玉米育種進(jìn)程中的重要農(nóng)藝性狀演化研究

摘 要：玉米育種是了解生產(chǎn)需求并創(chuàng)造性地滿足生產(chǎn)需求的過程。特定種植模式以及特定栽培密度對玉米品種的需求存在差異。該項(xiàng)研究以1996-2012年四川省區(qū)域試驗(yàn)雜交組合為材料，研究不同時(shí)期雜交組合的生育期變化和穗行數(shù)變異。其中生育期隨著育種時(shí)期的推進(jìn)在不斷減少，但均高于100d；穗行數(shù)則呈現(xiàn)分階段增加或減少的變化，表現(xiàn)為1995-2005年增加而2005-2012年減少的變化趨勢。這一研究結(jié)果體現(xiàn)了立體種質(zhì)模式下的玉米品種更替，同時(shí)也揭示了增加單位面積種植密度在我國西南地區(qū)玉米高產(chǎn)中的意義。

關(guān)鍵詞：玉米育種；農(nóng)藝性狀；演化

中圖分類號 S513 文獻(xiàn)標(biāo)識碼 A 文章編號 1007-7731（2013）24-18-03

玉米雜交育種起源于19世紀(jì)30年代，經(jīng)歷了常規(guī)品種、多交種、雙交種和單交種等幾個(gè)重要時(shí)期[1]。在中國，玉米有超過500a的栽培歷史，從19世紀(jì)60年代開始步入雜交育種階段。育種家門通過不斷努力篩選出適合不同歷史時(shí)期、不同生態(tài)區(qū)的重要玉米種質(zhì)材料，組配出一批有代表性的雜交種，為中國玉米育種奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。報(bào)道顯示，我國從地方品種中直接選育的自交系超過100個(gè)，其中最為著名的丹340和黃早四分別選自地方品種旅大紅骨和塘四平頭[2]。地方品種包含了許多能夠被利用的抗病、抗蟲、抗逆等優(yōu)異基因，在育種進(jìn)程中發(fā)揮著重要作用。其中典型的自交系有黃早四，該材料具有生育期短、抗玉米矮花葉病毒和一般配合力高等優(yōu)點(diǎn)，以其為共同親本所選育出的衍生系多達(dá)70個(gè)以上，組配的雜交種超過81個(gè)，推廣面積超過4 000萬hm2 [3]。重要的黃早四衍生系有昌7-2、444、吉853、黃野四3等，其中昌7-2是黃早四成功改良自交系之一，以該改良系為親本組配的鄭單958的推廣面積超過3.5億hm2[4]，成為地方種質(zhì)成功應(yīng)用的典范。從20世紀(jì)70年代開始，育種家們開始從國外引進(jìn)大量的玉米自交系、雜交種和人工合成群體，在我國玉米育種和生產(chǎn)中發(fā)揮了巨大作用。其中最為典型的自交系有B73、Mo17等，以這兩個(gè)材料為親本組配的雜交種SC-704在新疆得到廣泛應(yīng)用[3]。引進(jìn)的代表性雜交種有3147、3382和78599等，以這些引進(jìn)雜交種為基礎(chǔ)，通過二環(huán)系方法選育出的著名自交系有沈5003，U8112和鐵7922等，在我國玉米育種中得到大量應(yīng)用。同時(shí)，以這些自交系為基礎(chǔ)還衍生出大量的優(yōu)良玉米種質(zhì)材料，研究顯示，沈5003衍生出的自交系至少30個(gè)，組配的雜交種至少24個(gè)；鐵7922衍生自交系至少18個(gè)，組配的雜交種至少23個(gè)。從沈5003與U8112雜交后代中選育出掖478，從沈5003與鐵7922雜交后代中選育出鐵C8605-2和丹9046。鐵C8605-2衍生自交系16個(gè)，組配雜交種14個(gè)；丹9046衍生自交系至少30個(gè)，組配雜交種至少10個(gè)以上[3]。此外，利用引進(jìn)的群體Suwan （蘇灣）、ETO 和Tuxpeno（墨白1號）培育出大量自交系，如M9等。通過外引材料與國內(nèi)材料的基因融合，形成了多元化的雜種優(yōu)勢類群和雜優(yōu)模式。

另外西南區(qū)作為中國主要的玉米生產(chǎn)地之一，其玉米收獲面積或播種面積均超過全國總面積的20%，而四川省以4.9%的收獲面積達(dá)到全國玉米總產(chǎn)量的4.54%[5]，為南方玉米生產(chǎn)作出了重要貢獻(xiàn)。因此，本研究以1996-2012年進(jìn)入?yún)^(qū)域試驗(yàn)的組合為研究對象，分析其生育期、出籽率與推廣面積的演變趨勢，揭示西南區(qū)玉米育種進(jìn)程中的育種改良方向，為新的玉米雜交種培育提供一定的理論參考。

1 試驗(yàn)材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料 本研究以1996-2012年四川省區(qū)域試驗(yàn)?zāi)铣湓囼?yàn)點(diǎn)搜集和整理的所有玉米雜交組合為材料。

