超高產(chǎn)玉米‘浚單29’選育的創(chuàng)新思路

王良發(fā)，張守林，孫永霞，趙 博，盧瑞乾，張志方

（1鶴壁市農(nóng)業(yè)科學(xué)院，河南鶴壁458030；2河南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院，鄭州450002）

0 引言

黃淮海地區(qū)是中國(guó)玉米種植的主要區(qū)域之一，其玉米生產(chǎn)對(duì)中國(guó)糧食安全起著重要的作用。該區(qū)域主要的種質(zhì)資源為塘四平頭和改良瑞德。從近15年的省審及國(guó)審玉米品種選育報(bào)告及保護(hù)信息來看[1]，黃淮海區(qū)域父本自交系以黃改系‘昌7-2’、‘LX9801’、‘京24’及衍生系為主[2-3]；母本以‘478’及其衍生系為主。中國(guó)第一大玉米品種‘鄭單958’的父本是‘昌7-2’[4]，第二大品種‘浚單20’的父本‘浚928’是‘昌7-2’的衍生系[5]；山東農(nóng)科院選育的魯單系列品種父本主要是‘LX9801’及其衍生系[6-8]；北京農(nóng)科院選育的京科系列品種父本來源于‘京24’、‘昌7-2’、‘LX9801’等黃改系所構(gòu)建的基礎(chǔ)材料選系[9-11]?！崋?958’、‘浚單 20’、‘偉科702’[12]、‘中單909’[13]、‘隆平206’[14]、‘華農(nóng)18’等黃淮海主推品種的母本均為‘鄭58’及其改良系。

黃淮海地區(qū)一年兩熟的種植模式限制了晚熟大穗品種的推廣[15]。通過縮短生育期，提高種植密度，從而達(dá)到單位面積玉米產(chǎn)量增長(zhǎng)的育種方法逐漸在該區(qū)域推廣開來。近年來極端天氣頻發(fā)，在玉米生長(zhǎng)期內(nèi)經(jīng)常遭遇開花期氣溫高、狂風(fēng)暴雨等災(zāi)害性天氣，造成玉米生產(chǎn)波動(dòng)較大[16]。主要病害莖腐病、大斑病、小斑病、玉米螟等危害嚴(yán)重[17-19]。這就要求育種單位選育的品種抗逆性強(qiáng)，適應(yīng)性廣，生育期適當(dāng)提前，產(chǎn)量高。

根據(jù)黃淮海地區(qū)玉米生產(chǎn)需求，在選育‘浚單29’時(shí)制定的育種目標(biāo)為：一是超高產(chǎn)，1 hm2以上小面積超高產(chǎn)攻關(guān)田產(chǎn)量要達(dá)到15000 kg；二是耐密植，適宜種植密度可達(dá)67500株/hm2；三是抗逆性強(qiáng)，耐高溫、抗倒伏、抗青枯病等黃淮海地區(qū)常發(fā)的主要病害；四是品質(zhì)優(yōu)，品質(zhì)達(dá)到普通玉米國(guó)標(biāo)一級(jí)；五是易制種，制種產(chǎn)量達(dá)6000 kg/hm2以上。

