宜機(jī)收玉米種質(zhì)資源的創(chuàng)新與利用

馮健英 許 洛 李中建 王紹新

（河北省石家莊市農(nóng)林科學(xué)研究院，石家莊050041）

玉米產(chǎn)業(yè)被稱為21世紀(jì)的“黃金產(chǎn)業(yè)”。玉米是世界分布最廣的作物之一，也是推廣面積、總產(chǎn)量最大的作物之一[1]。在全國糧食“十一連增”中，玉米的增益在55%以上[2]。隨著國家城鎮(zhèn)化進(jìn)程推進(jìn)，農(nóng)村勞動(dòng)力大量轉(zhuǎn)移，種植業(yè)勞動(dòng)力成本不斷上升，不同形式土地流轉(zhuǎn)使玉米生產(chǎn)規(guī)模化，傳統(tǒng)種植晚熟、脫水慢的玉米品種，收后堆放霉變?cè)斐韶S產(chǎn)不豐收的局面年年發(fā)生，制約著玉米全程機(jī)械化的進(jìn)程。玉米的籽粒直收或收后快速晾曬脫粒成為種糧大戶、專業(yè)種植合作社的迫切需求，具備脫水快、早熟、耐密和抗倒等性狀的玉米品種受到這些新型農(nóng)業(yè)經(jīng)營主體的青睞，也是未來玉米育種發(fā)展的方向和總趨勢(shì)[3-5]。

1 我國玉米品種機(jī)收現(xiàn)狀與進(jìn)展

目前在我國主要糧食作物中，玉米的機(jī)械化程度遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于小麥和水稻，制約著玉米生產(chǎn)效率的提高[6]。究其原因，一方面是由于地塊分散、農(nóng)機(jī)具和傳統(tǒng)的種植習(xí)慣造成的；另一方面是現(xiàn)有品種難以適應(yīng)玉米生產(chǎn)機(jī)械化的要求。機(jī)械化籽粒收獲的前提就是脫水快、早熟、耐密和抗倒。

當(dāng)前玉米品種存在的問題：（1）熟期偏長、高稈、大穗、不耐密植，雖然以鄭單958為代表的品種在一定程度上提高了品種的耐密性，但是生育期偏長，它的改良品種更是回到了稀植、大穗、不耐密的老路上，它們存在晚熟不耐密、后期秸稈回性快、易倒伏等缺點(diǎn)。（2）收獲后晾曬脫水極慢，不適應(yīng)短時(shí)間晾曬機(jī)械脫粒。以鄭單958為代表的系列品種脫水極慢，較多種糧大戶由于場(chǎng)地原因不能快速曬干糧食而導(dǎo)致其發(fā)生霉變，造成巨大損失。（3）當(dāng)前玉米品種后期稈軟、易倒伏，不適應(yīng)機(jī)械化收獲。未來玉米品種要求具有早熟、耐密、后期秸稈堅(jiān)硬、籽粒脫水快、苞葉疏松、穗位高度整齊的特性，而目前生產(chǎn)上推廣的玉米品種普遍存在抗倒性差、成熟后秸稈倒伏嚴(yán)重、苞葉過緊、穗位整齊度差等缺點(diǎn)。針對(duì)以上問題，創(chuàng)新宜機(jī)收的玉米種質(zhì)資源，選育早熟、耐密、脫水快的高產(chǎn)玉米新品種成為當(dāng)務(wù)之急。

近幾年國內(nèi)推廣以先玉335為代表的快速脫水品種，也有一些苗頭品種進(jìn)入了粒收的試驗(yàn)階段。目前在東北地區(qū)推廣籽粒直收技術(shù)已經(jīng)形成一定規(guī)模，如黑龍江省推廣的德美亞1、2、3號(hào)早熟性好，耐密抗倒，適應(yīng)了這種形勢(shì)需求，同時(shí)也引領(lǐng)著國內(nèi)玉米品種向適應(yīng)機(jī)械化粒收方向發(fā)展[7]。黃淮海夏播區(qū)，受一年兩熟制影響，目前沒有成熟的品種實(shí)現(xiàn)籽粒直收。但隨著玉米生產(chǎn)的集約化，機(jī)收籽粒是最終的方向。

