超级玉米育种目标及实现途径

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1、超 级 玉 米 育 种 目 标 及 实 现 途 径*赵久然摘 要 基于目前玉米科研动态、 种业发展和 生产需求, 提出超级玉米应具有 5项育种指标: 超高产: 15 000kg /hm2或比同生育期主栽对照品种增产 20 %; 优质: 达到国标二级以上; 广适: 适宜 我国几大玉米主产区; 多抗: 抗多种病虫害和多种不利生态因子; 易制种: 7 500kg /hm2, 易保证质量。实现育种目标的途径是高配合力 +理想株型 + 多抗广适, 而主要采取以耐密植为核心的多抗广适稳产性育种方案。育种与栽培紧密结合, 实现群体密植而不倒, 果穗全、 匀、 饱, 协调稳定零风险。适宜 的产量构成要素模式是

2、: 高密度 ( 75 000 ? 7 500株 /h m2)、 中大穗 ( 200 250g/穗 )。关键词 超级玉米; 育种目标; 理想株型; 零缺 陷品种1 超高产: 我国现状和未来对玉米的需要目前玉米是我国第二大作物, 常年播种面积0124亿 hm2左右, 年产玉米 112亿 , t 是我国粮食增 产、 保证粮食安全的主力军。玉米是高产之王、 饲料之王、 食品工业原料之王, 可粮、 经、 果、 饲四元综合利用。玉米是我国畜牧养殖业的基础和支柱, 因具 有 C4高光效特性, 将是未来重要的生物能源作物,还是占我国耕地面积一半以上旱地的不可替代的主栽作物。我国对玉米的需求将持续增加。预计到

3、2010年, 对玉米的需求将达到 116亿 t 。在耕地面积不断减少, 人口不断增加, 粮食安全日益突出的形势下, 将主要依靠科技进步, 提高单产。解放初期我 国玉米平均产量 960kg/hm2, 持续增长到目前的5 250kg /hm2左右。在较大面积上实现了比全国平均产量增加 1倍的 10 500kg/hm2的高产目标。但 还须通过不断的遗传改良和各项综合技术的创新,实现更高的产量目标, 即实现比目前全国平均产量赵久然, 研究员, 北京市农林科学院玉米研究中心, 100089, 北京 * 北京农业育种基础研究创新平台/ 超级玉米种质创新及中国玉米 标准 DNA 指纹库构建0项目 收稿日期:

4、 2005- 03- 04 ; 修回日期: 2005- 04- 28增加 2倍的 15 000kg /hm2的超高产目标。通过小 面积的超高产试验示范, 实现对大面积玉米生产的引导和带动作用。2 超级玉米指标: 超高产、 优质、 多抗、 广适、 易制种超级玉米是以超高产为主要目标, 兼具优质、 多抗、 广适、 易制种等性状为一体的一类玉米。根据我 国玉米生产需要和科研发展动态, 提出超级玉米的五项指标。211 超高产 在适宜生态区和优化可行的栽培技术条件下,可较稳定地达到 15 000kg/h m2的超高产水平, 或比 生产上同生育期主栽对照品种增产 20 %以上。212 优质达到玉米国标二级

5、以上指标。 213 多抗抗多种主要病 (虫 )害, 耐密植、 抗倒伏、 耐干旱、 耐肥、 耐阴雨寡照等。 214 广适适宜我国黄淮海、 京津唐夏玉米区或东华北、 西北春玉米区或西南玉米区, 至少应在一个主产区通 过国家品种审定。215 易制种在我国西北等主要玉米种子生产基地, 制种产 量可达 7 500kg/h m2水平, 制种技术易操作, 易保证含水率、 发芽率和纯度等质量指标。 在上述 5项指标中, 超高产是主要的特征和亮点, 多抗和广适是成就超级玉米为大品种的基础, 而优质和易制种也是必不可少的组成部分。因此, 五 项指标有机完美结合, 构成了超级玉米的有机整体。各主要生态区可根据生产和

6、生态条件, 细化具体指标, 也可根据总体目标分步实施。诸如抗病种 类, 不同地区则不完全一样, 但对水、 肥等高效充分利用、 多种抗性和广泛适应性则是共同的目标。另外, 也不是所有地区、 所有类型的玉米都要搞超高 产, 有些地区强调抗旱、 耐瘠、 稳产, 特用专用型玉米1作物杂志 Crops2005 . 3则更强调品质, 切勿一哄而上, 到处都搞超级玉米。3 实现途径: 以耐密植为核心的多抗广适稳 产性育种超级玉米为玉米科技工作者提出一个更新、 更高、 更远的追求目标。需综合采用杂种优势利用技 术、 形态改良技术和分子生物学技术, 使高配合力、理想株型与多抗广适三方面有机地结合。高配合力即是杂

