陜西省高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)玉米新品種選育可行性分析

鄒 蘭,李海燕,李建設(shè),邰書靜,趙朝陽,馬軍政

(陜西省咸陽市農(nóng)業(yè)科學(xué)研究院，陜西 咸陽 712000)

1 玉米優(yōu)質(zhì)與高產(chǎn)協(xié)調(diào)的必要性

玉米是“糧食、經(jīng)濟、飼料”為一體的三元作物，被廣泛譽為“飼料之王”，在陜西乃至全國糧食生產(chǎn)中具有很重要的地位。對于玉米高產(chǎn)且優(yōu)質(zhì)的追求，是由我國農(nóng)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀所決定的，改革開放以來社會經(jīng)濟發(fā)展迅速，農(nóng)業(yè)發(fā)展主要是以高產(chǎn)為目標(biāo)的，其目的是解決糧食數(shù)量不足及人民溫飽問題。但由于我國人口眾多，可使用耕地面積不斷在減少，并且人們的生活水平和生活質(zhì)量在不斷提高，所以在選育玉米新品種的過程中應(yīng)該保障在不降低產(chǎn)量的前提下選擇優(yōu)質(zhì)的玉米品種，促使玉米不僅優(yōu)質(zhì)而且高產(chǎn)，同時還能滿足多樣化的市場需求，這也是當(dāng)前培育玉米工作的基本目標(biāo)。

2 選育玉米新品種的必要性

據(jù)研究，玉米新品種的增產(chǎn)貢獻率有35%～40%[1]，2005年我國“雜交玉米之父”李登海創(chuàng)造了夏玉米667 m2生產(chǎn)1 402.86 kg的世界高產(chǎn)紀(jì)錄。2018年我國玉米平均產(chǎn)量為6.12 t·hm-2，與平均產(chǎn)量為11.22 t·hm-2的美國相差甚遠，所以我國玉米的單位面積產(chǎn)量有很大的提升空間。按照目前玉米面積3 000萬hm2，如果新品種能夠占有1%的播種面積，就有30萬hm2的播種面積，折合用種量就是1 350萬kg，是一個很大的市場份額，具有廣闊的市場發(fā)展前景。選育和推廣玉米新品種，符合國家關(guān)于促進糧食生產(chǎn)發(fā)展的方針政策和我國農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整的需要，也符合發(fā)展“兩高一優(yōu)”農(nóng)業(yè)的針對性和實用性；能夠提高我省和我國玉米產(chǎn)量、質(zhì)量和生產(chǎn)效益，緩解糧食供給安全和國內(nèi)供需矛盾，增加農(nóng)民收入；能夠提高人民的生活質(zhì)量，滿足人們對優(yōu)質(zhì)玉米和畜牧業(yè)對飼料的需求，提高玉米綜合利用率，進一步提高我省和我國的玉米育種和生產(chǎn)水平。因此，選育和推廣高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、抗病、糧飼兼用的玉米新品種具有廣闊的發(fā)展前景。

3 優(yōu)質(zhì)玉米營養(yǎng)品質(zhì)的特點及優(yōu)質(zhì)玉米的評價標(biāo)準(zhǔn)

(1)玉米的品質(zhì)主要包括營養(yǎng)品質(zhì)、加工品質(zhì)、衛(wèi)生品質(zhì)和商業(yè)品質(zhì)，其中營養(yǎng)品質(zhì)占據(jù)主要地位，一般具有較高營養(yǎng)品質(zhì)的優(yōu)質(zhì)玉米包括高蛋白玉米、高賴氨酸玉米、高油玉米和高淀粉玉米等[2]。賴氨酸和色氨酸是只能從食物中攝取的兩種必需氨基酸，而高蛋白玉米的顯著特點是lys和trp的含量比普通玉米高80%以上[3]，同時它可使動物飼料中的賴氨酸的組成更加平衡、動物對蛋白質(zhì)的利用率更強、糞便中氮的排出更少，這些都有利于促進種植業(yè)和養(yǎng)殖業(yè)的平衡發(fā)展。從食用價值方面來看，高蛋白玉米可以產(chǎn)生大腦神經(jīng)傳遞物質(zhì)，對兒童的身體、智力發(fā)育大有裨益，對癩皮病的治療也有一定的作用[4]。我國正推廣的高油玉米比普通玉米籽粒含油量高50%以上，其中增多的油分大部分都集中在種胚，所以高油玉米的胚較大，這就使玉米子粒的能量水平和營養(yǎng)成分都得到了較好的改善[5]，從而很大程度的提高了玉米種植的經(jīng)濟效益。玉米油中含有較多的維生素E和維生素A，所以它對人體代謝有著多方面的調(diào)節(jié)作用，如加速細(xì)胞分裂繁殖、防止細(xì)胞衰老，還可以防止動脈硬化；同時具有防止干眼病、夜盲癥、皮膚炎、支氣管擴張及癌癥的作用。

(2) 玉米的評價標(biāo)準(zhǔn)先后經(jīng)歷了《玉米》GB1353-1999、《玉米》GB1353-2009、《玉米》GB1353-2017，這些標(biāo)準(zhǔn)對玉米品質(zhì)改良起到指導(dǎo)作用?！队衩住稧B1353-2017是目前最新的檢驗標(biāo)準(zhǔn)，是強制性標(biāo)準(zhǔn)，該標(biāo)準(zhǔn)從2019年2月1日開始實施，各類玉米質(zhì)量指標(biāo)要求見表1，其中容重為唯一定等標(biāo)準(zhǔn)，3等為中等，等外級玉米只要符合表1中的規(guī)定和衛(wèi)生要求，仍然屬于可流通領(lǐng)域的商品玉米。