2 國外玉米機(jī)收現(xiàn)狀

歐美國家的玉米生產(chǎn)在世界上是領(lǐng)先的。在脫水、早熟期的選育上以美國最為先進(jìn)，美國玉米品種在脫水速率上明顯快于國內(nèi)，他們的生產(chǎn)全部實(shí)現(xiàn)了機(jī)械化籽粒直收。美國從20世紀(jì)80年代到21世紀(jì)初，20多年時(shí)間內(nèi)選育的品種在熟期上減少了10d左右，但是通過密度的增加，單位面積產(chǎn)量反而持續(xù)增加，說明選育早熟、耐密品種實(shí)現(xiàn)增產(chǎn)是可行的[8-9]。

3 宜機(jī)收品種應(yīng)具備的優(yōu)良性狀

耐密性 宜機(jī)收品種要求在5000株/667m2種植密度條件下不禿尖、不倒伏。研究表明，玉米的耐密性是一個(gè)復(fù)雜的綜合特性，是植株整個(gè)生長過程各性狀之間相互制約、相互影響所共同決定的系統(tǒng)性整體功能的體現(xiàn)?？沟剐?要求倒伏、倒折率不超過8%，成熟后10d倒伏率不超過10%。早熟性夏播生育期95d左右，比對(duì)照鄭單958早熟3~5d。脫水性 成熟時(shí)含水量達(dá)到25%左右，比對(duì)照低10%以上。豐產(chǎn)性 和對(duì)照持平或比對(duì)照減產(chǎn)不顯著。

4 宜機(jī)收玉米種質(zhì)資源的創(chuàng)新進(jìn)展

4.1 搜集符合育種目標(biāo)的前沿材料從2010年開始搜集，包括從中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物科學(xué)研究所引進(jìn)其公開發(fā)放的美國原裝自交系；從國內(nèi)各育種單位引進(jìn)先鋒公司、孟山都公司、利馬格蘭、德美亞等成形品種的親本加以利用；從國家和省區(qū)預(yù)試驗(yàn)中，對(duì)符合育種目標(biāo)的品種加以選系和改良利用。

4.2 針對(duì)育種目標(biāo)對(duì)玉米種質(zhì)材料進(jìn)行不同方式的改良

4.2.1 組建抗倒、耐密母本群來源是區(qū)域內(nèi)核心種質(zhì)2份，包括鄭58、PH6WC；孟山都脫水快的種質(zhì)2份，包括迪卡516和迪卡517的母本；美國堅(jiān)稈耐密種質(zhì)2份，包括6001和6017；利馬格蘭品質(zhì)好的粒深種質(zhì)1份：利自，共計(jì)7份。從2013年開始，3代內(nèi)復(fù)合雜交，3代后混粉2次，2017年冬配群程序完畢，開始自交選系。在組配過程中，為加快改良進(jìn)度，中間發(fā)現(xiàn)優(yōu)異材料，隨時(shí)進(jìn)行自交選系。

4.2.2 組建早熟、脫水快的父本群父本主要組群來源是區(qū)域內(nèi)核心種質(zhì)2份，包括昌7-2、PH4CV；迪卡517父本，德美亞1、3號(hào)父本，T12（熱帶血緣）父本系等共6份。從2013年開始也采用3代內(nèi)復(fù)合雜交，3代后混粉2次，然后開始選系。加入熱緣材料的原因是改良父本系普遍存在抗病和抗倒性差的缺點(diǎn)。

4.2.3 對(duì)骨干系的回交改良和小群體選系對(duì)原有優(yōu)系進(jìn)行新育種目標(biāo)下的定向改良；用原骨干系、前沿材料等按育種目標(biāo)組成3~5個(gè)系的小群體，快速利用。

