抗旱節(jié)水型玉米種質的構建及鑒定

張文忠等

摘要隨著全球性缺水問題日益尖銳，干旱對農作物造成的損失在所有非生物脅迫中占首位。我國約有50%以上的土地處于干旱缺水狀態(tài)，嚴重制約著我國農業(yè)和經(jīng)濟的發(fā)展。近年來，由于干旱缺水導致的玉米減產約占玉米總產量的20%～30%。為充分挖掘玉米的抗旱節(jié)水特性，采用雜交、復合雜交、回交等多種手段對現(xiàn)有玉米種質資源進行改良，并進行抗旱性鑒定，培育出具有抗旱節(jié)水特性突出、一般配合力高、適應性廣的2個類群F5Q和F5P，對于提高玉米的抗旱性和水分利用效率及新品種選育具有重要意義。

關鍵詞玉米；種質資源；抗旱節(jié)水；新品種選育

中圖分類號S502.4文獻標識碼A文章編號0517-6611（2015）29-127-03

自20世紀90年代以來，隨著全球氣候變暖和災難性氣候日益頻發(fā)，干旱和水資源短缺已成為世界農業(yè)和社會發(fā)展的制約因素。目前，干旱、半干旱已遍及50多個國家和地區(qū)，干旱、半干旱地區(qū)面積約占陸地面積的36%，占耕地面積的43%。玉米是我國重要的糧食、飼料、經(jīng)濟兼用作物，同時也是需水較多、對干旱較為敏感的作物。尤其是近年來氣候的全球性惡化引發(fā)干旱發(fā)生的周期越來越短，干旱程度越來越重，使干旱和半干旱地區(qū)玉米產量下降，其他地區(qū)旱情也周期性頻繁發(fā)生。從全國范圍來看，玉米干旱面積占全國玉米受災面積的約50%，我國玉米種植面積居糧食作物第二位，但有2/3的玉米面積因為受到干旱影響而造成嚴重的產量損失。干旱問題已成為我國乃至全世界玉米生產的主要限制因素。

針對極端氣候條件對玉米生產造成的不利影響，開展抗旱節(jié)水基礎材料研究將具有現(xiàn)實意義。國內外研究者對玉米的抗旱性鑒定和指標以及抗旱性栽培育種技術進行了大量研究，但如何盡快改良選育出具有抗旱節(jié)水特性的種質資源是培育抗旱玉米新品種的根本途徑之一。

1材料與方法

1.1整體構想玉米的抗旱性是受多基因控制的數(shù)量性狀且表現(xiàn)為加性效應，因此其主要任務就是聚合存在于不同種質資源材料中的有利基因，并通過有效選擇獲得理想的抗旱型群體。黃早4、Reid、Lancaster等血緣代表系及78599選系中都存在廣泛的耐旱基因，筆者通過對50多份玉米自交系的田間觀察，并對其株高、穗位、葉片相對含水量、抽雄與散粉的間隔天數(shù)（ASI）等第二性狀進行分析，篩選出8份具有一般配合力高、綜合農藝性狀好、抗旱抗逆性強、適應性廣等特點的耐旱系，分別為A513、C649、長3154、沈137、齊319、H921、丹598、長1572。將這8份自交系作為基礎材料，采用雜交、復合雜交、回交等手段（如圖1所示），在不改變其固有雜優(yōu)模式和大的遺傳背景下，對先玉335的父本（PH4CV）和母本（PH6WC）進行同步改良，通過2代隔離種植、天然混粉、人工選穗、混合脫粒，最終形成具有基因型純合、一般配合力高、株型結構理想、抗旱抗逆性強的新型種質類群，為我國抗旱節(jié)水玉米新品種的選育提供一定的技術支持。

1.2試驗材料的主要特性

1.2.1A513。Mo17×金皇后，Lancaster類群，幼苗葉鞘紫色，葉片淺綠，葉波明顯，成株株高157 cm，穗位高49 cm，子粒深黃半硬，雄穗分枝較多，花粉量充足，抽雄至散粉間隔期（ASI）平均值為2.1 d，抗旱性較強，高抗小班病和青枯病，中抗大斑病和粗縮病，感矮花葉病。