7、种优势利用技术的体现, 但配合力的提高是一个遗传改良渐进的过程, 如无重大 的技术和理论突破, 很难在短时间内有大的提高。而选择理想株型即是利用形态改良技术, 多抗广适需要常规育种方法与分子生物学技术紧密结合; 超 级玉米突破的关键是以耐密植为核心的多抗广适稳产性选育及鉴定。将品种的适宜密度由目前的52 500 60 000株 /hm2提高到 67 500 75 000株 /h m2, 即密度提高 25 % 以上, 但要保证不倒伏、 不空秆、 不秃尖, 单穗粒重稳定、 降低不明显, 从而实现增产 20 %以上的目标。在过去的 70年, 美国玉米的单株生产力没有明 显增加, 而提高单产的主要原因

8、是增强了耐密性和抗性。这进一步说明以耐密植为核心的多抗、 广适、稳产性选育和鉴定筛选是快速提高产量潜力的主要途径。4 理想株型: 紧凑型玉米的进一步发展以掖单号品种为代表的 20世纪 80年代选育、 90年代大力推广并成为主流的紧凑型玉米为我国玉米科研的较大突破和大幅度增产发挥了重要作用。但紧凑型玉米主要强调叶片上冲, 而对其他方面没有全面充分考虑。有些紧凑型品种存在叶片宽 大, 雌雄不协调, 不耐荫, 不适宜密植以及抗性和适应性等方面的问题。近年来, 对紧凑型育种明显淡化。但株型育种是提高群体光能利用, 协调群体和个体矛盾的主要 途径, 必须深入下去。因而提出理想株型应该是: 紧凑型 + 小

9、雄穗 + 坚茎秆 + 开叶距 +大根系。411 紧凑型 即叶片夹角小, 坚挺上冲, 特别是穗位以上叶片夹角要小, 中下部叶片较平展, 利于光能截获。412 小雄穗一般雄穗花粉量非常巨大, 绝大部分无用。而 大雄穗消耗养分多、 遮光, 大量花粉落在上部叶片变成黑霉点后影响光合, 因此, 小雄穗是有利的。413 开叶距 叶片不但要坚挺上冲, 叶间距还要适当拉开。叶片不要过于宽大, 以免重叠郁蔽, 不能密植。414 坚茎秆坚韧的茎秆是密植而不倒的必要条件。 415 大根系发达庞大的根系 (根系下扎深, 3层气生根, 条数多, 功能强 ), 一方面增强抗倒性, 特别是抗根倒; 另一方面是对水、 肥高效

10、吸收利用的最直接形态指标, 可同时增加耐干旱和耐肥能力。5 自交系选育: 新种质、 大群体、 高密度、 强 胁迫、 变换地、 严选择511 新种质育种要有大突破, 首先要有新的优异种质。应 优先采用近年从国外引入我国的优异新种质, 作选育自交系的基本材料。512 大群体 通过增大早代特别是 S1 S2代的选择群体达到 3 000株以上, 使基因重组类型增多、 变异范围加大, 选择优异基本株机会增加。使过去一般只从几 百株变异群体中选优株的百里挑一, 提升到从数千株变异群体中选优株的千里挑一, 并给严挑精选留够空间。 513 高密度采取高密度种植 ( 90 000株 /h m2) 条件下选育出的

11、自交系抗倒伏、 耐低光照、 不易空秆、 不秃尖, 适宜密植。这些都是超级玉米品种所必须具备的。采 取高密度种植 (一般 90 000株 /h m2以上 )是美国和CYMM I T 近年自交系选育方法之一, 而目前我国大多数育种家仍在低密度条件下选育自交系。 514 强胁迫在自交系选育过程中, 因地制宜地通过简便易行的措施制造生产中经常遇到的一些不利因子, 诸 如低温播种、 干旱不浇水、 病虫害重发地、 风大地区、低氮和高氮等。经过这些胁迫选择出耐低温、 耐干旱、 抗病虫、 抗倒伏、 耐肥等自交系和杂交种。 515 变换地通过 S1在东北, S2在河南、 山东, S3在北京, S4到海南测配这样

