基于耐荫型谷子的栗谷立体套种方法

本发明涉及植物培育技术领域，尤其涉及栗谷立体套种种植模式下，耐荫型谷子新品种选育及板栗、谷子关键生育阶段耦合及关键管理措施吻合一致的培育方法。

背景技术：

我国板栗种植面积约1000万亩左右，总产150万吨左右，全国31个省市自治区中，24个省市均有种植，其中年产量超100万公斤的县市20个，其中京津冀地区占9个，占全国的45％，板栗产业已经成为这些区域的主导特色产业，在县域经济发展中占有举足轻重的地位。

而板栗种植地区均为山区县，土地资源紧缺是这些区域的共同特点，且由于缺乏适宜的套种作物，板栗树下大量的土地常年撂荒，杂草丛生、病虫害严重，尤其是红蜘蛛危害逐年加重，不但造成板栗等果品减产，而且坏果率逐年上升，品质逐年下降，严重影响了农民的收益，且对京东板栗等品牌产生了较大影响；急需能在树下正常生长，还能降低红蜘蛛等病虫对果品危害的作物新品种，进行立体种植，以提升果品及树下作物品质，实现树下土地的高效利用，解决这些地区土地紧张、涉农产业发展较难的难题，提高农民的收益，加快农民奔小康的进程。

为解决上述问题，农民自发的在树下套种大豆、花生、玉米、高粱等作物，但由于板栗园多在浅山丘陵地带，土质瘠薄、干旱少雨，而大豆、花生均需在土质较好的土壤上生长，再加上缺乏耐荫大豆、花生品种，板栗树下大豆、花生长势都比较差，不但产量低、单产不足75kg/亩，且由于大豆、花生生育期偏长，影响核桃采摘，很难实现关键生育阶段的耦合；而玉米、高粱植株偏高，且由于缺乏耐荫品种，与板栗树套种，茎秆细弱、不抗倒伏，产量低而不稳，也存在生育期偏长，影响核桃采摘，很难实现关键生育阶段的耦合的问题。因此，不能做到果树与大豆、花生、玉米、高粱的互利共生。由于这些作物不适宜与核桃等果树立体套种，板栗园下土地重回撂荒和杂草丛生的状态。

谷子为夏播作物，生长季节与板栗几乎重叠，且植株较矮，抗旱、节水、耐瘠、抗逆性强，经济效益高，和玉米、小麦等作物相比，比较优势明显，适宜与板栗进行立体套种。但是，并非所有谷子品种都适宜与板栗等果树立体套种，试验结果表明：大部分品种与板栗套种，由于缺乏光照，表现植株变高(与大田相比高10-20cm)、病害严重、叶片过早变黄干枯，结实性差、亩产低、不足120公斤；同时，我们也筛选到一些育种材料，它们与板栗套种，与大田相比，株高几乎没有变化，且青枝绿叶成熟，和10年龄板栗立体套种、产量与大田相当，和15年龄板栗立体套种、比大田略减产，但是这些材料存在产量偏低、抗病性偏差等问题，因此，急需培育新的耐荫性好的谷子新品种/杂交种，为开展栗谷立体套种、解决板栗园树下大量土地闲置、浪费、病虫草害严重的难题提供了品种方面的技术支撑，实现板栗提质、谷子增产，提高农民的种植效益，也为扩大谷子种植面积，恢复、发展谷子产业提供可行的途径。

另外，栗谷立体套种需要在同一块土地上同时种植板栗、谷子两种作物，只有两种作物的需肥、需水关键阶段重合，亦即关键发育阶段基本一致，才能同时进行肥、水、病虫害防治等田间管理，且能形成板栗、谷子某些方面的互补或相互促进，从而达到互利共生，否则，各种管理都不一致，不但管理费工费时，而且存在对一种植物有利的管理措施，却抑制了另一种植物的可能，栗谷立体种植的效果很难得到体现，因此，急需发明一种能够确保栗谷立体套种下板栗、谷子关键管理措施吻合一致的方法。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是提供一种基于耐荫型谷子的栗谷立体套种方法。

