 0.2 | 166.0 | 62.0 | 6.20b | 104.0 | 10.40ab | 63.0 | 24.0 | 12.00a | 39.0 | 19.50a | ||
| 0.4 | 123.5 | 28.5 | 2.85b | 95.0 | 9.50b | 43.5 | 10.5 | 5.25b | 33.0 | 16.50a | ||
| 0.6 | 阴干 | 115.0 | 14.0 | 1.40d | 101.0 | 10.10b | 41.0 | 6.0 | 3.00bc | 35.0 | 17.50a | |
| 晒干 | 175.5 | 77.5 | 7.75a | 98.0 | 9.80b | 63.0 | 27.0 | 13.50a | 36.0 | 18.00a | ||
| 烘干 | 128.5 | 11.0 | 1.10de | 117.5 | 11.75ab | 43.5 | 3.0 | 1.50c | 40.5 | 20.25a | ||
| 0.8 | 阴干 | 119.0 | 9.0 | 0.90de | 110.0 | 11.00ab | 41.5 | 4.0 | 2.00bc | 37.5 | 18.75a | |
| 晒干 | 121.5 | 18.5 | 1.85cd | 103.0 | 10.30ab | 46.5 | 7.5 | 3.75bc | 39.0 | 19.50a | ||
| 烘干 | 102.5 | 1.0 | 0.10e | 101.5 | 10.15b | 37.0 | 0.5 | 0.25c | 36.5 | 18.25a | ||
| 1.0 | 57.5 | 0.0 | 0.00e | 57.5 | 5.75c | 16.0 | 0.0 | 0.00c | 16.0 | 8.00b | ||
| 1.4 | 39.5 | 2.0 | 0.20e | 37.5 | 3.75c | 8.0 | 1.0 | 0.50c | 7.0 | 3.50b | ||
| CK2 | 518.5 | 389.0 | 38.90 | 129.5 | 12.95a | 178.0 | 133.5 | 66.75 | 44.5 | 22.25a | ||
| 备注Note | 总出苗率51.85%,真杂种率24.98% | 总出苗率89.00%,真杂种率25.00% | ||||||||||
2.1.1 不同浓度拿捕净处理对去除假杂种的效果分析 大田试验差异性分析（表1）表明,拿捕净处理的长杂谷466种子随着用药浓度增大,假杂种出苗率显著减少;处理浓度为0.8%~1.4%时,假杂种出苗率均较低,为0.30%~1.55%,且无显著差异。真杂种出苗率在处理浓度为0.2%~0.8%时,处理间无显著差异,均比CK略低;处理浓度为1.0%和1.4%时,真杂种出苗率较CK显著降低,分别仅为CK的76.90%和79.60%,说明已经受到明显药害。
表1中盆栽试验的方差分析与大田分析的趋势一致,处理浓度为0.8%~1.4%时,假杂种出苗率均较低,且无显著差异;2个晒干处理真杂种出苗率（27.25%和25.50%）显著降低,其余处理真杂种出苗率均与CK无差异。大田和盆栽试验表明,拿捕净处理长杂谷466的最佳浓度为0.8%。
2.1.2 不同浓度咪唑乙烟酸处理对去除假杂种的效果分析 大田试验（表2）表明,抗咪唑乙烟酸的长杂谷2922随着处理浓度增大,真、假杂种出苗率均呈显著下降趋势;在浓度0.8%的烘干处理下和浓度1.0%、1.4%处理下,假杂种出苗率分别为0.10%、0.00%和0.20%,假杂种几乎全部被去除;在浓度1.0%和1.4%时,真杂种出苗率也显著低于其他处理,分别为CK的44.40%和29.00%。盆栽试验的真、假杂种出苗率均高于大田试验,方差分析结果变化趋势也基本与大田结果一致,在浓度0.8%的烘干处理下和浓度1.0%、1.4%处理下,假杂种出苗率最低,仅0.00%~0.25%;在浓度1.0%和1.4%时,真杂种出苗率也显著低于其他处理,其他处理间无显著差异。综合大田和盆栽试验结果可知,1.0%的浓度已对种子造成严重药害,与长杂谷466一样,0.8%的浓度是最佳处理浓度,同时0.8%的浓度已是处理种子的上限浓度。
