2個(gè)玉米核心種質(zhì)的改良利用及綜合分析與評(píng)價(jià)

劉守渠， 段運(yùn)平， 郭 峰， 任小燕， 石紅衛(wèi)， 王 怡

(山西農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院， 太原 030031)

玉米核心種質(zhì)具有配合力高、抗病性強(qiáng)、品質(zhì)優(yōu)、商品性好、適應(yīng)性廣的特性,是選育自交系和組配玉米優(yōu)良雜交種的基礎(chǔ)[1]。縱觀我國近年來玉米新品種更新?lián)Q代，每一次優(yōu)良玉米品種的推廣應(yīng)用，都與玉米核心種質(zhì)的創(chuàng)新有著密不可分的關(guān)系。

山西省玉米主要為雨養(yǎng)農(nóng)業(yè)栽培模式，苗期低溫干旱，中期伏旱少雨，后期低溫寡照，限制山西省玉米生產(chǎn)的因素較多，集中表現(xiàn)在熟期、干旱、病蟲害等多個(gè)方面[2]。從20世紀(jì)90年代至今，山西省育成了很多不同熟期的高產(chǎn)、抗旱、抗病玉米品種，部分玉米核心種質(zhì)在我國玉米種質(zhì)改良中發(fā)揮了很大作用，如H 921、SH 15、太系113、太系3、20-1118等[3]。利用這些核心玉米種質(zhì)選育的玉米品種有效解決了制約山西省玉米產(chǎn)業(yè)發(fā)展的技術(shù)瓶頸，如干旱、抗病、倒伏等問題。

太系3和20-1118兩個(gè)玉米核心種質(zhì)是并單1號(hào)的父母本，并單1號(hào)2003年4月通過山西省農(nóng)作物品種審定委員會(huì)審定(晉審玉2003014)，2003-2006年在山西、山東、河北，河南、內(nèi)蒙古、黑龍江、吉林等7省市35個(gè)縣累計(jì)示范推廣60萬hm2以上，玉米總增產(chǎn)46 434.5萬kg，創(chuàng)社會(huì)效益45 823.7萬元。并單1號(hào)的選育推動(dòng)了玉米育種的種質(zhì)改良與創(chuàng)新，加速了中早熟玉米品種的更新?lián)Q代和耐密、抗倒伏型品種的應(yīng)用，對(duì)推動(dòng)山西省早熟玉米和旱地玉米生產(chǎn)起到了重要作用[4]，2007年3月獲得山西省科技進(jìn)步二等獎(jiǎng)。本課題組利用太系3和20-1118兩個(gè)核心玉米種質(zhì)創(chuàng)新選育了一系列玉米品種和組合，其中大部分玉米品種在山西省和我國中北部推廣表現(xiàn)良好。本文對(duì)2個(gè)玉米核心種質(zhì)的改良利用以及種質(zhì)創(chuàng)新進(jìn)行了綜合分析和評(píng)價(jià)，以期為山西省玉米核心種質(zhì)改良利用提供參考。

1 材料與方法

1.1 2個(gè)核心種質(zhì)材料的選育

20-1118是以掖478為基礎(chǔ)材料與P 78599雜交， F1代與耐深播、長根莖種質(zhì)Taos Blue雜交，S1代再回交掖478，連續(xù)6代自交選育而成。太系3是以自選早熟黃改系材料懷2(黃早4×昌7-2)與亞熱帶種質(zhì)選系太系113進(jìn)行雜交，再回交懷2后連續(xù)自交7代選育而成。具體選育過程見圖1。

圖1 母本選育過程Fig.1 Female Parent Selection Process

1.2 2個(gè)玉米核心種質(zhì)材料的遺傳基礎(chǔ)分析

20-1118雖然導(dǎo)入了PB血緣P 78599和長根莖Taos Blue的抗病、優(yōu)質(zhì)、耐深播基因，但在選育的總體思路上還是以選擇掖478的主要優(yōu)良性狀特點(diǎn)為主，盡量保持了掖478的Reid血緣成分(表1)；太系3在后代選育上盡量保持選系后代的黃改血緣成分(表1)。