为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案如下。

基于耐荫型谷子选育的栗谷立体套种方法，该方法基于耐荫型谷子新品种的选育进行板栗、谷子的立体套种；所述耐荫型谷子新品种的选育采用全新的多通道协同融合选育方法，基于包括性状指标、分子指标、杂交指标在内的综合指标进行耐荫型谷子新品种的体系化精准选育。

作为本发明的一种优选技术方案，所述耐荫型谷子新品种的选育至少包括如下步骤：a-1耐荫种质资源的鉴定筛选；a-2耐荫基因的挖掘及实用分子标记的开发；a-3耐荫型育种材料的创制；a-4耐荫型新品种的选育；多步骤综合操作实现耐荫型谷子新品种的选育。

作为本发明的一种优选技术方案，步骤a-1的具体操作方法为：基于现有技术选取种质资源，分别种植于大田和板栗树下，通过两种种植条件下关键发育阶段耐荫相关性状的比较，筛选得到耐荫型种质资源。

作为本发明的一种优选技术方案，步骤a-2的具体操作方法为：以a-1筛选的耐荫种质资源和不耐阴种质资源为材料，以孕穗期叶片为试验材料，通过rna-seq获取转录组信息；进一步通过分子生物学技术获取系列耐荫标记。

作为本发明的一种优选技术方案，步骤a-3的具体操作方法为：以a-1筛选的耐荫资源为材料，配制系列杂交组合；利用a-2开发的系列耐荫分子标记创新耐荫型不育系、恢复系。

作为本发明的一种优选技术方案，步骤a-4的具体操作方法为：以a-3创制的系列耐荫型恢复系为基础，得到耐荫型新品种或恢复系；以a-3创制的耐荫不育后代为基础，得到耐荫型不育系；以耐荫型不育系、恢复系为材料，得到耐荫型杂交种。

作为本发明的一种优选技术方案，所述耐荫型谷子新品种的选育至少包括如下步骤：

a-1、耐荫种质资源的筛选和鉴定：基于现有技术选取具有利用价值的种质资源，分别种植于大田和10年龄以上板栗树下，通过两种种植条件下、连续至少两年关键发育阶段即孕穗期光合效率、株高、结实性及附加性状的比较，筛选其中光合效率、株高、结实性差异小的种质资源，得到耐荫型种质资源；

a-2、耐荫基因的挖掘及实用分子标记开发：以a-1筛选的2-3份耐荫种质资源和2-3份不耐阴种质资源为材料，以孕穗期叶片为试验材料，通过rna-seq获取转录组信息；通过两种类型材料基因的差异表达分析，获取差异表达基因；通过生物信息学分析和进化分析进行基因功能分析；克隆其中功能突出的基因；通过基因测序，探明其基因序列，得到系列耐荫标记；

a-3、耐荫育种材料不育系、恢复系的创制：以a-1筛选的耐荫资源为材料，配制系列杂交组合；利用a-2开发的系列耐荫分子标记，通过分子标记辅助选择，创新耐荫型不育系、恢复系

a-4、耐荫型谷子新品种/杂交种的选育：以a-3创制的系列耐荫型恢复系为基础，通过连续定向选择，从中选育出稳定的优质、高产耐荫型后代，即为育成的耐荫型新品种或恢复系；以a-3创制的耐荫不育后代为基础，通过连续定向选择，从中选育出稳定的农艺性状、经济性状突出的优质耐荫型后代，即为育成的耐荫型不育系；以耐荫型不育系、恢复系为材料，配制系列新杂交组合，通过系列中间试验，鉴定其耐荫型、丰产性、抗逆性和品质，表现突出的即为选遇的耐荫型杂交种。