12、一种变换选择地穿梭选育的方法,使所选育的自交系适应性广、 抗性丰富, 特别是去除 对光照温度的敏感性, 而扩大适应区域和增强综合2作物杂志 2005 . 3Crops抗性。516 严选择 严格选择标准, 对影响总体育种目标和生产上可能造成严重减产的不良性状, 如抗倒性差、 高感丝黑穗病、 易空秆、 秃尖、 不易制种等实施一票否决。6 良种良法配套:密植而不倒,果穗全、 匀、 饱超高产目标需要以具有超高产遗传潜力的品种为基础, 再辅以优化可行的配套栽培技术来加以实现。超级玉米品种 80 % 是育出来的, 20 % 是种出来 的。即在一般密度和一般措施条件下, 产量水平可稳定达到 12 000kg

13、 /hm2, 另外 3 000kg /hm2的产量潜力的挖掘需要适当地提高密度和科学的水肥供 给。种植密度由 60 000株 /h m2提高到 75 000株 /h m2时, 不发生倒伏、 空秆、 秃尖、 畸形穗, 单株生产力稳定、 不明显降低。即密植而不倒, 果穗全 (无空秆 )、 匀 (大小均匀一致 )、 饱 (无秃尖等 )。从而实现 增产 20 % 以上的目标。超高产产量要素适宜的构成模式应为: 高密度( 75 000 ? 7 500穗 /hm2)、 中大穗 ( 200 250g/穗 )。 协调稳定零风险: 群体与个体协调、 库源关系协调、产量三要素协调、 生物产量与经济产量协调。叶面积

14、达到高峰后, 保持较长时间稳定, 不会出现倒伏、空秆、 秃尖, 严重病虫害等风险。7 理想目标: 超高产、 零缺陷 (零风险 )品种在强调实现超高产的同时, 更应强调品种的零 缺陷。所谓零缺陷品种, 即是站在农民作为玉米品种种植者和种子消费者的角度, 玉米品种在整个种植生产过程中, 没有缺陷、 不出毛病。企业在品种开发推广过程中, 也没有技术风险问题。玉米品种所表现出来的任何缺陷都是遗传基因与环境因子互作 的结果, 但绝大多数缺陷都是可以通过遗传育种来弥补或改善的。通过自交系的遗传改良和正确选配杂交组合对大量组合进行严格的鉴定筛选, 不断地朝着零缺陷目标努力。实现绝对完美, 完全达到零 缺陷是

15、非常困难的, 但可以不断逼近目标, 逐渐趋于完美。玉米品种可能存在 13个方面的缺陷, 需一一加以克服和弥补: 保全苗能力差; 感病; 感虫, 抗 虫力弱或易招致虫害; 倒折, 抗倒折性差; 对水分敏感, 抗旱性差; 对温度敏感, 抗低温冷害能力差; 对光照敏感, 耐寡照和耐密植能力差; 对土 壤肥力敏感, 耐瘠薄性或耐肥性差; 对除草剂敏感, 易发生药害; 果穗性状不佳; l v成熟期不适和脱水慢; l w 种子生产方面的问题; l x玉米品质方面的问题, 主要是玉米子粒的物理品质要好。 一个品种有一个或几个突出优点并不难, 难的是没有缺陷。超级玉米品种与零缺陷品种既有共同点, 也有不同的侧

16、重点。两者是不同的理念, 前者是 站在育种者角度强调超高产, 后者是站在生产者和消费者角度, 重点是不造成损失、 零风险, 强调的是稳产。两方面完美结合, 则是实现理想目标, 即超高产、 零缺陷。 参考文献1赵久然 1超级玉米指标及选育模式 1 玉米科学, 2005, 13( 1): 3 4 2赵久然 1零缺陷 (零风险 )玉米品种选育过程中应注意的问题 1中 国种业, 2005 , 3: 43 44 3刘志全等 1美国玉米高产竞赛简介 1玉米科学, 2004, 12( 4): 110 113 4廖琴, 孙世贤等 1中国玉米品种新动态 1 北京: 中国农业科技出版 社, 2005北京农业育种基础研究创新平台部分项目已经启动北京农业育种基础研究创新平台 (科技部创新平台之一部分 )已首批启动 /超级玉米种质创新及中国玉米标准 DNA指纹库构建 0等重大项目。该项目主持单位为北京市农林科学院玉米研究中心,首席专家为赵久然博士。项目聘请戴景瑞院士等 10余名国内外著名专家为顾问, 将联合国家玉米改良中心、 国