玉米耐低鉀自交系選育的研究進展

陳菁　王興

摘要：介紹玉米對鉀的需要特點及需要量，論述玉米在各種時期缺鉀的癥狀及表現，從篩選方法、篩選時期、篩選指標等方面，綜述玉米耐低鉀脅迫基因型自交系的篩選成果及現狀，為耐低鉀玉米新品種選育及解決我國土壤缺鉀問題提供參考。

關鍵詞：耐低鉀；玉米自交系；缺鉀；篩選體系；癥狀

中圖分類號：S513；S333.6 文獻標識碼：A 文章編號：1674-1161（2014）07-0001-02

我國現有耕地中大約有30%以上的土壤缺鉀或嚴重缺鉀。各地土壤肥力檢測點的系統測定結果表明，無論南方還是北方，農田土壤速效鉀含量普遍呈下降趨勢，年降幅0.58～3.32 mg/kg。原來比較肥沃的耕地土壤，由于長期不注重鉀肥的施用，導致鉀養分含量顯著減少。只有施用足夠的鉀肥，才能保證作物高產和穩產。但是，我國鉀礦資源貧乏，大部分鉀肥依賴進口，大量施用鉀肥尚有一定困難。在此背景下，許多學者提出利用植物本身的遺傳特性，開發耐低養分脅迫的新品種，以解決土壤養分不足問題。利用作物耐低鉀營養的遺傳特性改良品種，是解決上述問題及實現高產、高效的生物學途徑之一。玉米耐低鉀性狀遺傳改良的前提是篩選出耐低鉀玉米自交系。

1 玉米對鉀的需求

植物營養性狀的基因型差異常用養分效率來表示。養分效率至今還沒有統一的定義，有人把植物在一定量的養分供應條件下，獲得高產或高養分的能力定義為養分效率；也有人把養分效率定義為某一基因型比其它基因型在受到養分脅迫時，獲得更高產量的能力；還有人認為養分效率是指養分缺乏時獲得高產的基因潛力。

鉀的營養功能是多方面的，在作物的生理生化反應過程中起著重要作用。玉米生長發育需要吸收大量的鉀素，吸收量與氮相近，而且高產高密的玉米對鉀素的需求量大，有可能超過氮素。鉀在玉米體內呈離子狀態，多集中在植株最活躍的部位，起活化劑的作用，對玉米植株碳水化合物的合成和運輸有很大影響。玉米缺鉀時，生育緩慢，葉色淡綠且帶黃色條紋，老葉中的鉀轉移到新生組織中，其尖端與葉緣先變紫色，后呈干枯灼燒狀。嚴重缺鉀時，玉米生長停滯，植株矮小，間節縮短，易倒伏，果穗發育不良，禿頂嚴重，粒質量降低，最終影響玉米的產量和品質。

2 玉米缺鉀癥狀的表現

土壤缺鉀嚴重時，玉米苗期葉片邊緣和尖端出現典型的黃邊癥狀。對于同一片葉，癥狀從葉尖開始沿邊緣逐漸向葉片基部發展；對于不同部位的葉片，則是最下部葉片首先出現癥狀，再向上部葉片發展。在拔節期以后，葉片不僅枯萎還向葉基、葉脈附近擴展，直至整個葉片枯死。下部葉片全部枯萎披散，失去生理功能。植株生長停滯，節間縮短，莖變細，根量明顯減少，果穗發育不良或出現較大禿尖，莖稈較弱，容易倒伏。