作为本发明的一种优选技术方案，所述耐荫型谷子新品种的选育至少包括如下步骤：

(1)耐荫型谷子种质资源的鉴定筛选：在迁西采取供试材料同时在大田和10年龄板栗树下种植，通过测定153份种质资源的株高、结实性、光合效率和产量的表现，并进行对比分析，筛选出“冀谷32、56229、3495、51950、56950、jk4-95、hk229、56a、51a”9份耐荫型好的新品种/种质资源，在10年龄板栗树下种植与大田相比表现光合速率、株高、结实性不降低；

(2)耐荫基因的挖掘及标记开发：以步骤(1)筛选的耐荫种质资源冀谷32、jk4-95和非耐阴种质资源冀谷31、fk-1为材料，于孕穗期选取件三叶叶片，通过rna-seq获取它们的转录组信息；通过两种类型材料基因的差异表达分析，获得差异表达基因；通过生物信息学分析和进化分析，进一步推测其功能；克隆其中部分功能比较突出的基因；再通过基因测序，探明其基因序列，开发系列耐荫标记；

(3)耐荫育种材料不育系、恢复系的创制：以步骤(1)筛选的耐荫资源为材料，配制系列杂交组合；利用步骤(2)开发的系列耐荫分子标记，通过分子标记辅助选择，创新耐荫型不育系、恢复系；

(3-1)耐荫型不育系的创制：1)以56a、51a为母本，以km200、km117为父本，配制杂种一代；2)以大同29、206083为母本，以1)配制的杂种一代为父本，继续配制三交组合；3)然后经过连续4代的南繁北育，并依据分子标记，选择耐荫型后代，育成新不育系dz40a、dz386a；

(3-2)耐荫型恢复系的创制：1)以大同32、p423为母本，以jk4-95、hk229为父本为父本，配制杂种一代；2)种植杂种一代；3)然后经过连续4代的南繁北育，并依据分子标记，选择耐荫型后代，育成新耐荫恢复系系hk808、hk838；

(4)耐荫型新品种/杂交种的选育：以步骤(3-1)创制的系列耐荫型不育系为母本，以步骤(3-2)创制的系列耐荫型恢复系为父本，配制系列新杂交组合，通过系列中间试验，鉴定出耐荫型、丰产性、抗逆性和品质均表现良好的耐荫型杂交种40808、386838。

作为本发明的一种优选技术方案，该方法在育成耐荫型谷子新品种的基础上，通过板栗、谷子生育进程比对分析，使得板栗、谷子关键发育阶段重合，再依据板栗、谷子肥水需求规律、病虫害发生规律，制定能够实现板栗谷子互利共生的肥水管理措施，并实现板栗-谷子的病虫害防治协同互补效应，大幅降低以红蜘蛛为主的板栗病虫害。

作为本发明的一种优选技术方案，该方法在育成耐荫型谷子新品种的基础上，通过板栗、谷子生育进程比对分析，使得板栗、谷子关键发育阶段重合，再依据板栗、谷子肥水需求规律、病虫害发生规律，制定能够实现板栗谷子互利共生的肥水管理措施并实现板栗-谷子的病虫害防治协同互补效应，大幅降低以红蜘蛛为主的板栗病虫害；具体包括如下后续操作步骤：

b、确保板栗和步骤a选育的谷子新品种关键生育阶段重合：

b-1“板栗生育进程”数据库的建立：基于不同板栗品种在适宜的各产区生育进程，建立板栗各关键生育阶段的数据库；

b-2“适宜栗谷立体套种的耐荫型谷子新品种/杂交种生育进程”关联数据库的建立：基于耐荫型谷子品种/杂交种在适宜的板栗产区的生育进程，建立耐荫型谷子品种各关键发育阶段的数据库；

