山西省农业科学院高粱研究所国家农作物育种创新基地建设

附件2山西省农业科学院高粱研究所国家农作物育种创新基地建设项目研究课题报告一、项目名称及建设单位项目名称：高粱育种创新基地建设项目建设单位：山西省农业科学院高粱研究所研究课题：机械化高粱种质资源创新及新品种选育二、课题背景及研究必要性高粱[Sorghum bicolor (L.) Moench]是全球农业生态系统中重要的农作物，因为高粱抗旱、耐盐碱和瘠薄土壤，具有在恶劣的环境下生长的能力，高粱被视为干旱和盐碱土壤农业区可持续农业发展的一种主要作物。

在尼日利亚、印度等非洲、亚洲发展中国家，高粱主要用作粮食，在美国、法国、澳大利亚等发达国家，高粱主要用作饲料和能源，在我国，高粱主要用作酿酒、酿醋等传统酿造业。

全球高粱种植面积63750万亩，单产90公斤/亩，总产5780万吨。

按每年的产量计算，高粱是世界上第五大重要的谷类作物，仅次于玉米、小麦、水稻和大麦。

2010年我国高粱年种植面积近1000万亩，居世界第10位，占世界高粱总面积的1.6％，单产265公斤/亩，是世界平均单产的3倍，总产量达到250万吨，列世界第6位。

在上世纪60-70年代，高粱为解决我国人民的吃饭问题，立下了汗马功劳，80年代以后，我国高粱主要用途由食用转向酿造。

受用途单一等因素的影响，高粱种植面积呈大幅度下降趋势。

目前，我国高粱的生产现状，一是主要种植于干旱、盐碱、瘠薄等边际农田；二是种植方式落后，生产中机械化程度低，主要靠人工作业，劳动强度大，种植成本高，农村劳动力大量转移到城市从事第二、三产业，农村留守劳动力不足以支持落后的高粱种植方式。

我国国内高粱育种主要以高杆大穗获得高产为主要育种目标，品种不能满足我国高粱机械化种植的需要，成为制约我国高粱生产发展的重要因素之一。

目前，国外太平洋、安地、先正达、先锋等大型种业集团已经瞄准我国高粱种业市场，育种目标以机械化品种为突破口，其品种特性表现为耐密、矮秆、以多穗获得高产，我国高粱种子产业面临前所未有的严重挑战。

有玉米、大豆种业的前车之鉴，如果我国高粱种业市场被国外种业集团控制，将给我国的高粱生产带来巨大的安全隐患。

因此，加快我国机械化高粱新品种选育任务十分紧迫。

三、国内外研究趋势1.国外高粱研究趋势目前，美国等发达国家对高粱作物性状改良研究主要包括：（1）用杂交育种培育高产、优质和抗逆的高粱新品种；用生物技术（转基因）选育高品质的高粱新品种。

（2）用远缘杂交、诱变育种等技术改良高粱的专用品质。

（3）用野生植物资源培育耐旱、耐盐碱及抗寒的高粱新品种，利用细胞工程和转基因技术培育抗病虫害的高粱品种。

（4）由于国外发达国家农业生产机械化程度很高，高粱品种均为耐密、矮杆型的机械化品种。

2. 国内高粱研究趋势近年来受我国高粱产业体系的系统支持，推动了高粱种质资源创新和专用高粱新品种选育的快速发展，高粱育种呈现以下特点:（1）加强发现和发掘优抗性种质资源，开展了抗、耐性基因的标记等工作。

我国种植高粱历史久远，在我国有广泛的高粱特异种质资源。

“十二五”开始，我国高粱产业技术体系加强了国内外高粱种质资源的整理、鉴定和利用研究，特别是开展了高粱抗逆性等优良基因鉴选工作。

（2）分子生物学研究在跟踪国际先进技术方面步子加快。

开展了高粱重要性状功能基因的标记，生物信息方法预测高粱miRNA 及其靶基因等取得进展。

（3）机械化高粱新品种选育工作正在稳步推进。

我国高粱产业技术体系育种岗位专家和团队，针对目前我国高粱生产机械化程度落后的现状，已开展了机械化高粱新品种选育工作。

山西省在全国率先开展了机械化高粱品种区域试验和机械化高粱品种审定工作。

四、拟研究内容1. 国内外高粱种质资源鉴选广泛收集国内外高粱种质资源，对高粱种质资源在适宜机械化种植的农艺性状（矮秆、叶型、耐密）、抗逆性（耐盐碱、抗旱、耐瘠薄）、抗病虫害（丝黑穗病、蚜虫）等方面进行鉴定、评价，鉴选出抗逆性强、高抗病虫害、农艺性状优良的适宜机械化种植种质资源。

