黃淮海玉米新品種育種技術研究

陳瑞佶 張 建 劉興舟 付 華 馬桂美 李 猛

（安徽省宿州市農(nóng)業(yè)科學院，宿州 234000）

黃淮海夏玉米區(qū)播種面積0.12 億hm2，占全國玉米總面積的35%以上，總產(chǎn)70 多億kg，占全國玉米產(chǎn)量的36%左右。河南、山東、河北各省種植面積300 多萬hm2，安徽、江蘇、陜西、山西各省種植面積60 多萬hm2。黃淮海地區(qū)是北亞熱帶向暖溫帶的過渡地帶，強對流天氣頻繁發(fā)生，特別是在夏玉米生長季節(jié)，極端天氣發(fā)生的概率和嚴重程度遠大于其他區(qū)域[1]。本文結合黃淮海地區(qū)玉米品種的應用，分析了黃淮海地區(qū)玉米生產(chǎn)現(xiàn)狀，針對黃淮海地區(qū)多年常用自交系的特點，提出了改良方法，探討了黃淮海地區(qū)玉米新品種的選育技術，以期為黃淮海玉米育種提供參考。

1 黃淮海地區(qū)玉米生產(chǎn)現(xiàn)狀

1.1 自然災害頻發(fā)，雨量時空分布不均主要災害有高溫干旱、陰雨寡照、澇災、風災等。如2013 年黃淮海地區(qū)的高溫干旱，2014 年河南的干旱，2016 年河南南部授粉期高溫和灌漿期的寡照。

1.2 生物逆境嚴重主要病蟲害頻繁發(fā)生，主要病害有莖腐病、粗縮病、彎孢菌葉斑病、小斑病、銹病、黑粉病、褐斑病、紋枯病等。如2007-2008 年山東玉米粗縮病發(fā)生面積為10 萬hm2；2011 年、2014 年河南省莖腐病大流行；2015 年銹病大發(fā)生；2016 年銹病局部大爆發(fā)；銹病、彎孢菌葉斑病逐漸發(fā)展為主要病害。2011 年二點委夜蛾發(fā)生面積超過130 多萬hm2。

1.3 農(nóng)機農(nóng)藝融合差玉米生產(chǎn)已經(jīng)由精耕細作向粗放式耕作方式轉變；小麥收獲期逐漸延長，玉米播種期和收獲期逐漸推后，密度、整齊度和成熟度問題的出現(xiàn)與農(nóng)機農(nóng)藝的不配套有極大關系。適合機收的品種缺乏，制約了玉米收獲機械化；農(nóng)機手的操作技術水平?jīng)Q定了種地水平；機具通用性能差制約機械的使用效率；機具質量可靠性差制約機械的推廣應用；施肥技術及秸稈處理技術落后，緩控釋肥質量不過關。

1.4 種質遺傳基礎狹窄，缺乏適合機收的耐密品種種質資源研究與利用薄弱，遺傳基礎狹窄，主要是利用鄭58、昌7-2、lx9801、浚9058、PH6WC、PH4CV 等幾個骨干系。審定品種多，但遺傳同質性高，生產(chǎn)潛在風險大。鄭單958 和類958 等品種后期脫水慢，莖稈偏軟；類先玉335 品種前期易倒伏，后期灌漿脫水快，在現(xiàn)有生育期內(nèi)難以實現(xiàn)籽粒直收。

2 黃淮海玉米主要種質基礎

2.1 塘四平頭種質選系塘四平頭種質代表自交系有黃早四、昌7-2、吉853、黃野四、lx9801、西502、H21、京24、京2416 等。育成品種有掖單2 號、鄭單958、京科8 號、中單18、中科2 號、魯單981、鄭單18、登海6702、京農(nóng)科728 等一大批玉米雜交種。該類種質的優(yōu)點是配合力高、結實性好、成熟早，缺點是高感絲黑穗病、出籽率低、抗倒性差。

