多倍化是高等植物进化的显著特征,禾本科作物中多倍体占70%以上,多倍体所表现的营养体积增大,营养成分增加的多倍体优势一直是人工诱导多倍体的目的所在。多倍体优势和杂种优势是自然界存在的两大优势,若将二者结合起来在育种上应用,势必使杂种优势的利用上升到一个新的层次。多倍体的细胞学行为和遗传规律与二倍体不同,其中以四倍体最为典型。若利用自然界存在的两大优势,以四倍体高粱与约翰逊草远缘杂交选育适合生产上应用的饲草,对于探索利用多倍体杂种优势实现高产、优质将会有重要的理论意义和实践意义。 本研究利用本组选育的四倍体高粱品系“四沈甜”、不育系“四6A”和由美国引来的约翰逊草为材料,配置“四沈甜”×约翰逊草杂交种、“四6A”×约翰逊草杂交种、“四6A”ד四沈甜”杂交种,通过对不同组合的杂交种及杂交种分离世代的杂种优势、细胞遗传学行为及饲草品质分析,以寻找多倍体杂种优势多代利用的途径及细胞学依据,初步判断四倍体高粱与约翰逊草作为饲草应用的可能性。主要研究结果如下: 一、确定了“四沈甜”和约翰逊草及其杂交种的减数分裂中期Ⅰ的染色体构型,染色体构型以二价体和四价体为主,高粱与约翰逊草具有部分同源性。二者杂交可以降低落后染色体频率,提高二价体频率。四倍体高粱、约翰逊草及其杂交种为不规则的四倍体遗传群体。 二、四倍体高粱与约翰逊草杂交具有强大的杂种优势,在田间自然杂交能够获得杂交种,且通过苗期的形态表现可以鉴定杂交种。 三、“四沈甜”×约翰逊草的杂交种及分离世代F₂、F₃在生物产量及饲草品质方面杂种优势不衰退。利用杂交种的宿根性固可以杂种优势,以生产F₂种子。初步实现了多倍体杂种优势的多代利用。 四、四倍体高粱与约翰逊草杂交种及分离世代粗蛋白在孕穗期达到最高,粗脂肪含量以抽穗期最高,单位能量值和单株生物产量以抽穗期最高,综合各营养成分含量分析认为,抽穗期有效养分含量较高,能量达到最大值,为刈割的最佳时期。四沈甜×约翰逊草杂交种粗蛋白含量在8～10.3%,F₃达到10.36%。