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

（安徽省宿州市農業科學院，宿州 234000）

黃淮海夏玉米區播種面積0.12 億hm2，占全國玉米總面積的35%以上，總產70 多億kg，占全國玉米產量的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。黃淮海地區是北亞熱帶向暖溫帶的過渡地帶，強對流天氣頻繁發生，特別是在夏玉米生長季節，極端天氣發生的概率和嚴重程度遠大于其他區域[1]。本文結合黃淮海地區玉米品種的應用，分析了黃淮海地區玉米生產現狀，針對黃淮海地區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 黃淮海地區玉米生產現狀

1.1 自然災害頻發，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 年銹病大發生；2016 年銹病局部大爆發；銹病、彎孢菌葉斑病逐漸發展為主要病害。2011 年二點委夜蛾發生面積超過130 多萬hm2。

1.3 農機農藝融合差玉米生產已經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與農機農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；農機手的操作技術水平決定了種地水平；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，在現有生育期內難以實現籽粒直收。

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、京農科728 等一大批玉米雜交種。該類種質的優點是配合力高、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。該類種質的優點是高產、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。該類種質的優點是出籽率高、高抗絲黑穗病，缺點是雌雄脫節、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，根系發達，苞葉層數少、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 耐密目前生產密度為6.00 萬～6.75 萬株/hm2，耐密品種要比現有主推品種提高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；生物逆境嚴重，主要病害頻繁發生。抗逆性已經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象，缺乏國內優異抗倒遺傳群體，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勢類群雜種優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的遺傳方差或等位基因頻率決定的，玉米雜種優勢群，二群論和多群論是中國種業近年來一直爭論的熱點。合理構建雜種優勢模式，可以明顯提高育種效率，加速中國玉米商業化育種進程。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勢模式。現有的中國玉米種質可以劃分為6 個雜種優勢群。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化大規模發展的需要，把6個雜種優勢群根據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。目前國內大型種子企業及研究單位已經規模化應用。

4.4 分子標記輔助選擇育種隨著分子生物的發展，開發了基于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；穗行數等產量性狀；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。要實現玉米基因轉化，首先需建立良好的受體系統，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、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、雜種優勢的利用等，其中抗蟲、抗除草劑基因工程已進入商業化應用階段。

5 討論

經過多年的不懈努力，我國玉米育種方向轉型速度明顯加快，尤以西北地區進步突出，東北和黃淮地區也加快了速度。在種業發展的低級階段，育種規模小，可以充分挖掘個人潛力，提高資金使用效率，學習美國的先進經驗，然后發揮小規模和高效率的優勢，組織育種研發。目前，經驗育種仍可以發揮重要作用，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新能力。追趕并不困難，但追趕到一定程度后繼續提高效率，經驗育種就不夠用了，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，我國必定會育出一批明顯創新型的優良品種，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。