2.2 瑞德種質選系以鄭58 為典型代表，主要有7922、5003、C8605-2、丹9046、PH6WC、L5895 等。育成品種有鐵單8 號、吉東49、鄭單958、中單909、先玉335、雅玉12、蠡玉37 等一大批雜交種。該類種質的優(yōu)點是高產(chǎn)、耐密、抗倒、籽粒長、出籽率高，缺點是抗病性差、脫水性差。

2.3 蘭卡斯特種質主要代表自交系有Mo17、四495、W9706、S150、丹1324、T121、豫12、E330 等。育成品種有中單14、農(nóng)大107、吉單180、丹玉14、魯單33、煙單18、宿單2 號、成單13 等一大批雜交種。該類種質的優(yōu)點是出籽率高、高抗絲黑穗病，缺點是雌雄脫節(jié)、抗倒抗病性差。

2.4 P 群種質主要代表自交系有P138、齊319、X178、沈3336、丹598 等。育成品種有鄭單19、登海3 號、丹玉86、魯單981、泰玉2 號、農(nóng)大108、中單808、承玉10 號、寬城12、濟單7 號、金海5 號等一大批雜交種。該類種質的優(yōu)點是高抗莖腐病、絲黑穗病，抗矮花葉病、大斑病、灰斑病、銹病、穗腐病、小斑病，耐旱，缺點是不耐密、出籽率低。

3 黃淮海玉米主要育種目標

3.1 易機收由機械穗收發(fā)展到機械粒收，適合機收的品種特點有：株型較緊湊，著生間距大，透光性好，莖稈韌性強，根系發(fā)達，苞葉層數(shù)少、苞葉薄，穗軸堅硬，后期灌漿快、脫水快，籽粒深、硬度強，籽粒破損率低于5%，收獲時籽粒含水量不高于25%，成熟后田間站稈10～15d[2-3]。

3.2 早熟鄭單958 在山東平均熟期105d，河南為100d。早熟品種需要比現(xiàn)有主推品種提前5～10d，熟期在95～100d。建議多使用歐洲種質和美國早熟種質。

3.3 耐密目前生產(chǎn)密度為6.00 萬～6.75 萬株/hm2，耐密品種要比現(xiàn)有主推品種提高7500 株/hm2，株型要好，穗位整齊，穗直立大小適中，下垂率小于5%，出籽率大于90%。要選育耐密品種，首先自交系要耐密，建議使用國內(nèi)瑞德、蘭卡斯特、孟山都種質，加大自交系選擇壓力，提高自交系耐密性。

3.4 抗逆性抗逆性包括抗倒性、抗自然災害能力、抗病性等。黃淮海近年來高溫干旱、陰雨寡照、澇災、風災等頻發(fā)；生物逆境嚴重，主要病害頻繁發(fā)生?？鼓嫘砸呀?jīng)成為品種能否大面積推廣的決定因素，塘四平頭選系普遍存在抗倒性較差的現(xiàn)象，缺乏國內(nèi)優(yōu)異抗倒遺傳群體，建議利用美國瑞德和歐洲種質來改良抗倒性，使用P 群種質來改良抗高溫、抗病性。

4 黃淮海玉米主要育種技術路線

4.1 明確種質資源的雜種優(yōu)勢類群雜種優(yōu)勢的本質在于判斷育種材料之間的相互關系，即SCA，本質上是育種材料群體內(nèi)的遺傳方差或等位基因頻率決定的，玉米雜種優(yōu)勢群，二群論和多群論是中國種業(yè)近年來一直爭論的熱點。合理構建雜種優(yōu)勢模式，可以明顯提高育種效率，加速中國玉米商業(yè)化育種進程。美國是SS 和NSS，黃淮海是SS 和四平頭以及它的改良。對于育種材料少和缺乏育種創(chuàng)新能力的人來說，面對復雜的育種材料會不知所措，于是認為有很多很多群。所以，越是引進和擁有豐富的種質資源，越是需要簡化雜種優(yōu)勢模式?，F(xiàn)有的中國玉米種質可以劃分為6 個雜種優(yōu)勢群。分別是SS、PA、旅大紅骨、Lancaster、PB 和塘四平頭[4]。為了適應中國玉米育種商業(yè)化大規(guī)模發(fā)展的需要，把6個雜種優(yōu)勢群根據(jù)它們的相互關系和遺傳距離進行合理整合，逐漸簡化也是非常必要的。