b-3依据板栗的肥水需求规律，结合b-1建立的板栗关键生育阶段数据库，确定关键管理措施的施用时期；

b-4依据谷子肥水需求规律，结合b-2建立的谷子关键生育阶段数据库，确定关键管理措施的施用时期；

b-5通过b-1和b-2数据库的对比分析，使得b-3、b-4确定的板栗、谷子关键肥水需求期一致的谷子适宜播期和3-4个发育阶段耦合点；

c、确保关键肥水管理措施一致：

c-1通过对b-5确定的板栗、谷子耦合点的追踪调查和调控，确保板栗、谷子关键发育阶段重合；

c-2依据c-1确定的关键发育阶段，采取一致的管理措施，确保肥水管理、病虫害防治措施一致；

d、病虫害防治和自然灾害抵御上互补性的建立：

d-1依据板栗红蜘蛛等虫害的发生规律，结合耐荫型叶片特点，建立通过谷子吸引红蜘蛛降低板栗危害，提升板栗品质的方法；

d-2依据大风、大雨和冰雹等自然灾害对谷子危害特点，建立利用板栗降低这些灾害性天气对谷子危害的方法；实现板栗、谷子对病虫害、自然灾害抵御方面的互补，达成板栗谷子的互利共生。

采用上述技术方案所产生的有益效果在于：本发明提供了一种能够与板栗立体套种的耐荫型谷子新品种的选育方法，并确保在栗谷立体套种条件下，板栗、谷子关键生育阶段基本重合、关键管理措施完全一致，进而形成板栗、谷子某些方面能够互补或相互促进。

在学术上，本发明率先提出了耐荫型基因挖掘及耐荫分子标记开发的构想，并付诸实施，且在此基础上，率先开展了耐荫型谷子新品种/杂交种的选育工作，为开展栗谷立体套种，恢复和发展谷子产业提供了技术支撑，同时也为开展深层次的研究提供基本的技术支撑。

在产业上，本发明实现了板栗、谷子的互利共生，使栗、谷两种植物都能发挥其最大的增产、增值潜力，为开展栗谷立体套种，和板栗提质、谷子增产提供了有力的技术支持，也为发展谷子产业、恢复和发展谷子种植面积找到了一条可行的途径，具有良好的社会和经济效益。

附图说明

图1为实施例中利用本发明的方法培育的耐荫型谷子品种/杂交种栗谷立体套种孕穗期长势。

图2为实施例中利用本发明的方法培育的耐荫型谷子品种/杂交种栗谷立体套种抽穗期长势。

图3为实施例中利用本发明的方法培育的耐荫型谷子品种/杂交种栗谷立体套种灌浆期长势。

图4为实施例中利用本发明的方法培育的耐荫型谷子品种/杂交种和非耐荫型谷子品种灌浆期栗谷立体套种长势比较；图中，a为不耐荫谷子灌浆后期，b为耐荫谷子灌浆后期。

具体实施方式

以下实施例详细说明了本发明。本发明所使用的各种原料及各项设备均为常规市售产品，均能够通过市场购买直接获得。

在以下实施例的描述中，为了说明而不是为了限定，提出了诸如特定系统结构、技术之类的具体细节，以便透彻理解本申请实施例。然而，本领域的技术人员应当清楚，在没有这些具体细节的其它实施例中也可以实现本申请。在其它情况中，省略对众所周知的系统、装置、电路以及方法的详细说明，以免不必要的细节妨碍本申请的描述。

应当理解，当在本申请说明书和所附权利要求书中使用时，术语“包括”指示所描述特征、整体、步骤、操作、元素和/或组件的存在，但并不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元素、组件和/或其集合的存在或添加。

还应当理解，在本申请说明书和所附权利要求书中使用的术语“和/或”是指相关联列出的项中的一个或多个的任何组合以及所有可能组合，并且包括这些组合。

如在本申请说明书和所附权利要求书中所使用的那样，术语“如果”可以依据上下文被解释为“当...时”或“一旦”或“响应于确定”或“响应于检测到”。类似地，短语“如果确定”或“如果检测到[所描述条件或事件]”可以依据上下文被解释为意指“一旦确定”或“响应于确定”或“一旦检测到[所描述条件或事件]”或“响应于检测到[所描述条件或事件]”。