1.2.2C649。利用Mo17×金皇后，經(jīng)過多代自交選育而成，Lanscaster類群，幼苗葉鞘紫色，葉片呈凹形，無葉波，成株株型平展，成株期生長勢強，株高195 cm，穗位高63 cm，穗粗3.7 cm，總葉片數(shù)17～20片，子粒淡黃色，雄穗分枝稀疏，花粉量大，ASI平均值為2.3 d，花期雌雄協(xié)調性好，抗旱性強，適應性廣，抗穗腐、粒腐，感大斑病及矮花葉病。

1.2.3長3154。利用自330×太183雜交種經(jīng)多代自交選育而成，幼苗葉鞘綠色，葉尖下垂，葉波明顯，成株期葉面積較寬大，株高208 cm，穗位63 cm，株型結構合理，根系發(fā)達，雄穗分枝10～13枝，ASI平均值為2.3 d，綜合抗病能力強，耐旱性較強，保綠性好，適應性廣。

1.2.4沈137。利用國外雜交種6JK111選育而成，含有熱帶種質資源，生育期約120 d，株型結構合理，桿強抗倒，成株株高195.8 cm，穗位高86.7 cm，雄穗分枝較多，花粉量大，子粒黃色筒型，抗大斑病，絲黑穗，青枯病等，對螟蟲也具有很好的抗性。

1.2.5齊319。利用美國雜交種78599選育而成，植株清秀、健壯，根系發(fā)達，抗倒能力強，成株株高176.3 cm，穗位67.8 cm，雄穗發(fā)達，花粉量大，約有8～10個分枝，ASI平均值為2.5 d，經(jīng)鑒定發(fā)現(xiàn)它具有抗大小斑病、彎孢菌葉斑病等各種葉部病的特點。

1.2.6H921。Reid種群，生育期120 d，葉鞘紫紅色，子葉長匙形，有波紋，成株株高192 cm，穗位高65 cm，雄穗分枝較短，分枝數(shù)7～9個，全株葉片數(shù)21片，子粒黃色半馬齒型，抗旱抗逆性強，抗大小斑病及矮花葉病。

1.2.7丹598。生育期128 d，幼苗葉鞘綠色，葉片窄長平整，葉色濃綠、健壯，葉片緊湊上沖，光合利用率高，雄穗分枝18～20個，護穎綠色，花藥黃色，花粉量充足，散粉時間持續(xù)7 d，抗旱性強，抗逆性強，制種產量高，適應性廣。

1.2.8長1572。利用5003×旅系選育而成，生育期125 d，葉片淡綠色，有波紋，成株株高172 cm，穗位高60 cm，植株較矮，穗位低，雄穗發(fā)達，花粉量充足，抗大小斑病，絲黑穗病，矮花葉病。

1.3選育過程選育地點設于山西省農業(yè)科學院谷子研究所試驗田，試驗用地0.67 hm2。2011年將篩選出的8個自交系依據(jù)株型果穗特點、抽雄至散粉間隔期（SAI）、抗病性及抗旱節(jié)水性等參數(shù)進行匯總，利用雜交優(yōu)勢互補原則，將A513和C649、長3154和沈137、齊319和H921、丹598和長1572分別雜交，獲得Q1、Q2、P1、P24份中間材料；為加速育種進度，2011年冬季在海南育種基地分別將Q1與Q2、P1和P2授粉雜交，得到復合種質Q和P；2012年在山西省農業(yè)科學院谷子研究所將Q與PH4CV雜交、P與PH6WC雜交，得到材料Q0和P0；2012年冬季，在海南育種基地分別用PH4CV和PH6WC對Q0和P0回交1次；2013年將得到的2份種質材料進行小區(qū)隔離種植，小區(qū)面積約400 m2，種植密度9萬株/hm2，抽雄后到成熟前通過田間調查對株型結構理想、雄穗分枝少、花粉量大、抗病性好、抗旱能力強的植株進行標記，選株收獲后對果穗的色澤、籽粒含水量、出籽率、千粒重、有無禿尖等進行分析，將篩選出的果穗混合脫粒，完成種質的第一次群體融合；采用同樣的方法，于2013年冬季和2014年分別在海南和長治連續(xù)進行了2代隔離混種，經(jīng)過2輪天然混合授粉和人工篩選，實現(xiàn)了類群間遺傳物質的充分融合，提高了優(yōu)良基因型的頻率和重組率，形成了具有抗病性好且抗旱節(jié)水特性突出的2個對應群體F5Q和F5P（圖2）。