2. 育种种质资源创新（1）高粱群体改良技术研究通过向已组成的高粱恢复系随机交配群体（LSRP）和高粱保持系随机交配群体（LSBP）中加入矮秆和优良抗性资源，使矮秆基因进入群体，并进行随机交配，创制出矮秆多抗优良品系。

（2）高粱抗丝黑穗病的SSR标记研究利用DNA分子标记SSR技术多态性高、标记呈显性和共显性、稳定性好、技术难度低等优点，寻找与高粱丝黑穗病抗性基因紧密连锁的SSR标记，为生产上利用分子标记辅助选择进行抗病品种的选育奠定基础。

（3）高粱主干育种种质的遗传多样性研究（4）研究以高粱主干育种种质资源为材料，对其主要性状进行较为全面的研究，分析高粱材料性状的遗传多样性及其相关性，为高粱种质资源利用和遗传育种提供依据。

（4）高粱转基因技术应用研究研究通过基因枪法和农杆菌介导法等技术，实现对抗旱基因和抗除草剂等基因的转入，并进行转基因高粱品系抗旱性、抗除草剂等抗逆性的环境释放及生产性试验。

（5）高粱体细胞克隆育种研究建立高粱体细胞克隆变异人工诱导技术体系，确立物理化学人工诱变技术参数，摸索出不同化学筛选剂的安全使用方法，获得稳定的无性变异系并在育种中应用。

3. 机械化高粱的“三系”配套研究（1）机械化高粱不育系（保持系）选育研究设计机械化高粱不育系的理想株型，利用卡佛尔高粱和印度高粱中的“三矮”基因，通过和综合抗性好的优异种质资源杂交、回交，聚合优良基因，选育符合育种目标的保持系。

用A1、A2 等雄性不育细胞质连续回交转育，选育机械化高粱不育系。

（2）机械化高粱恢复系选育研究设计机械化高粱恢复系的理想株型，以中国高粱和亨加利高粱为基础育种材料，通过杂交、回交等技术手段，转入“三矮”基因，降低我国高粱恢复系的株高，改良恢复系的株型，选育符合目标性状的机械化高粱恢复系。

（3）机械化高粱“三系”配套研究研究新选机械化高粱亲本系的恢保关系，确定高粱恢复系对不同细胞质不育系的恢复能力，构建机械化高粱“三系”配套模式，完成机械化高粱的“三系”配套。

4. 机械化高粱杂交种选育研究对不同背景和不同类型高粱亲本系进行遗传距离和遗传差异分析，构建不同的机械化高粱亲本杂种优势群，进行不同的杂种优势群之间杂种优势的利用研究，构建机械化高粱的杂种优势利用模式，对不育系和恢复系进行广泛测配和配合力分析，组配符合育种目标的杂交高粱新品种。