另外，在本申请说明书和所附权利要求书的描述中，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本申请说明书中描述的参考“一个实施例”或“一些实施例”等意味着在本申请的一个或多个实施例中包括结合该实施例描述的特定特征、结构或特点。由此，在本说明书中的不同之处出现的语句“在一个实施例中”、“在一些实施例中”、“在其他一些实施例中”、“在另外一些实施例中”等不是必然都参考相同的实施例，而是意味着“一个或多个但不是所有的实施例”，除非是以其他方式另外特别强调。术语“包括”、“包含”、“具有”及它们的变形都意味着“包括但不限于”，除非是以其他方式另外特别强调。

实施例1、耐荫型谷子种质资源的鉴定筛选。

2015-2016年在迁西采取供试材料同时在大田和10年龄板栗树下种植的方法，通过测定153份种质资源的株高、结实性、光合效率和产量的表现，并进行对比分析，筛选出“冀谷32、56229、3495、51950、56950、jk4-95、hk229、56a、51a”9份耐荫型好的新品种/种质资源，这些材料在10年龄板栗树下种植，与大田相比表现光合速率略不降低、株高、结实性几乎不变。而其它材料表现光合速率下降幅度大，由于缺乏阳光照射、株高明显变高，结实性明显下降。

表1部分代表性耐荫型种质资源与非耐荫型种质资源耐荫型鉴定结果

注：光照强度依据当天测定结果设定、大田9900lux/10年树下19965lux，二者比值0.2

实施例2、耐荫基因的挖掘及标记开发。

以实施例1筛选的耐荫种质资源冀谷32、jk4-95和非耐阴种质资源冀谷31、fk-1为材料，2016年7月中旬于孕穗期选取剑三叶叶片，通过rna-seq获取它们的转录组信息；通过两种类型材料基因的差异表达分析，获得差异表达基因；通过生物信息学分析和进化分析，进一步推测其功能；克隆其中部分功能比较突出的基因；再通过基因测序，探明其基因序列，开发系列耐荫标记。

实施例3、耐荫育种材料(不育系、恢复系)的创制

以实施例1筛选的耐荫资源为材料，配制系列杂交组合；利用实施例2开发的系列耐荫分子标记，通过分子标记辅助选择，创新耐荫型不育系、恢复系。

1)耐荫型不育系的创制：2016年夏下以56a、51a为母本，以km200、km117为父本，配制杂种一代；2017年冬，在海南大同29、206083为母本，以夏天配制的杂种一代为父本，继续配制三交组合，然后经过连续4代的南繁北育，并依据分子标记，选择耐荫型后代，育成新不育系dz40a、dz386a。

2)耐荫型恢复系的创制：2016年夏下以大同32、p423为母本，以jk4-95、hk229为父本为父本，配制杂种一代；2017年冬，海南种植杂种一代，然后经过连续4代的南繁北育，并依据分子标记，选择耐荫型后代，育成新耐荫恢复系系hk808、hk838。

(4)耐荫型新品种/杂交种的选育：以步骤(3)1)创制的系列耐荫型不育系为母本，以步骤(3)2)创制的系列耐荫型恢复系为父本，配制系列新杂交组合，通过系列中间试验，鉴定出耐荫型、丰产性、抗逆性和品质均较好的耐荫型杂交种40808、386838。

表1耐荫型新杂交种系列耐荫性状鉴定结果结果

新杂交种40808、386838与56229、5695等杂交种一起，用于栗谷立体套种，取得良好效果，2020年8月在迁西县兴城镇北观村示范田，经省科技厅组织专家现场检测，4个耐荫型杂交种在10年、15年板栗树下平均单产406.55-495.18kg/亩，折合果园产量243.93-297.11kg/亩，与大田基本持平；普通非耐荫型谷子燕红谷平均亩产分别为280.63kg/亩、301.60kg/亩,折合果园产量在168.38kg/亩、180.96kg/亩，取得了良好的示范效果。