鶴壁市農(nóng)業(yè)科學(xué)院在選育‘浚單29’之前已選育出‘浚單18’、‘浚單20’等國(guó)審品種。‘浚單18’是以自選系‘浚248’為母本，‘浚926’為父本選育而成；‘浚單20’以‘浚9058’為母本，‘浚928’為父本選育而成，2個(gè)品種雜交模式均為瑞德×塘四平頭?！?8’產(chǎn)量高，品質(zhì)好，但種植密度小，推廣密度一般不超過52500株/hm2，生育期較長(zhǎng)，比‘鄭單958’晚4天。‘浚單20’由于結(jié)實(shí)性好，產(chǎn)量高，一度成為繼‘鄭單958’之后全國(guó)第二大品種，但‘浚單20’在抗倒伏、抗青枯的抗性上并沒有達(dá)到高抗的水平。在保證浚單品種高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)的品性基礎(chǔ)上，提高品種的抗逆性、抗病性和耐密性是鶴壁市農(nóng)業(yè)科學(xué)院新品種研發(fā)的攻關(guān)核心點(diǎn)。拓寬鶴壁市農(nóng)業(yè)科學(xué)院玉米育種的種質(zhì)基礎(chǔ)、豐富遺傳多樣性是選育出目標(biāo)品種的首要任務(wù)。鶴壁市農(nóng)業(yè)科學(xué)院開始引入含有部分熱帶和亞熱帶血緣的‘78599’種質(zhì)材料。利用‘78599’種質(zhì)與瑞德類群種質(zhì)雜交選出的二環(huán)系，再回交瑞德類群自交系，把國(guó)內(nèi)種質(zhì)良好的豐產(chǎn)性、適應(yīng)性與富含抗病、抗倒及耐熱等優(yōu)良基因的熱帶、亞熱帶種質(zhì)融合在一起，增強(qiáng)選育雜交種的抗倒抗病能力和豐產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)性能[20-21]。塘四平頭種質(zhì)具有成熟早、灌漿快、配合力高的特點(diǎn)，但抗倒伏能力不強(qiáng)，選擇高配合力、抗倒伏性好的自交系是黃改類父本選育的主要目標(biāo)[22]。‘浚單29’選育雜交優(yōu)勢(shì)模式定為：（瑞德×（瑞德×PB））×塘四平頭。

1 選育過程

1.1 母本自交系‘浚313’選育

母本‘浚313’是以適應(yīng)性廣、制種產(chǎn)量高的‘鄭58’作母本，‘78599’選系ב掖478’的優(yōu)良自交系作父本，采用系譜法選育而成[23-24]?！?478’是‘沈 5003’בU8112’雜交種選育的二環(huán)系，‘沈5003’、‘U8112’分別是從美系雜交種‘3147’、‘U8’中選出的自交系，‘掖478’被劃為改良瑞德?！?8599’選系ב478’自交過程的每代選系均選擇抗銹病、抗青枯病最強(qiáng)的自交系。整個(gè)選系過程均在75000株/hm2密度下進(jìn)行，選擇結(jié)實(shí)性好、耐高溫的自交系。在6代時(shí)用‘浚926’、‘浚928’做測(cè)驗(yàn)種，選擇配合力最好的自交系定名為‘浚313’。

1.2 父本自交系‘浚66’選育

父本‘浚66’是從鶴壁市農(nóng)業(yè)科學(xué)院骨干自交系‘浚926’中選擇的低穗位變異株，‘浚926’是‘昌7-2’與‘京7黃’經(jīng)選育的二環(huán)系[25]?！?-2’是‘昌單7號(hào)’（‘濰59’ב黃早四’）二環(huán)系導(dǎo)入‘Suwan一號(hào)’種質(zhì)而育成，‘Suwan一號(hào)’抗病、耐旱、耐高溫?！?黃’是由‘京早7號(hào)’選育二環(huán)系育成的‘京7’自交系與抗病、抗倒的‘黃野四’雜交選育而成[26]。‘浚926’具有較高的特殊配合力[27]，在抗病性方面優(yōu)于‘昌7-2’，但其穗位較高，為提高品種的抗倒伏能力，大群體繁育‘浚926’，從中選育低穗位單株自交，同時(shí)用‘鄭58’、‘浚248’、‘浚9058’作測(cè)驗(yàn)種，選擇高配合力自交系命名為‘浚66’。

1.3 雜交種‘浚單29’選育

2004年在海南三亞組配‘浚313’ב浚66’雜交組合，2005—2006年進(jìn)行多點(diǎn)鑒定和品比較試驗(yàn)，表現(xiàn)抗病高產(chǎn)，命名為‘浚單 29’（又名‘浚009’）；2007—2008年參加河南省夏玉米區(qū)域試驗(yàn)和生產(chǎn)試驗(yàn)；2008—2009年參加國(guó)家黃淮海夏玉米區(qū)域試驗(yàn)和生產(chǎn)試驗(yàn)。2009年4月通過河南省品種審定委員會(huì)審定；2011年10月通過國(guó)家審定[28]。