2.1.3 不同干燥方式对去除假杂种的效果分析 大田和盆栽试验（表1和表2）表明,2个杂交种在同浓度下阴干和烘干处理的真、假杂种出苗率均无显著差异。拿捕净0.6%和0.8%浓度处理的长杂谷466经晒干的种子,其假杂种出苗率与同浓度的阴干和烘干处理相比均有增高趋势,但差异不显著;晒干处理下真杂种出苗率与同浓度的阴干和烘干处理相比均有下降趋势,尤其在盆栽试验中,长杂谷466晒干的种子真杂种出苗率分别为27.25%和25.50%,显著低于同浓度下阴干和烘干处理下的真杂种出苗率。咪唑乙烟酸0.6%处理浓度下晒干的种子在大田试验中假杂种出苗率达7.75%,盆栽试验中假杂种出苗率达13.50%,显著高于同浓度下阴干和烘干种子,并居于所有处理最高水平;真杂种出苗率在3种干燥处理下均无显著差异。
2.2 除草剂配入包衣剂对杂交种包衣处理试验结果
2.2.1 拿捕净包衣长杂谷466去除假杂种的效果分析 由表3可知,CK1处理下,长杂谷466田间出苗率为47.80%。N1~N6的6个处理下,大田试验中假杂种出苗率均较低,处理间无显著差异;在盆栽试验中,假杂种出苗率随除草剂浓度增加而降低,N1处理最高,为16.50%,其他处理之间无显著差异,N5处理最低,为0.50%。真杂种出苗率各处理均稍低于CK1处理。大田试验中,虽然各处理间真杂种出苗率无显著差异,但随处理浓度增加呈降低趋势,最低为N5处理（21.75%）;盆栽试验中各处理真杂种出苗率几乎是大田的2倍,但均显著低于CK1处理（56.50%）,N3和N4处理的真杂种出苗率最高,均为48.75%,N5和N6处理的降低明显,表明此除草剂浓度已对谷种造成一定的药害。
表3 除草剂配入包衣剂对杂交种包衣处理的效果分析
Table 3
| 处理 Treatment | 大田试验Field experiment | 盆栽试验Pot experiment | |||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 总苗数 Seedling number | 假杂种 苗数 False hybrid number | 假杂种 出苗率 False hybrid rate (%) | 真杂种 苗数 True hybrid number | 真杂种 出苗率 True hybrid rate (%) | 总苗数 Seedling number | 假杂种 苗数 False hybrid number | 假杂种 出苗率 False hybrid rate (%) | 真杂种 苗数 True hybrid number | 真杂种 出苗率 True hybrid rate (%) | ||
| N1 | 258.0 | 3.5 | 0.35a | 254.5 | 25.45a | 128.0 | 33.0 | 16.50a | 95.0 | 47.50b | |
| N2 | 232.5 | 4.0 | 0.40a | 228.5 | 22.85a | 97.5 | 4.5 | 2.25b | 93.0 | 46.50b | |
| N3 | 259.5 | 5.0 | 0.50a | 254.5 | 25.45a | 101.0 | 3.5 | 1.75b | 97.5 | 48.75b | |
| N4 | 254.0 | 4.0 | 0.40a | 250.0 | 25.00a | 102.0 | 4.5 | 2.25b | 97.5 | 48.75b | |
| N5 | 222.5 | 5.0 | 0.50a | 217.5 | 21.75a | 91.0 | 1.0 | 0.50b | 90.0 | 45.00bc | |
| N6 | 224.0 | 3.0 | 0.30a | 221.0 | 22.10a | 83.0 | 1.5 | 0.75b | 81.0 | 40.50c | |
| CK1 | 478.0 | 204.5 | 20.45 | 273.5 | 27.35a | 196.0 | 83.0 | 41.50 | 113.0 | 56.50a | |
| M1 | 198.0 | 0.0 | 0.00a | 198.0 | 19.80a | 42.5 | 3.5 | 1.75a | 39.0 | 19.50ab | |
| M2 | 143.0 | 0.0 | 0.00a | 143.0 | 14.30b | 35.0 | 3.0 | 1.50a | 32.0 | 16.00b | |