表1 2個(gè)核心種質(zhì)選育來源及雜優(yōu)模式Table 1 Sources and breeding hybrid model of two core germplasms

20-1118自交系株型緊湊，配合力高，根莖較長，具有抗旱、抗病、耐密植、繁殖系數(shù)高等優(yōu)點(diǎn)。太系3具有早熟、矮桿、次生根發(fā)達(dá)、品質(zhì)優(yōu)良、持綠性好等優(yōu)點(diǎn)。

圖2 父本選育過程Fig.2 Male Parent Selection Process

1.3 利用2個(gè)核心種質(zhì)改良創(chuàng)新方法

利用20-1118和太系3作基礎(chǔ)核心種質(zhì)，以歷年來在山西省推廣面積較大的優(yōu)良玉米品種的父母本或骨干改良自交系做改良親本(如：Mo 17、SH 15、昌7-2、PH 09 B、P 78599等)，根據(jù)父母本血緣關(guān)系，采用有目的雜交、回交、復(fù)合雜交、群體改良等方法，根據(jù)大群體、嚴(yán)脅迫、多生態(tài)點(diǎn)選育原則，使核心種質(zhì)優(yōu)良基因充分聚合，從而選育的自交系具有血緣關(guān)系純正，配合力高、抗病、高產(chǎn)、適應(yīng)性強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)。

2 結(jié)果與分析

2.1 利用2個(gè)核心種質(zhì)改良創(chuàng)新16個(gè)玉米自交系

利用2個(gè)核心種質(zhì)選育創(chuàng)新了16個(gè)玉米自交系，其中利用20-1118創(chuàng)新選育了201-417、H 09-58、H 07-47、太2010-66等有代表性的4個(gè)玉米自交系；利用太系3創(chuàng)新選育了201-546、H 06-47、H 13-79、H 06-100、H 10-105、H 13-153、H 06-145、207-428、H 07-122、H 11-87、H 11-133、H 1265有代表性的12個(gè)玉米自交系。利用2個(gè)核心種質(zhì)創(chuàng)新選育玉米自交系時(shí)，根據(jù)種質(zhì)的血緣關(guān)系和性狀互補(bǔ)、抗性互補(bǔ)、以及生產(chǎn)發(fā)展需要等育種目標(biāo)進(jìn)行組配改良[5](表2)。

表2 選育創(chuàng)新自交系特征及應(yīng)用Table 2 Characteristics and application of breeding innovative inbred lines

2.2 利用2個(gè)玉米核心種質(zhì)改良組配審定13個(gè)玉米品種

從2003年到2019年，課題組利用2個(gè)玉米核心種質(zhì)改良自交系組配審定的玉米品種達(dá)13個(gè)。其中主要的改良模式為改良Reid類群、改良Lancaster類群、改良塘四平頭類群、改良PB類群，其主要雜優(yōu)模式為Reid×Lancaster、Reid×塘四平頭(表3)。這兩個(gè)雜優(yōu)模式占所有審定品種的95%以上，而Reid×PB只占雜優(yōu)模式的很少部分(表3)。這與山西省特殊的地理環(huán)境和氣候條件有關(guān)[6]。

表3 利用2個(gè)玉米核心種質(zhì)改良自交系組配審定的玉米品種Table 3 Approved varieties from cross combination of inbred lines improved by two maize core germplasms

