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1、玉米育种的 一些技巧 张铭堂 2014年 8月 5日 玉米育种的目标 依据已经设定的栽培模式，选拔高产，稳产及优质的玉米品种。必需了解玉米。 如果要达到上面的目标，自交系及杂交种本身必需具备应付环境挑战能力的优良遗传基因结构。降低环境改变对高产及稳产的影响。 如果要达到上述目的，必需设计一套可以有效筛选优良基因并累积聚合的方法。 如果要能有效筛选，则必须制造一个有利扩大基因表现差距的生育环境。充分表现不同基因的差异表现，以利选拔。 育种的基本原则 1）整体考虑玉米性状关联，找出发育的平衡点及最大产量潜能。 2）了解玉米变化及需要，设计适当的育种方法。 （ 看的明白，想的清楚） 3）优化种质，累
2、积聚合有用的遗传基因数量。 4）人为创造环境，扩大性状表现差距，增大育种选拔效率。 5）依据环境变化，随时机动调整育种流程。动态育种（ Dynamic Breeding）。 美国玉米产量的变化 1920年以前 ：天然授粉。产量没有增加。产量是 1881公斤公顷（ 30蒲式耳英亩）。 1942年 ：双交种。产量是 2195公斤公顷（ 35蒲式耳英亩）。 1965年 ：单交种。产量是 4641公斤公顷（ 74蒲式耳英亩）。 1986年 ：产量是 7462公斤公顷（ 119蒲式耳英亩）。 2000年 ：转基因。产量是 8591公斤公顷（ 137蒲式耳英亩）。 2012年 ：精准农业。产量是 9594
3、公斤公顷（ 153蒲式耳英亩）。 性状表现变异的根源 表现型遗传 环境 遗传环境 P = G + E + G*E 1)如果环境变化对性状表现无效果，就是 P = 0, 则不论任何基因型，都不能表达性状特征，则选拔无效。 2)如果不论环境如何变化，基因的性状表现都很稳定明确，则表现型基因型或 P=G,E=0 3)如果环境可以改变性状表达程度的差距，就是P = G + E +G*E, 则选拔有效。 玉米的性状表现 质量的遗传：由简单的 1个或少数基因控制。基因性状表现明确， P = G, E = 0。不受环境变化影响。基因的重组，分离，选拔，及固定的程序简单明白，容易执行。 数量的遗传：由数个以上
4、遗传基因控制。基因性状表现随基因数目而有程度上面的差异。不同生育环境，性状表达程度不同。通常在良好的生育环境条件下，没有性状差异的表现，因此没有选拔的机会。因此必须设计环境，加大性状反应差距，以利选拔。 性状不表现：生育环境良好时，数量遗传性状不能表现，或 P = 0， 则不能选拔。 质量性状的遗传分离 基因组合 Y/y Wx/wx Pr/pr Su1/su1 R/r Sh1/sh1 影响产量的主要因素 价值 排名 因素 蒲式耳英亩 百分比（） 1 气候环境 70 27 2 氮肥 70 26 3 杂交种（转基因） 50 19 4 前期作物 25 10 5 种植密度 20 8 6 翻耕 15 6
5、 7 生长调节剂 10 4 总合 260 100 资料来源：伊利诺大学农艺系作物生理研究室， 2013 数量性状的遗传变异 转基因高科技杂交 F2果穗 常规育种果穗 资料来源：伊利诺大学农艺系作物生理研究室， 2013 玉米的表现型 玉米的表现型是植株在特定生育时期，特殊生育环境，特定遗传基因功能表达的结果。 玉米的产量测试，主要是测定杂交种在某一特殊环境高产的能力。产量随环境而改变。 如果没有可以充分表达遗传基因功能的环境，则不能评估杂交种优良的稳产特性。 环境变化无常，基因功能不知。则表现型选拔效果不佳。如果要增加表现型选拔的效果，则必需了解基因及环境对性状表现的影响，包括功能基因组解析及
6、人工环境等。 高产，稳产与环境关系 数量性状基因的表现随生育环境条件变化而差异显着。通常不良遗传基因的恶劣效果在良好生育环境条件下不会表现，因此不能有效确认淘汰。但是在不良生育环境条件下，这些恶劣基因效果明显。 测产的原则：测产田要求是土质组成构造相同，均匀平整，肥沃，排水良好，以及生育条件优良。可以实际测试杂交种高产的潜能。杂种产量之间差距不大。 只有在不好的生育环境条件下，才能分出杂交种的好坏高低。好杂交种与坏杂交种产良差距非常大。因此好杂交种必定累积聚合许多耐环境压力的优良基因。在不适的环境，可以保持稳产特性。 环境变化，不可预期。但是可以人为模拟创造。 测定高产及稳产性 灌溉，施肥，精
7、细管理产量 = 352 蒲式耳 /英亩 自然环境平均产量 = 150 蒲式耳 /英亩 病害接种产量 = 125 蒲式耳 /英亩 大风倒伏产量 = 115 蒲式耳 /英亩 高度干旱产量 = 70 蒲式耳 /英亩 最恶劣环境产量 = 60 蒲式耳 /英亩 取耐性平衡点，减少能量损耗，保持产量优势 最大高产潜能 = 352/150 = 2.35倍 最大稳产潜能 = 60/150 = 0.4倍 这个杂交种的产量潜能在 60到 352蒲式耳之间 问题 测产杂交种行边植株果穗最大，行内植株之间，有些杂交种果穗大小均匀，穗位高低一致，有些杂交种果穗大小差异显著，穗位有高有低，这些杂交种的表现，告诉你一些什么