五、技术路线六、课题创新点（1）采用现代生物技术和常规鉴定技术相结合，对高粱特异种质资源进行鉴选和创新，为我国开展机械化高粱育种奠定坚实的种质资源基础。

（2）以株型育种为载体，实现高粱综合抗性、丰产性状等优良基因的聚合，解决“三矮”高粱“三系”和杂交种株型和产量构成的育种关键技术问题。

（3）构建机械化高粱杂种优势群，实现机械化高粱“三系”配套，为我国高粱生产提供高产、优质、多抗的机械化高粱杂交种，抵御国外机械化高粱品种对我国的入侵。

七、已经有研究基础（1）拥有国内高粱种质资源11000余份，国外高粱种质资源5000余份。

特别是拥有国际上全部雄性不育细胞质材料和部分稀有种质资源。

已经鉴选出一批遗传背景不同的高粱“三矮”基因和具有不同抗逆基因的育种试验材料。

（2）通过回交、杂交等常规育种手段和分子标记辅助育种等现代生物技术，使一些高粱优良基因得以聚合，创制了一批优良的高粱种质资源和中间育种材料。

（3）已经初步得到一批符合机械化高粱育种目标的优质高粱亲本系，正在进行早代测配。

八、预期研究成果（1）鉴选和创制适宜机械化种植高粱种质资源200份。

（2）选育机械化高粱亲本系20个，实现机械化高粱亲本系“三系”配套。

（3）选育出适宜我国高粱不同生态主产区的机械化高粱新品种3～5个。

（4）发表相关研究论文10篇，其中，国家级核心期刊5篇以上。

九、承担单位概况山西省农业科学院高粱研究所成立于1971年8月，是我国最早从事高粱研究的专业科研所，主要以高粱的基础研究和应用研究为主，设有遗传育种、种质资源、植物保护、生物技术、栽培生理、农业技术推广等研究室，现有职工138人，有2名享受国务院政府特殊津贴的高粱遗传育种专家和1名国家高粱产业技术体系遗传育种岗位专家，从事高粱研究的高级人员23人。

拥有高粱试验田1000 余亩和相应的高粱遗传育种等实验室及科研设备仪器。

山西高粱所在高粱遗传育种研究领域主要成就有：“二矮”型杂交高粱育种模式的构建，为我国后来高粱杂种优势的利用研究奠定了基础；新型A2细胞质高粱雄性不育系的创制与利用，开创了国际高粱杂种优势利用的新领域；高淀粉酿造高粱新品种的选育，使我国高粱育种水平上了一个新台阶；新型优质饲草高粱杂交草的选育，开辟了高粱利用新途径。

建国以来我国高粱研究2项国家发明奖均由山西高粱所获得，这些成果研究水平均达到国际先进或领先水平，在国际、国内有较大影响，对我国高粱育种产生了重大推动作用。

（1）从高粱杂交种优势利用以来，晋杂号高粱在全国占有较大的优势。

晋杂1号、2号、4号、5号等品种在上世纪60年代末至80年代初，基本上覆盖全国高粱种植区域，为提高我国粮食产量起到了巨大的推动作用，并获得全国科学大会奖。

（2）上世纪80年代育成晋中405、晋杂86-1，90年代育成晋杂12、13、14、15、16、21号等高粱杂交种在全国大面积推广，推广面积占到全国高粱种植面积的40%左右，为我国高粱品种更新换代做出了重大贡献。

（3）近年来，通过国家鉴定的高粱品种有：利用克隆诱变育种技术选育的晋杂18号、利用A3细胞质育成饲草高粱晋草1、3、4、5号、育成节水抗旱新品种晋杂101、育成的高淀粉酿造高粱新品种晋杂102、103、104号、育成的酱香型、浓香型名酒专用高粱新品种晋糯1、2号等；通过山西省审定的高粱新品种共有6个。

十、预期效果分析（1）通过机械化高粱新品种选育，抵御国外高粱品种对我国高粱种业市场的入侵，确保我国高粱种业和高粱生产的安全。

（2）选育出的品种达到或高于目前主栽品种的产量水平，实现高粱生产的全程机械化作业，将有效降低高粱种植劳动强度，节省高粱种植成本。

若全国高粱种植面积30%～50%实现机械化种植，按每亩节工100元计，将创社会经济效益3～5亿元。

（3）可以充分利用高粱的抗旱、耐瘠、耐盐碱等独特的优势，提高我国山旱瘠薄地、盐碱滩涂地等的单位面积产出率，有效地利用和改善这些区域的生态条件，可一定程度缓解我国耕地紧张的局面，对保护生态、发展可持续农业有重要意义。

十一、实施机制该课题由山西省农业科学院高粱研究所实施，组织所内多个学科，通过项目落实、技术方案审查、重大问题协调等工作。

课题设立专家组，负责课题设计、方案制定，实行首席专家负责制，下设子专题，子专题负责人具体落实分解研究任务，确保课题顺利实施。

（1）成立课题核心技术领导小组和课题咨询专家组，根据课题任务书要求，确定各子课题任务书（含实施方案）目标、主要研究内容、考核指标、年度计划进度及考核目标，并根据总体进度安排，论证和落实各子课题详细实施计划和技术方案。