表1 玉米質(zhì)量指標(biāo)

注：“-”為不要求。

4 陜西玉米種植品種及種植(選種)現(xiàn)狀

玉米作為陜西省主要農(nóng)作物，目前種植面積在100萬hm2左右[6]。陜西省種植的玉米品種多樣，但是主栽品種的品種優(yōu)勢越來越不明顯，同時各品種之間同質(zhì)性嚴(yán)重，在產(chǎn)量和質(zhì)量上沒有大的突破，這在一定程度上限制了我省玉米產(chǎn)業(yè)的發(fā)展[7]。據(jù)統(tǒng)計[8]，2013年陜西玉米種植面積在30 000 hm2以上的僅有5個品種，分別為鄭單958、先玉335、正大12、浚單20和秦龍14。

20世紀(jì)后半葉，經(jīng)我省玉米育種工作者不懈努力，先后培育出陜單系列、戶單系列及其他系列玉米雜交種，在省內(nèi)外得到大面積推廣種植，取得了可觀的經(jīng)濟效益和社會效益，對我省乃至整個黃淮海玉米產(chǎn)區(qū)的玉米生產(chǎn)做出了歷史性貢獻。20世紀(jì)末以來，隨著河南、山東玉米育種業(yè)的迅速崛起，加之大量的資金投入，使玉米育種格局發(fā)生了顯著變化。陜西省玉米生產(chǎn)中的骨干品種鄭單958、浚單20、先玉335等均為外引品種，本省自主研發(fā)的數(shù)量少之又少。這些外引品種雖然在陜西省玉米生產(chǎn)上起到積極作用，但由于知識產(chǎn)權(quán)保護和品種適應(yīng)性的影響，對陜西省農(nóng)業(yè)經(jīng)濟發(fā)展造成很大的沖擊。所以，選育具有自主知識產(chǎn)權(quán)的玉米新品種，對陜西省玉米產(chǎn)業(yè)化發(fā)展及社會經(jīng)濟效益提高具有重大意義。

5 玉米優(yōu)質(zhì)與高產(chǎn)育種途徑

5.1 親本的收集

要選育優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)的玉米新品種，首先是優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)親本的收集和篩選。親本應(yīng)選擇品質(zhì)好，抗病或耐病性好，抗倒伏，生產(chǎn)潛力大、適應(yīng)性廣的材料；同時由于目前生產(chǎn)上的玉米種質(zhì)資源來源比較簡單，親本之間的遺傳距離很小，很難出現(xiàn)強優(yōu)勢組合，所以在選擇時我們還應(yīng)考慮擴大親本間的血緣和遺傳距離，增加后代品種出現(xiàn)超親變異的概率，盡可能地提高玉米品種的產(chǎn)量和質(zhì)量。

5.2 親本的選配

在玉米親本的選配中，只有雙親均為優(yōu)質(zhì)玉米，才有可能培育出來優(yōu)質(zhì)的玉米品種，所以在玉米育種過程中，如何盡快地選配出綜合性狀好、雜交優(yōu)勢強的單交種投入生產(chǎn)是育種的中心任務(wù)，也是能否實現(xiàn)育種目標(biāo)的關(guān)鍵。親本自交系的主要性狀與雜種優(yōu)勢是有一定聯(lián)系的，所以在了解親本性狀的基礎(chǔ)上，有選擇的對某些遺傳性狀的不同類型進行合理搭配，出現(xiàn)強優(yōu)勢組合的機率就會有所提高，這樣可以減輕工作量和選配組合的盲目性，從而會加快育種進程。

一方面可以通過玉米自交系表現(xiàn)的特征選擇育種目標(biāo)所需性狀的親本進行雜交。比如玉米不同親本株型遺傳力和各性狀配合力都有很明顯差異，所以在有針對性的對玉米株型進行選擇育種時，要先對目標(biāo)性狀進行配合力研究，以提高育種效率，增加預(yù)見性，減少盲目性。同時，如果想要組配株型為緊湊型的雜交種，選擇的父母本必須都是緊湊型；要培育平展型雜交種，則雙親都為平展型，或中間型親本和平展型親本進行組配，然后選育所需要的平展型后代[9]。

另一方面我們也可以基于分子水平對親本更

高效的進行選配。分子遺傳距離對玉米雜交親本的選配就有很大的作用，一些遺傳距離很小的親本，基本上很難出現(xiàn)強優(yōu)勢組合，所以，在實際應(yīng)用中我們可以據(jù)此首先排除一部分雜交組合。相關(guān)研究表明[10]親本分子遺傳距離與其雜交種在個別產(chǎn)量構(gòu)成性狀上存在顯著相關(guān)。比如粒重低是目前限制高油雜交種產(chǎn)量提高的重要因素，BHO和BYD群體的高油雜交種百粒重與親本分子遺傳距離均表現(xiàn)出顯著正相關(guān)，也就是說親本高油系與普通系之間的遺傳距離較大時，才有更大幾率選育出粒重較高的高油雜交種。所以，在育種上，要突破高油雜交種的粒重限制，就需要選用遺傳距離較大，粒重較高的普通系作親本。