1.4抗旱性鑒定試驗點設在山西省農業(yè)科學院谷子研究所，試驗分為干旱脅迫處理和正常灌溉處理2個試驗區(qū)，2個試驗區(qū)的肥力水平相當。將F5Q和F5P群體分別種植在可移動旱棚和普通試驗田內，每個類群種植20行，每行長7 m，行距30 cm，株距25 cm。根據(jù)降雨情況及最后一次灌溉量來調控干旱脅迫處理區(qū)的脅迫強度，在玉米開花前20 d進行干旱脅迫，脅迫至灌漿期恢復灌水，正常灌溉區(qū)每10～15 d灌水1次直至收獲。

1.4.1干旱脅迫對玉米主要農藝性狀的影響。鑒定和篩選玉米抗旱節(jié)水農藝性狀特別是產量性狀是選育抗旱節(jié)水玉米的關鍵問題。在玉米開花期采用五點取樣法（每個點選取相似的3株）調查各供試材料的抽雄期、吐絲期、葉片卷曲度，收獲前測定其株高、穗位高、雄穗分枝數(shù)等農藝性狀；收獲后進行室內考種，測定其穗長、穗粗、穗行數(shù)、行粒數(shù)、有無禿尖及千粒重。

1.4.2干旱脅迫對玉米ASI的影響。ASI是玉米散粉至抽絲的間隔期，是篩選玉米抗旱性種質常用的重要指標之一。Duplessis等最早發(fā)現(xiàn)在干旱脅迫條件下脅迫處理區(qū)的產量與ASI呈顯著的負相關。進一步研究表明，開花期遭遇干旱時，吐絲會有所延遲，導致ASI增加，籽粒產量下降，所以玉米的產量總是與ASI有關，ASI小有利于高產[2，11]。對2類群體在正常條件和干旱脅迫處理條件下所抽取的樣本的ASI值進行比較與分析。

1.4.3干旱脅迫對玉米葉片相對含水量（RWC）的影響。玉米的葉片相對含水量（RWC）大小是反映其抗旱能力大小的重要指標，抗旱性較強的品種有較強的保水能力[12]。對2個群體在正常灌溉和干旱脅迫下玉米葉片相對含水量（RWC）進行測定。

2結果與分析

2.1干旱脅迫對玉米主要農藝性狀的影響從表1可以看出，正常灌溉和干旱脅迫處理2個試驗區(qū)各農藝性狀除穗行數(shù)、行粒數(shù)外，其他農藝性狀均有所下降，其中株高、穗位高、穗長及穗粗的下降幅度約為2.0%～4.0%，傷害率小于預期的10%；雄穗分枝數(shù)、葉片卷曲度、葉面積降幅僅為1.4%～18%；千粒重低于正常條件下的（17.5±0.5）%。各農藝性狀指標均符合抗旱性玉米的經(jīng)濟指標。

2.2干旱脅迫對玉米ASI的影響試驗表明，在干旱脅迫處理條件下的2個群體的ASI平均值均略有升高，其中F5Q群體的ASI平均值由原來的2.24上升為2.69，F(xiàn)5P群體的ASI平均值由原來的2.75上升為3.26，雌雄基本協(xié)調，表現(xiàn)出較強的抗旱能力。

2.3干旱脅迫對玉米葉片相對含水量（RWC）的影響從圖3～4可以看出，群體F5Q和F5P的葉片相對含水量均無顯著變化，傷害率低于15%，有較強的保水抗旱能力。

3小結

該研究從玉米自身的抗旱性和節(jié)水性材料集成和創(chuàng)新

著手，在現(xiàn)有種質資源基礎上，最大限度地挖掘玉米自身抗旱節(jié)水能力，積極開發(fā)玉米抗旱節(jié)水種質資源，以更好地適應環(huán)境變化，同時采用第二性狀法對育成群體的抗旱指標進行測定，所測數(shù)據(jù)均符合抗旱性玉米的各項經(jīng)濟指標，成功選育出2個抗旱節(jié)水性強的玉米種質資源F5Q和F5P群體，不僅豐富了我國現(xiàn)有的耐旱性種質資源，也為更好地服務于玉米科研和生產奠定了一定基礎。

43卷29期張文忠等抗旱節(jié)水型玉米種質的構建及鑒定

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