实施例4、确保板栗和选育的谷子新品种关键生育阶段重合

⑴.“板栗生育进程”数据库的建立：基于不同板栗品种在适宜的各产区生育进程，建立板栗各关键生育阶段的数据库。

⑵“适宜栗谷立体套种的耐荫型谷子新品种/杂交种生育进程”关联数据库的建立：基于耐荫型谷子品种/杂交种在适宜的板栗产区的生育进程，建立耐荫型谷子品种各关键发育阶段的数据库。

⑷依据板栗的肥水需求规律，结合⑴步骤建立的板栗关键生育阶段数据库，确定关键管理措施的施用时期。

⑷依据谷子肥水需求规律，结合⑵步骤建立的谷子关键生育阶段数据库，确定关键管理措施的施用时期。

⑸通过⑴步骤和⑵步骤数据库的对比分析，使得⑶步骤、⑷步骤确定的板栗、谷子关键肥水需求期一致的谷子适宜播期和3-4个发育阶段耦合点。

实施例5、确保关键肥水管理措施一致。

⑴通过对实施例4步骤⑸确定的板栗、谷子耦合点的追踪调查和调控，确保板栗、谷子关键发育阶段重合。

⑵依据步骤⑴确定的关键发育阶段，采取一致的管理措施，确保肥水管理、病虫害防治措施一致。

实施例6、病虫害防治和自然灾害抵御上互补性的建立

⑴依据板栗红蜘蛛等虫害的发生规律，结合耐荫型叶片特点，建立通过谷子吸引红蜘蛛降低板栗危害，提升板栗品质的方法。

⑵依据大风、大雨和冰雹等自然灾害对谷子危害特点，建立利用板栗降低这些灾害性天气对谷子危害的方法。实现板栗、谷子对病虫害、自然灾害抵御方面的互补，达成板栗谷子的互利共生。

实施例7、本发明的原理和讨论

本发明的原理之一是谷子植株较矮、生育期较短，且种植季节与板栗基本重合。谷子与玉米、高粱相比，植株较矮，一般株高1.15-1.35m，能够在板栗树下正常生长；且与玉米、高粱、大豆、花生相比，谷子生育期较短，在适期播种的情况下，能够保证在板栗采摘前正常成熟，不影响板栗收获；与小麦等相比，谷子为春播、晚春播、夏播均可以，生长季节与板栗一致；且耗水较少，与板栗能够吻合；对肥料要求不严格，能够以板栗以其进行肥水管理。

本发明的原理之二是谷子中确实存在一些耐荫种质资源，且这一性状是由基因控制，可以遗传给后代，通过系列研究，可以利用这些种质资源创制出耐荫型新品种/杂交种，这些品种更适宜与板栗立体套种；且谷子叶片等器官粗蛋白含量高，易于吸引红蜘蛛等害虫危害，从而降低红蜘蛛对板栗的危害，而自身叶片蜡质层较厚，能够抵御红蜘蛛危害，产量损失较小，实现板栗提质，谷子增产，提高老百姓收益。

本发明的原理之三是谷子与板栗关键生育阶段的发育进程基本一致。在适期播种的情况下，各关键生育阶段基本可与板栗重合，即使出现部分不一致的情况，通过肥水管理等农艺调控措施，也可以实现重合，进而实现腹水等农艺管理措施的一致。

参见上文的实施例，申请人项目组已利用本发明的方法创新出系列耐荫谷子育种材料(不育系、恢复系)，在此基础上育成了耐荫型谷子杂交种，且实现了板栗、谷子关键生育阶段的基本重合和关键管理措施的一致。

综上实施例可见，本发明的方法建立了一套耐荫型谷子新品种/杂交种的选育方法，在此基础上，建立了能够保证板栗、谷子关键生育阶段基本重合、关键管理措施一致、和板栗谷子互利共生的方法，为开展栗谷立体套种，和板栗提质、谷子增产提供了有力的技术支持，也为发展谷子产业、恢复和发展谷子种植面积找到了一条可行的途径。

在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述或记载的部分，可以参见其它实施例的相关描述。

以上所述实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本发明的保护范围之内。