2.3 利用2個(gè)核心種質(zhì)改良組配審定的部分品種表現(xiàn)及推廣情況

利用2個(gè)核心種質(zhì)改良組配審定的玉米品種包括了山西省夏播區(qū)、山西省春播早熟區(qū)、山西省春播中晚熟區(qū)共三個(gè)生態(tài)區(qū)。表現(xiàn)較好及累計(jì)推廣面積在30萬hm2以上的品種有：并單1號(hào)、并單5號(hào)、晉單68、并單17、并單390、華美368、華美468、邦農(nóng)369，其中春播早熟區(qū)品種2個(gè)(并單5號(hào)、并單17號(hào))；夏播區(qū)品種2個(gè)：并單1號(hào)(夏播與春播早熟區(qū)雙審品種)、晉單68；春播中晚熟品種4個(gè)：并單390、華美368、華美468、邦農(nóng)369。由于這些品種在產(chǎn)量、熟期、抗病、抗倒伏、適應(yīng)性等方面表現(xiàn)較好，先后在河南、河北、山東、內(nèi)蒙古、陜甘寧、東北三省進(jìn)行引種并審定推廣，表現(xiàn)了很好的適應(yīng)性和產(chǎn)量優(yōu)勢(shì)。

3 結(jié)論與討論

3.1 核心種質(zhì)改良創(chuàng)新思路

利用2個(gè)核心種質(zhì)選育的16個(gè)玉米自交系組配審定的13個(gè)玉米品種，主要利用的核心種質(zhì)有掖單13母本掖478、PB血緣種質(zhì)P 78599、18599、鄭單958父本昌7-2、晉單34母本SH 15、晉單35父本太系113、中單2號(hào)母本Mo 17、大豐30母本A 311、美國先鋒種質(zhì)PH 4 CV、PH 4 CV選系H 07-45、美國堅(jiān)桿綜合種PH 09 B等種質(zhì)[7-9]。

邦農(nóng)369父本H 1265是利用Lancaster種質(zhì)改良系H 07-45雜交太系3再回交H 07-45選育而成，H 07-45具有出籽率高、一般配合力好的特性，太系3屬于黃改血緣，適應(yīng)山西省氣候特點(diǎn)，兩者定向改良，在抗旱性、抗倒伏性、抗病性上有很大提高。

并單5號(hào)母本201-417是用并單1號(hào)母本20-1118選育而成。20-1118含有掖478種質(zhì)，掖478種質(zhì)的缺點(diǎn)是苞葉較厚，脫水速度較慢，需加以改良利用，由于201-417中SH 15早熟性好、苞葉??；20-1118種質(zhì)中的P 78599種質(zhì)脫水性相對(duì)較好。因此，201-417經(jīng)過對(duì)掖478的定向改良，在早熟性和籽粒脫水性上已有很大改善[10]。

華美368母本H 07-47中的20-1118含有PB血緣P 78599成分，由于PB血緣良好的抗病、高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)特性，并且與其他血緣種質(zhì)一般配合力較高，在我國玉米種質(zhì)改良選育上，作為核心玉米種質(zhì)材料被廣泛用于種質(zhì)選育和改良[11-12]。但PB血緣種質(zhì)一般熟期相對(duì)較晚，出籽率相對(duì)較低，利用PB血緣種質(zhì)與早熟性、豐產(chǎn)性優(yōu)良的A 311和PH 09 B美國堅(jiān)桿綜合種BSSS種質(zhì)定向改良效果較好。因此，H 07-47在生育期、抗病性、出籽率、配合力方面都有很大提高。

太系3中的懷2是由昌7-2和黃早四選育而來，該系的選育雖然降低了昌7-2的穗位，改善了株型，但其果穗短小的缺點(diǎn)仍然存在，太系113果穗粗長，葉距大、通透性好。以此為導(dǎo)向，太系3利用自選系懷2和太系113雜交后再回交太系113進(jìn)行選育，太系3的選育有效解決了昌7-2果穗短小、葉距較短的弊病，同時(shí)由于加入太系113成分，果穗變大、植株通透、一般配合力表現(xiàn)更加優(yōu)良。

并單669父本H 10-105利用太系3與Mo 17選育而成，太系3由于果穗較粗、穗排較多，而Mo 17穗排少，果穗長，兩者定向改良后，在果穗粗度和長度上都有很大提高。