4.2 黃淮海主要玉米種質的改良方向黃淮海主要雜優(yōu)模式有Reid×塘四平頭、改良先鋒的SS×NSS、先鋒雜交種選系×塘四平頭、先鋒雜交種選系×孟山都選系等。對以鄭58 為代表的Reid 種質，建議加入SS 成分，如利用PH6WC、PH09B 等材料，向早熟、脫水快方向改良；以昌7-2為代表的塘四平頭種質，建議利用Lancaster、P 群種質來降低穗位、增強抗性；對孟山都種質的利用，要重點改良其葉部病害的抗性[5-6]。

4.3 加速選系進程單倍體育種技術是利用自然和人工誘變，培育的單倍體植株經(jīng)過人工的染色體加倍或自然加倍獲得純合的二倍體，然后再從中選育優(yōu)良單株成為自交系。單倍體育種一般只需要2 年就能獲得純合的自交系，比常規(guī)方法縮短育種周期3～5 年，大大縮短了育種進程。主要步驟包括高頻率孤雌生殖誘導系的選育、單倍體的自動化挑選、簡便高效的單倍體加倍體系、DH 系的高效應用。目前國內(nèi)大型種子企業(yè)及研究單位已經(jīng)規(guī)?；瘧?。

4.4 分子標記輔助選擇育種隨著分子生物的發(fā)展，開發(fā)了基于DNA 變異的分子標記，應用最廣泛的主要有RELP、RAPD、SSR、AFLP 等，其中SSR標記在玉米育種中得到了廣泛的應用。主要用于構建連鎖遺傳圖譜、目標基因的標記與基因定位、種質資源的遺傳多樣性分析、分子標記輔助選擇等。目前在育種上可以利用分子標記輔助選擇的性狀有莖基腐病、粗縮病、銹病、大斑病、小斑病、絲黑穗病、紋枯病等病害性狀；穗行數(shù)等產(chǎn)量性狀；高蛋白、高油等品質性狀；株高、穗位高、葉夾角等株型性狀。

4.5 基因編輯技術轉基因技術已廣泛用于玉米育種，涉及諸多目標性狀，有些性狀的基因轉化取得了突破性進展。要實現(xiàn)玉米基因轉化，首先需建立良好的受體系統(tǒng)，玉米轉基因的有效受體主要包括愈傷組織、原生質體、生殖系統(tǒng)、直接分化的再生植株。然后應用轉基因技術將目的基因導入合適受體獲得穩(wěn)定的轉基因植株，玉米已開拓建立了多種轉基因技術，分別適用于不同的受體，常用的方法有載體轉化技術、DNA 直接導入轉化技術、種質轉化技術。目前在玉米上應用涉及諸多目標性狀，如抗蟲性、抗除草劑、抗病性、品質改良、雜種優(yōu)勢的利用等，其中抗蟲、抗除草劑基因工程已進入商業(yè)化應用階段。

5 討論

經(jīng)過多年的不懈努力，我國玉米育種方向轉型速度明顯加快，尤以西北地區(qū)進步突出，東北和黃淮地區(qū)也加快了速度。在種業(yè)發(fā)展的低級階段，育種規(guī)模小，可以充分挖掘個人潛力，提高資金使用效率，學習美國的先進經(jīng)驗，然后發(fā)揮小規(guī)模和高效率的優(yōu)勢，組織育種研發(fā)。目前，經(jīng)驗育種仍可以發(fā)揮重要作用，使我們可以用較低的代價追趕跨國公司的育種技術和種質改良與創(chuàng)新能力。追趕并不困難，但追趕到一定程度后繼續(xù)提高效率，經(jīng)驗育種就不夠用了，需要施行一套更先進的管理方法[7-8]。在這個基礎上，5～10 年內(nèi)，我國必定會育出一批明顯創(chuàng)新型的優(yōu)良品種，足以同跨國公司抗衡；但要全面超越跨國公司，還需要長期努力。