4.2.4 改良效果組建大群體周期較長，要10代以上才能進(jìn)入穩(wěn)定出圃階段，回交改良及小群體的途徑由于穩(wěn)定快，目前有幾個(gè)出圃的高配合力自交系，并育成了一些苗頭品種。

石359 選自骨干系改良，2008年以PH4CV×鄭58為基礎(chǔ)材料，經(jīng)南繁北育，連續(xù)自交6代，選擇優(yōu)良單株，于2011年選育而成。該自交系生育期中等，100d左右，抗病、抗倒性較強(qiáng)，株高180cm，籽粒半硬粒、黃粒、白軸，品質(zhì)好。所配雜交組合石玉1502目前正參加河北省夏播生產(chǎn)試驗(yàn)，即將通過審定。

H1710 選自小群體（昌 7-2×9801×5237），2006年組配后，到F5基本穩(wěn)定，加入熱帶種質(zhì)T12，再和原材料回交，選抗病單株連續(xù)自交7代而成。該自交系生育期105d左右，抗病、抗倒性特別突出，株高200cm，籽粒半馬齒、淺黃粒、白軸。以H1710為父本所配雜交組合石玉1502目前正參加河北省夏播生產(chǎn)試驗(yàn)，即將通過審定；以H1710為父本所配雜交組合石玉1504于2018年參加河北省夏播5000株組區(qū)試，表現(xiàn)突出。

NF17 選自骨干系改良，2006年冬以PH6WC×鄭58配成為基礎(chǔ)材料，2007年于石家莊趙縣用PH6WC回交1次，經(jīng)南繁北育，連續(xù)自交6代，選擇優(yōu)良單株，于2012年育成。該自交系生育期中等，100d左右，抗病、抗倒性較強(qiáng)，株高180cm，籽粒硬粒、黃粒、紅軸，品質(zhì)極好。所配雜交種宏瑞1788于2018年通過河北省審定。

石1447 美國雜交種改良的二環(huán)系，2010年以美國雜交種（中國農(nóng)科院引進(jìn)）為基礎(chǔ)材料，經(jīng)南繁北育，連續(xù)自交6代，選擇優(yōu)良單株，于2012年育成。以石1447為母本所配雜交組合石玉1504于2018年參加河北省夏播5000株/667m2組區(qū)試，表現(xiàn)突出。

W25 2008年以登海種業(yè)的展示品種×鄭58為基礎(chǔ)材料，經(jīng)南繁北育，連續(xù)自交6代，選擇優(yōu)良單株，于2012年育成。以其為父本選育的石玉13號(hào)（參試代號(hào)石玉1503）于2016-2017年參加河北眾誠聯(lián)合體5000株/667m2密度組區(qū)試和生產(chǎn)試驗(yàn)，于2018年7月通過河北省農(nóng)作物品種審定委員會(huì)審定。

4.3 新組合配合力測(cè)定

4.3.1 低代系用標(biāo)準(zhǔn)測(cè)驗(yàn)種測(cè)配母本系用PH4CV和DK517父本測(cè)，父本系用PH6WC和自選系W25測(cè)。根據(jù)測(cè)配組合產(chǎn)量，留下最優(yōu)的10%繼續(xù)選系。

4.3.2 高代系組配新組合5代以后的選系用生產(chǎn)上的親本系10~12個(gè)、自有骨干系10~20個(gè)，進(jìn)行雙列雜交配制組合，將新配組合進(jìn)行田間產(chǎn)比鑒定，通過田間調(diào)查和室內(nèi)考種，對(duì)農(nóng)藝性狀、經(jīng)濟(jì)性狀進(jìn)行綜合比較后，進(jìn)行擇優(yōu)淘劣，篩選出配合力高并超對(duì)照10%以上的優(yōu)良組合，繼續(xù)下年度二次產(chǎn)比鑒定。

4.3.3 異地測(cè)試在冀中南夏播區(qū)安排5個(gè)以上的測(cè)試點(diǎn)，檢測(cè)新組合的豐產(chǎn)性、穩(wěn)產(chǎn)性和適應(yīng)性。在甘肅安排骨干母本自交系制種生產(chǎn)力的測(cè)試。