8、信息？ 回答： 行边果穗愈大，愈重，表示高产潜能愈高。杂交种行内植株果穗大小均匀，穗位高低一致，表示稳产性良好。杂交种果穗差异显着，穗位高低差异明显，表示稳产性不佳，或产量基因还在分离。 结论： 行边果穗愈大，表示生育条件良好时增产潜能大。行内变异大，表示对环境变异反应显着，稳产性差，容易出问题。 高产，稳产的性状表现 小环境边际效应 高密度影响产量及稳产性 1万株中国亩 幼苗分离及选拔 不整齐幼苗分离可能来自病菌感染 玉米的成熟根系 玉米发育时期划分 时期 营养生长期 开花期 淀粉填充期 特性 1-12叶片 1-40天 缓慢生长 13-17叶片 40-55天 快速生长 开花期 55-60天
9、授粉完成 65天 透明期 Blister 0-16天 胚乳透明水状 乳熟期 Milk 16-24天 快速灌浆 蜡熟期 Dough 24-35天 开始糊化 半成熟 Maturity 乳线中间 成熟期 Black Layer 黑色离层 20%-30%水分 收获期 Harvest 60天 15%含水量 成长是时间及倍数增量结果 玉米在早期 35天成长很慢， 35天后发育快速增加 问题：你愿意选那个工作？每天工资 1千元。连续 35天，可得 3万 5千元。或是第一天 1分钱。每天工资加倍，连续 35天。 请你猜猜看，第一天 1分钱，每天工资翻倍，连续 35天，你的工资会是多少？ A. $464.00
10、B. $6,002.00 C. $256,002.00 D. $171,798,673.60 答案是？ 倍数成长，时间愈长愈可怕 天数 工资 天数 工资 天数 工资 1 $0.01 12 $20.48 23 $41,934.04 2 $0.02 13 $40.96 24 $83,668.08 3 $0.04 14 $81.92 25 $167,772.16 4 $0.08 15 $163.84 26 $335,544.32 5 $0.16 16 $327.68 27 $671,086.64 6 $0.32 17 $655.36 28 $1,342,177.20 7 $0.64 18 $1,31
11、0.72 29 $2,684,354.40 8 $1.28 19 $2,621.44 30 $5,368,708.80 9 $2.56 20 $5,242.88 33 $42,949,668.40 10 $5.12 21 $10,485.76 34 $85,899,336.80 11 $10.24 22 $20,971.52 35 $171,798,673.60 玉米株，穗性状整体关联 1. 果穗穗柄的节数，等于果穗以上植株的节数。 2. 果穗苞叶的数目，等于果穗以上叶片的数量。 3. 果穗苞叶的长短，宽窄，与叶片的长短，宽窄成正相关。 4. 果穗穗轴的长短与植株的高低，或节间长短呈正相关。
12、5. 雄花中轴大小及周径小花数与穗行数有关。 6. 果穗穗轴的粗细与植株茎秆的粗细呈正相关。 7. 果穗穗轴的粗细与籽粒脱水快慢呈负相关。 8. 果穗秃尖的性状与雌穗是无限花序有关，如果雌穗是有限花序，就不容易秃尖。 9. 果穗是锥型或双穗，封顶性良好，结实饱满， 使用锥型或双穗材料，可得到封顶良好，结实饱满的后裔。不易空秆。 10.果穗硬度与颜色的关系：紫色果穗硬度最大，其次红色果穗，白色果穗硬度最软。果穗与穗腐的关系，紫色及红色的果穗比较不容易穗腐，白色果穗容易穗腐。 光期反应及花芽分化 光期敏感玉米材料的表现：环境改变，可以影响控制花芽分化基因表现或不表现，以及时间 热带种质资源在短日照
13、，高温条件下，可以正常形成花芽分化。在长日照，低温的温带生育条件下，不能形成花芽分化。直到 9月份短日照以后，才能形成花芽分化。然而雌穗经常比雄穗发育迟缓，以致产生空秆现象。生育期延长，植株很高。 对光期敏秆的温带种质资源在长日照，低温条件下，可以正常形成花芽分化。如果把这些玉米冬天拿到短日照的海南环境南繁，花芽可能不分化或分化不完全，以致空秆或无雌穗，或败育，或返祖等异常现象。植株发育不良，株高降低。 夏天日照长度及温度比较 纬度 地点 日照长度（时，分）温度（高，低华氏） 90 北极 24 00 40 32 50 温哥华，巴黎 16 23 68 55 45 明尼苏达，伦敦 15 37 80 63 40 第莫英，北京 15 01 82 64 35 洛杉矶，东京 14 31 83 66 0 赤道，新加坡 12 07 85 74 美国玉米带夏天日照长度比赤道热带长 3小时，温度比赤道热带稍低。 调整玉米开花期方法 花期配合 热带种质在长日照温带的日照控制 早上 8点到下午 4点照光，连续 5