2 品種特征特性

2.1 超高產(chǎn)

2007年‘浚單29’參加河南省夏玉米區(qū)試（67500株/hm2組），試驗(yàn)平均產(chǎn)量9187.5 kg/hm2，比對(duì)照增產(chǎn)5.2%，差異不顯著，全省10個(gè)試點(diǎn)，6點(diǎn)增產(chǎn)4點(diǎn)減產(chǎn)。2008年區(qū)試平均產(chǎn)量10233 kg/hm2，比對(duì)照增產(chǎn)6.3%，達(dá)顯著差異，增產(chǎn)點(diǎn)率達(dá)100%。2008年河南省夏玉米生產(chǎn)試驗(yàn)，平均產(chǎn)量9837 kg/hm2，比對(duì)照增產(chǎn)6.1%，差異顯著[29]。

2008年參加國(guó)家黃淮海夏玉米區(qū)試，平均產(chǎn)量10051.5 kg/hm2，比對(duì)照增產(chǎn)5.79%，增產(chǎn)點(diǎn)率達(dá)93.1%。2009年在國(guó)家黃淮海夏玉米區(qū)試中，平均產(chǎn)量為9594 kg/hm2，比對(duì)照‘鄭單958’增產(chǎn)5.46%，26個(gè)試點(diǎn)中23增2減1平。2009年參加國(guó)家黃淮海夏玉米生試，平均產(chǎn)量為9178.5 kg/hm2，比對(duì)照‘鄭單958’增產(chǎn)5.26%，24個(gè)試點(diǎn)中20個(gè)增產(chǎn)4個(gè)減產(chǎn)。

2008—2009年河南省科技廳組織專家對(duì)設(shè)置在浚縣劉寨的1.0 hm2和6.67 hm2‘浚單29’夏玉米高產(chǎn)攻關(guān)田現(xiàn)場(chǎng)實(shí)打驗(yàn)收，2008年平均產(chǎn)量分別為14635.35、14196.6 kg/hm2。2009 年平均產(chǎn)量分別為15552.45、15279.0 kg/hm2。

‘浚單29’苞葉和葉鞘中干物質(zhì)向籽粒轉(zhuǎn)運(yùn)速率快[30]，光合作用效率高是其超高產(chǎn)的生理基礎(chǔ)[31-32]。

2.2 耐密植

‘浚單18’種植密度在45000～52500株/hm2，‘浚單20’推廣種植密度在52500～60000株/hm2，‘浚單29’在河南省通過67500株/hm2密度組審定，當(dāng)時(shí)是黃淮海地區(qū)最高密度。大田生產(chǎn)，中低肥地種植密度在60000～67500株/hm2，高水肥地可種植75000株/hm2。

2.3 抗逆性強(qiáng)

抗倒伏能力強(qiáng)?！?9’抗倒伏能力比‘浚單18’、‘浚單20’有較大提高。2007年參加河南省高密度組區(qū)試田間倒伏率為3.6%，倒折率為0.2%；2008年區(qū)試田間倒伏率為0.7%，倒折率為0.4%，生產(chǎn)試驗(yàn)倒伏倒折率為0.0%。

抗病性好。通過河北省農(nóng)科院植保所2007—2008年人工接種抗性鑒定結(jié)果表明，‘浚單29’中抗大斑病、瘤黑粉病、莖腐病、玉米螟，高抗矮花葉病，抗小斑病、南方銹病。2014年河南全省玉米青枯病大爆發(fā)，王良發(fā)等[33]調(diào)查了25個(gè)品種的發(fā)病情況，依據(jù)相關(guān)抗性標(biāo)準(zhǔn)，只有4個(gè)品種被列為抗病品種，‘浚單29’被劃為感病品種，但其產(chǎn)量損失率為4.9%，小于5%的臨界值，被劃為耐青枯病品種。