4.3.4 早熟性及收獲后脫水性測(cè)試主要安排苗頭品種的熟期調(diào)查、中后期抗倒性測(cè)試、收獲時(shí)的含水量測(cè)試。參照玉米收獲機(jī)質(zhì)量評(píng)價(jià)技術(shù)規(guī)范：籽粒破碎率＜1%，落粒損失＜2%；機(jī)器帶有剝皮裝置時(shí)，玉米苞葉的剝凈率應(yīng)＞85%。具體指標(biāo)的測(cè)試方法參照玉米收獲機(jī)械試驗(yàn)方法測(cè)試。

5 結(jié)論和討論

經(jīng)課題組人員努力，宜機(jī)收材料的耐密性、抗逆性和抗倒性得到顯著提高，已經(jīng)選育出幾個(gè)較為突出的創(chuàng)新材料應(yīng)用于品種選育，個(gè)別品種表現(xiàn)出抗性好、宜機(jī)收的特性，如石1447的耐密性和早熟性有望組配出符合育種目標(biāo)的突破性品種。H1710是目前課題組改良較為成功的父本系，改變了傳統(tǒng)黃改系抗倒性、抗病性差的弱點(diǎn)，并且一般配合力極高，用它組配的石玉1502、石玉1504在河北省區(qū)試與生產(chǎn)試驗(yàn)中表現(xiàn)突出，抗病性和抗倒性達(dá)到國家審定品種中關(guān)于“綠色優(yōu)質(zhì)品種的相關(guān)要求”。

關(guān)于宜機(jī)收的玉米種質(zhì)資源具備的性狀，國內(nèi)爭(zhēng)議較大，比較認(rèn)同的必備性狀是早熟、耐密、抗倒和脫水快，但是早熟性必然帶來產(chǎn)量的損失，雖然有些學(xué)者認(rèn)為可以通過密度的增加來彌補(bǔ)，但是抗倒性和結(jié)實(shí)性同樣會(huì)大打折扣，成為種質(zhì)改良的難點(diǎn)。所以，幾個(gè)性狀的有機(jī)結(jié)合是育種家需要考慮的。至于種質(zhì)資源的利用方面，要重視迪卡系列品種的資源和先鋒系列品種的資源改良，同時(shí)黃改系是黃淮海不可缺少的核心資源，和國外系加以融合利用是宜機(jī)收資源創(chuàng)新的關(guān)鍵。在當(dāng)前生產(chǎn)形勢(shì)下，對(duì)于一家一戶來說，產(chǎn)量仍是農(nóng)民首先考慮的因素，宜機(jī)收品種更偏向于被種糧大戶認(rèn)可。

對(duì)于宜機(jī)收品種的必然推廣的發(fā)展趨勢(shì)，國內(nèi)育種界的觀點(diǎn)已經(jīng)趨向一致。首先是東北地區(qū)，其次是黃淮海地區(qū)，然后是西南地區(qū)和其他玉米產(chǎn)區(qū)，冀中南地區(qū)的夏玉米由于光溫條件較差，推廣難度較大，可能要等10年甚至更長的時(shí)間，才能育成真正適宜的品種，但種質(zhì)資源創(chuàng)新的步伐正在加快。目前在東北地區(qū)，耐密型宜機(jī)收品種發(fā)展很快，代表品種有良玉99、利民33、迪卡516及德美亞1、2、3號(hào)。這些品種中有些已經(jīng)可以直接機(jī)收脫粒，相信在不到5年的時(shí)間內(nèi)，東北玉米區(qū)耐密宜機(jī)收玉米品種將上升至主導(dǎo)地位。隨著我國玉米主產(chǎn)區(qū)種植規(guī)模化、土地集約化、生產(chǎn)機(jī)械化，耐密宜機(jī)收玉米種質(zhì)資源的創(chuàng)新力度將會(huì)加大，適應(yīng)生產(chǎn)的宜機(jī)收品種會(huì)在各主產(chǎn)區(qū)得到快速應(yīng)用。