| M3 | 123.0 | 1.0 | 0.10a | 122.0 | 12.20b | 24.0 | 1.0 | 0.50a | 23.0 | 11.50b | |
| CK2 | 560.0 | 359.5 | 35.95 | 200.5 | 20.05a | 190.0 | 141.5 | 70.75 | 48.5 | 24.25a | |
综合大田和盆栽试验结果,长杂谷466适宜的假杂种处理为N3和N4处理,此浓度下假杂种处理比较彻底,真杂种出苗率处于较高水平。盆栽试验CK1处理出苗率高达98.00%,可以使试验结果更加准确。
2.2.2 咪唑乙烟酸包衣长杂谷2922去除假杂种的效果分析 长杂谷2922的大田试验CK2处理总出苗率为56.00%,假杂种在各处理下几乎均不出苗,3个处理无显著差异（表3）。CK2处理真杂种出苗率为20.05%,与CK2处理最接近的为M1处理,真杂种出苗率为19.80%。M1~M3处理下,随药量的增加,真杂种出苗率显著降低,故M1处理最为理想。盆栽试验中,长杂谷2922 CK2处理总出苗率为95.00%,真杂种出苗率为24.25%。3个处理中,只有M1处理真杂种出苗率接近CK2处理,为19.50%,其他2个处理均显著低于CK2处理。所以,长杂谷2922制种种子的假杂种处理效果最好为M1处理。
3 讨论
盆栽容易控制栽培条件,其土壤墒情、土壤质量要比大田好,而且盆栽播种较浅,容易出苗且出苗率高[24,25],所以试验结果更准确、可靠。拿捕净处理的长杂谷466在盆栽试验时,真杂种出苗率在各处理浓度下（晒干处理除外）均与CK1处理无显著差异,而在大田试验中,0.4%~1.4%浓度下,均有处理与CK1处理差异显著;尤其是在高浓度处理下,真杂种出苗率远低于CK1处理,可能是因为大田中土壤出苗不好,受药害的种子更不易出苗,所以大田试验必不可少,大田试验结果更能指导生产应用。综合盆栽和大田试验结果,拿捕净处理长杂谷466的最佳浓度为0.8%,浓度为0.6%时有少量假杂种出苗,也可根据苗色结合间苗时去除（母本为黄色苗）,所以浓度范围不用太严格。
相比于拿捕净,咪唑乙烟酸处理长杂谷2922浓度范围比较严格,最佳的处理种子浓度为0.8%,超过时会严重影响种子出苗,如盆栽试验中,1.0%浓度下,真杂种出苗率急剧降为CK2处理的35.6%,所以0.8%是处理种子的上限浓度。
有研究[26]表明,播前晒种能增强种皮通透性,提高种子发芽势和发芽率。但肖层林[27]研究水稻种子浸种前的晒种效应,指出种子含水量在11.4%~13.0%时,晒种后种子的发芽势、发芽率和活力指数一般为负效应,且晒种温度越高,负作用越大;而且晒种对杂交稻和不育系的负效应大于常规稻。本研究中,除草剂浸泡种子后采用晒干处理时,真杂种出苗率略低于阴干和烘干处理,这与肖层林[27]的研究相似,可能因为高温促使药剂对抗除草剂的种子形成药害所致;假杂种出苗率相比阴干和烘干处理略有提高,可能一方面因为太阳光照射会导致药剂少量分解而失效,另一方面不育系种子（假杂种）在高温下的耐药害特性比真杂种较强所致。药剂浸泡后杂交种最好采用阴干或烘干处理,但在大规模生产中,阴干占用场地大,耗时较长,可操作性不强,所以烘干方式相对来说较为实用。
在除草剂配入包衣剂对杂交种进行包衣处理试验中,2.5kg长杂谷466种子拌入拿捕净4~5mL时,以及2.5kg长杂谷2922种子拌入咪唑乙烟酸3mL时,真杂种出苗率均较高,虽然与对照相比略低,但可通过适当加大播量的方法进行弥补,不会影响田间留苗数;而且用这种方法去除假杂种简便易行,不需要很大的场地和烘干设备,有利于大规模生产谷子杂交种。
相比大田喷除草剂去杂工作,浸种处理既方便操作（省工）,又经济实惠（省药）,在种子量较少时方便易行,但如果种子量较大,所需晾晒场地较大,操作起来就比较困难;把除草剂配入包衣剂包衣杂交种,包衣后不需晾晒,简便易行,适用于大量种子生产。长杂谷466和长杂谷2922分别代表抗拿捕净类型杂交种和抗咪唑乙烟酸类型杂交种,可对同类型杂交种起到借鉴作用。
4 结论
综合盆栽和大田试验结果,谷子杂交种中假杂种处理有2种方法简便易行,种子量少时,用0.8%拿捕净或咪唑乙烟酸药液浸泡杂交种,种子均匀沾上药液后捞出阴干或烘干;种子量大时,长杂谷466（抗拿捕净类型杂交种）可以采用“50g包衣剂拌4~5mL拿捕净包衣2.5kg种子”的方法进行,长杂谷2922（抗咪唑乙烟酸类型杂交种）可以采用“50g包衣剂拌3mL咪唑乙烟酸包衣2.5kg种子”的方法进行。