3 耐低鉀玉米自交系篩選技術體系

合適的篩選技術體系是有效進行玉米自交系鉀營養高效基因型篩選的關鍵。合適的篩選技術體系包括合適的篩選方法、合適的篩選時期和合適的篩選指標。

3.1 篩選方法

鑒定玉米鉀營養特性方法主要有液培法、砂培法、土培法和大田法。大田是鑒定玉米鉀營養效率最直接、最可靠的方法。不同基因型玉米對低鉀的抗耐性存在差異，鉀高效的基因型在進化的過程中逐漸適應了低鉀脅迫的環境，其體內生理發生了有利于適應環境的變化，故其在低鉀環境中能夠有效地利用體內有限的鉀素，從而受環境脅迫影響的程度較小。在鉀營養高效基因型篩選試驗中，合適的土壤選擇壓力是至關重要的。合適的土壤選擇壓力可以使不同玉米鉀營養基因型吸收和利用土壤潛在鉀的能力得到充分展示。馮良山的研究表明，鉀素作用指數一般在鉀素水平越低、水平間距越大時表現明顯。所以，耐低鉀篩選時應盡可能選擇鉀水平較低的土壤。

3.2 篩選時期

在礦質營養基因型差異研究中，人們常用苗期或生長前期的性狀表現作為研究指標，這是由苗期試驗時間、試驗規模相對于全生育期而言較短和較小的特點決定的。玉米鉀營養臨界期是玉米苗期。因此，玉米自交系苗期可以作為其耐低鉀脅迫營養基因型篩選時期。如果玉米苗期的鉀營養得不到滿足，植株處于鉀養分饑餓狀態，則植株無法正常生長，表現在植株內部生理代謝和外觀形態上。同時，不同玉米自交系鉀營養基因型忍耐鉀缺乏的能力不同，表現在外觀形態和生物學產量等指標上。此外，根據作物養分臨界期的概念，玉米苗期缺少鉀養分造成的影響，即使此后養分供應正常也很難彌補。苗期對鉀脅迫不敏感的玉米自交系材料不一定在后期對鉀脅迫不敏感，因此，在玉米苗期進行耐低鉀脅迫營養基因型篩選，可以篩選到一部分不耐低鉀脅迫的玉米自交系材料，但其是否真正耐低鉀脅迫需要全生育期試驗驗證。苗期篩選大大縮小了篩選范圍，減少了后期篩選的工作量。

3.3 篩選指標

常規植物育種是把某一綜合農學性狀作為選育指標，并認為植物對脅迫的抗性也會遺傳保持下去。這雖然有正確的一面，但因缺乏特異抗性指標的指導，會使育種周期加長、目標性降低。遺傳工程育種缺乏特異性抗性指標指導時，會因找不到特異性狀而難以進行基因定位，有時甚至會產生錯誤結果。因此，選擇合適的特異性篩選指標至關重要。

閻洪奎的研究表明：苗期葉片癥狀指數、穗位高度脅迫指數、穗粒數脅迫指數、穗軸重脅迫指數和百粒質量脅迫指數等，都可以用于玉米的耐低鉀篩選和鑒定研究。其中玉米苗期葉片癥狀指數作為耐低鉀鑒定指標，與產量脅迫指數、穗位脅迫指數、穗粒數脅迫指數等參考指標相比，具有操作簡單、快速便捷、省工省時、節約試驗用地等優點，適于早期鑒定和當代選擇，可以應用于表現型純合材料或分離群體的耐低鉀篩選。

玉米自交系鉀營養效率的指標很多，綜合考慮各篩選指標之間的相關性及主成分，建立以苗期缺鉀程度、相對生物學產量和增產率相結合的綜合篩選指標體系。

4 結語

玉米是我國的主要作物，栽培面積居世界第二位。隨著我國畜牧業和糧食加工業的快速發展，玉米生產將愈顯重要，其地位是其它作物無法替代的。實踐表明，耐低鉀玉米自交系篩選并進行雜交育種，是培育耐低鉀玉米新品種的有效途徑之一。曹敏健等從1988年開始收集數百個玉米自交系和品種在缺鉀土壤上進行選育，已選育出對低鉀有較強耐性和自交系，并進行了耐低鉀的生理基礎和耐低鉀遺傳研究。今后應加強耐低鉀玉米自交系的篩選，用現代遺傳育種技術選育和推廣耐低鉀玉米新品種，從而緩解我國土壤普遍缺鉀和鉀肥資源不足的矛盾，降低生產成本，提高經濟效益和社會效益，實現玉米可持續發展。

參考文獻

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