耐高溫能力強(qiáng)。2013年、2016和2017年黃淮海地區(qū)夏玉米花期遇高溫使部分品種在部分區(qū)域出現(xiàn)不結(jié)實(shí)或花?，F(xiàn)象，‘浚單29’正常結(jié)實(shí)，研究發(fā)現(xiàn)該雜交種在花期高溫情況下吐絲后第6天花絲仍保持正?；盍34]。

2.4 品質(zhì)優(yōu)

‘浚單29’籽粒黃色半馬齒，據(jù)2007年農(nóng)業(yè)部農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)測(cè)試中心（鄭州）品質(zhì)分析檢驗(yàn)：籽粒粗蛋白質(zhì)9.37%，粗淀粉72.34%，粗脂肪4.42%，賴氨酸0.323%，容重706 g/L，籽粒品質(zhì)達(dá)到普通玉米一級(jí)國(guó)標(biāo)，飼料用玉米一級(jí)國(guó)標(biāo)[35]。

2.5 生育期適中

‘浚單29’在河南夏播條件下生育期101天，與對(duì)照‘鄭單958’相同?；羁贸墒欤瑢僦惺炱贩N。

2.6 易制種

‘浚單29’父本‘浚66’花粉量大，持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)。母本‘浚313’吐絲暢，雌穗長(zhǎng)且結(jié)實(shí)好。在甘肅、新疆大面積制種平均產(chǎn)量達(dá)到6000 kg/hm2以上。

3 討論

3.1 種質(zhì)創(chuàng)新

依據(jù)種群劃分，將不同優(yōu)勢(shì)群有機(jī)結(jié)合是拓寬玉米品種種質(zhì)基礎(chǔ)、豐富遺傳基礎(chǔ)、聚合有利基因的主要措施。黃淮海地區(qū)育種材料較多為瑞德類和黃改類，種質(zhì)基礎(chǔ)狹窄，生態(tài)環(huán)境復(fù)雜，近年來極端氣候頻發(fā)，玉米生產(chǎn)潛在危險(xiǎn)加大。‘78599’種質(zhì)屬于P群種質(zhì)，遺傳基礎(chǔ)豐富，抗生物脅迫和非生物脅迫能力強(qiáng)，含有育種者所需的多種有利基因[36-37]。P群種質(zhì)自交系與瑞德類群種質(zhì)雜交選出的二環(huán)系，可以很好地改良瑞德類群自交系的抗性[38]。‘78599’選系 ב478’自交系再回交‘鄭58’，選育出抗逆性強(qiáng)、適應(yīng)性廣、配合力高的自交系‘浚313’。遺傳基礎(chǔ)廣泛是玉米品種抗逆豐產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)的基本條件。

3.2 創(chuàng)新雜種優(yōu)勢(shì)理論

黃淮海地區(qū)雜種優(yōu)勢(shì)模式主要是瑞德×塘四平頭或PB×塘四平頭、瑞德×PB等[39]?！?9’選育成功并大面積推廣說明（瑞德×（瑞德×PB））×塘四平頭具有較強(qiáng)的雜種優(yōu)勢(shì)。這在未來一段時(shí)間內(nèi)對(duì)黃淮海地區(qū)育種具有導(dǎo)向作用。

3.3 外來種質(zhì)的利用

相關(guān)研究表明，美國(guó)等外來種質(zhì)的利用率提高1%，中國(guó)玉米產(chǎn)量平均提高10 kg/hm2[40-41]。黃淮海地區(qū)屬于暖溫帶濕潤(rùn)氣候，地域廣闊復(fù)雜，無論是來自緯度偏北的美系材料還是偏南的‘Tuxpeno’、‘Suwan’、‘ETO’熱帶亞熱帶種質(zhì)，都得注意馴化。在選擇改良自交系時(shí)，多以本土自交系為主，用外來自交系改良本土自交系的抗逆性和脫水速率。若選擇的自交系外來種質(zhì)成分較多，所組配的雜交種要進(jìn)行多年多點(diǎn)鑒定，注重其穩(wěn)產(chǎn)性。