1.2 田間試驗(yàn)設(shè)計(jì) 所有組合分別于1996-2012年種植于南充市農(nóng)業(yè)科學(xué)院瀠溪試驗(yàn)基地。試驗(yàn)采用完全隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，4行區(qū)，2次重復(fù)，田間管理參照四川省玉米區(qū)域試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行，以出苗到收獲所需天數(shù)作為生育期；取中間兩行，從第3株開始連續(xù)調(diào)查5株的株高；收獲中間兩行并取5個(gè)樣穗考種，評價(jià)穗行數(shù)。

1.3 數(shù)據(jù)分析 選用EXEL2007對數(shù)據(jù)進(jìn)行初步整理，利用SASv9.1對性狀間的相關(guān)性進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

2 研究結(jié)果

2.1 不同時(shí)期玉米雜交組合生育期差異明顯 比較結(jié)果顯示，1996-2012年間參加區(qū)域試驗(yàn)的雜交組合生育期呈二項(xiàng)式逐年降低趨勢（見圖1），R2=0.652。其變化主要分為3個(gè)階段，其中1996年選育的組合平均生育期較高超過120d；1997-2006年間選育雜交組合的生育期在110～120d之間，平均值為117d；2007-2012年間選育雜交組合的生育期在100～110d之間，平均值為106d。

圖1 不同年份雜交組合生育期變化趨勢

2.2 不同年份雜交組合的穗行數(shù)變化 穗行數(shù)是籽粒產(chǎn)量的重要影響因素之一。本研究結(jié)果顯示，不同年份雜交組合平均穗行數(shù)差異較大，呈多項(xiàng)式曲線變化，R2=0.595。其中2005年前雜交組合的穗行數(shù)逐年增加；2005-2009年間玉米雜交組合的穗行數(shù)急劇下降（見圖2）。體現(xiàn)了穗行數(shù)在不同育種時(shí)期受選擇和改良程度的影響存在差異。

圖2 不同雜交組合穗行數(shù)變化

3 討論

3.1 不同栽培模式對玉米品種的需求差異 生育期變化是作物本身生理過程與環(huán)境綜合作用的結(jié)果。玉米生長受到光照、溫度、水分和肥料等環(huán)境因素的影響，不同緯度、不同年份以及不同栽培模式等均對玉米品種的需求也存在差異[6]。本研究結(jié)果顯示，從1996年到2012年間的玉米雜交組合的生育期在不斷地縮短。一定程度上適應(yīng)了南方特有的栽培模式的演變。一直以來，南方丘陵地區(qū)傳統(tǒng)的種植模式為“麥/玉/薯”，即春季在小麥的預(yù)留行里種植玉米，由于玉米苗期植株較矮，對小麥影響較小；待小麥?zhǔn)斋@后在小麥茬里種植甘薯。由于甘薯價(jià)格較低且匍匐生長，玉米具有較充分的光合空間，充分發(fā)揮玉米的高光效優(yōu)勢成為增加單位面積產(chǎn)量從而增加單位面積效益的有效措施之一。在這種栽培模式下，稀植大穗型且生育期中長的玉米品種則受到更多青睞。隨著人們生活質(zhì)量的不斷提高，對大豆的需求日益增加，大豆價(jià)格不斷提高加上大豆具有改善土壤結(jié)構(gòu)等優(yōu)勢，所以“麥/玉/豆”栽培模式成功取代傳統(tǒng)的“麥/玉/薯”模式，種植面積逐年增加。在“麥/玉/豆”栽培模式下，玉米和大豆的共生期是影響大豆產(chǎn)量的關(guān)鍵因素，一定程度上縮短玉米生育期能夠有效提高大豆產(chǎn)量從而提高單位面積效益。因此一些新的高產(chǎn)玉米組合除了滿足綜合農(nóng)藝性狀好、抗性強(qiáng)外還得滿足特定種植模式下的適應(yīng)性。

3.2 不同種植密度下的穗行數(shù)變化 穗行數(shù)是產(chǎn)量構(gòu)成因素之一，與產(chǎn)量變化呈顯著正相關(guān)關(guān)系。報(bào)道顯示，穗行數(shù)受種植密度影響較大[7-8]。本研究結(jié)果顯示，玉米雜交組合穗行數(shù)呈先增后減的變化趨勢，與特定地區(qū)的種植模式演變高度相關(guān)。南方丘陵區(qū)的傳統(tǒng)種植模式為“麥/玉/薯”，凈作條件下玉米種植模密度也較低為2 800株/667m2。稀植大穗玉米品種的種植面積更大，因此育種者通過改良穗行數(shù)從而增加單位面積產(chǎn)量。近年來，隨著栽培模式的變化以及凈作條件下玉米種植密度的逐漸增加（3 200株/667m2），以往的稀植大穗型玉米品種的遺傳潛勢丟失，僅靠增加穗行數(shù)來實(shí)現(xiàn)玉米產(chǎn)量提高已經(jīng)不能滿足玉米的實(shí)際生產(chǎn)需求。因此穗行數(shù)適度且耐密性好、抗性強(qiáng)且綜合農(nóng)藝性狀優(yōu)良的品種更受青睞。

4 結(jié)論

玉米區(qū)域試驗(yàn)中雜交組合的生育期、穗行數(shù)變化反映了栽培模式、種植習(xí)慣以及種植密度的變化和相應(yīng)條件下的品種更替趨勢，一定程度上反映了玉米生產(chǎn)近期的實(shí)際需求。

參考文獻(xiàn)

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（責(zé)編：陶學(xué)軍）