3.2 合理利用核心種質(zhì)改良創(chuàng)新玉米自交系

利用核心種質(zhì)創(chuàng)新玉米自交系時(shí)，要注意把血緣相近、性狀互補(bǔ)的核心種質(zhì)進(jìn)行組配，在改良過程中根據(jù)育種目標(biāo)，有針對(duì)性地雜交或復(fù)合雜交，在必要時(shí)要進(jìn)行回交導(dǎo)入，對(duì)山西省中晚熟區(qū)玉米種質(zhì)進(jìn)行合理改良，就要深入細(xì)致地挖掘適應(yīng)山西省氣候和環(huán)境特點(diǎn)的核心玉米種質(zhì)資源，如抗旱性、早熟性、穩(wěn)產(chǎn)性、抗山西省主要病害等，最大限度把現(xiàn)有可利用的玉米核心種質(zhì)資源進(jìn)行收集整理，在種質(zhì)改良過程中，讓優(yōu)良基因充分聚合選育自交系。如果為了使遺傳基因更加豐富，就要根據(jù)血緣對(duì)立關(guān)系有目的合成玉米核心種質(zhì)改良群體選育自交系[13]。

3.3 循環(huán)育種在玉米核心種質(zhì)改良創(chuàng)新中的利用

利用2個(gè)核心種質(zhì)改良創(chuàng)新，實(shí)際上就是玉米循環(huán)育種策略的良好詮釋，如并單1號(hào)母本20-1118是由掖478選育而來，并單5號(hào)母本201-417又由20-1118選育而來，這樣就形成了掖478(掖單13母本)→20-1118(并單1號(hào)母本)→201-417(并單5號(hào)母本)；掖478作為循環(huán)核心種質(zhì)在并單1號(hào)和并單5號(hào)玉米品種中一直發(fā)揮著重要作用。再如并單1號(hào)父本太系3是由昌7-2選育而來，而華美368父本又由太系3選育而來，也就是昌7-2(鄭單958父本)→太系3(并單1號(hào)父本)→H 17-122(華美368父本)。而昌7-2也是作為循環(huán)核心種質(zhì)在并單1號(hào)和華美368玉米品種中發(fā)揮重要作用；Mo 17(中單 2號(hào)母本)與核心種質(zhì)太系3組配選育出了并單17號(hào)、并單669、并單390等品種的父本H 06-100、H 10-105、H 06-145。Mo 17的早熟性、抗旱和廣適性也是作為循環(huán)種質(zhì)發(fā)揮著重要作用；利用并單1號(hào)母本20-1118選育的4個(gè)玉米自交系以及太系3創(chuàng)新選育的12個(gè)玉米自交系，并單1號(hào)父母本太系3和20-1118都是作為循環(huán)種質(zhì)發(fā)揮著重要作用。

近年來，由于歐美等種業(yè)巨頭對(duì)我國種業(yè)的不斷滲透，越來越多的國外種質(zhì)由于具有良好的早熟性、耐密性、豐產(chǎn)性，受到了育種者和種業(yè)人的青睞。但是，通過多年來國外玉米品種的大面積推廣，特別是以先玉335為代表的國外種質(zhì)暴露出來不小的問題，主要是對(duì)我國不同生態(tài)區(qū)氣候的不適應(yīng)，以山西省為例，先玉335在南部夏播區(qū)不抗矮花葉和粗縮病，在山西省春播中晚熟區(qū)不抗莖腐病、大斑病、易感紅蜘蛛、不抗倒伏等問題。而利用玉米核心種質(zhì)不斷進(jìn)行循環(huán)種質(zhì)改良，不僅把適應(yīng)山西省本土的優(yōu)良核心種質(zhì)資源導(dǎo)入利用，同時(shí)適當(dāng)?shù)貙?dǎo)入歐美種質(zhì)的高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、耐密等優(yōu)良基因，有目的培育的玉米品種在穩(wěn)產(chǎn)性、抗病性、豐產(chǎn)性上才會(huì)有更大突破[14]。