密植型玉米种质群体的构建与应用

2012-06-22张文忠宋殿珍常海霞栗红生刘景秀杨国英

山西农业科学 2012年2期

张文忠，宋殿珍，常海霞，栗红生，刘景秀，杨国英

（山西省农业科学院谷子研究所，山西长治 046011）

种质资源是玉米育种的基础。玉米产量的不断提高、农艺性状的改善以及抗病虫能力和抗逆性的增强等都应归功于玉米种质的不断改良、创新与利用[1-3]。

21世纪以来，我国玉米生产格局发生了很大变化，受密植型和国外玉米的影响，玉米育种的选育目标和模式也发生了转变。美国现代育种资料表明，提高玉米种植密度不仅是玉米高产的主要途径，也是玉米育种高效选择的重要方法。现代玉米品种产量的不断提高是通过提高玉米品种的耐密性和抗逆性实现的[4]。

玉米杂交种的选育关键是自交系的选育，而提高自交系遗传增益的关键则是优异种质资源的引入、改良和创新。对目前生产上应用的优良种质进行改良、创新，是选育高配合力自交系和提高杂交种单产水平的重要环节，也是丰富种质资源的重要手段[5-6]。

1 生产上主推品种概况

1.1 推广面积

从2005年至今，在我国东华北和黄淮海2个主要玉米种植带上，先玉335和郑单958已毫无争议地成为代表性品种。相关数据表明，郑单958近2 a播种面积占全国当年总面积30%左右，截至目前，该品种在全国已累计推广接近0.33亿hm2。先玉335在2004年经国家审定后，推广面积直线上升，推广区域迅速扩大，2010年种植面积估计达333.33万hm2以上。

1.2 大田表现

作为国外商业育种和国内经验育种的代表，先玉335和郑单958的共同特点是高产与稳产关系协调较好，生育期适中（春播125～130 d，夏播95～100 d），适应性广（分布在河南到吉林的主要种植区），籽粒商品品质较好（包括千粒质量和容重等）。其中，先玉335的产量在大多数地区更具优势，尤其后期脱水快，籽粒容重等品质也更胜一筹；其弱点在于前期发根慢，根倒严重，风险较大，而且耐密性不够好，最大种植密度约为60 000株/hm2，加上后期大斑病严重，易感虫。郑单 958耐密性较好（60 000～75 000株 /hm2），制种产量高，综合抗病性好；主要不足是后期脱水慢，而且后期茎秆软弱易倒伏，近年来，穗腐病、褐斑病和粗缩病在局部地区发生比较严重[7]。

1.3 种子生产

先玉335和郑单958制种产量高，为6 000～7 500 kg/hm2，但先玉335制种风险大于郑单958。因先玉335的父本PH4CV对干旱和高温环境反应较敏感，若在抽雄前水分供应受限，且花期遇上高温干旱，雄穗散粉持续时间缩短，生活力降低，结实效果将会受到影响[8]。2010年在西北制种基地，受极端气候条件影响，PH4CV的平均散粉期5 d，盛花期仅3 d，果穗总粒数较正常年份减少20%，尽管对制种产量影响不大，但公顷用种量的增加，提高了种子公司的制种成本。

2 群体构建基本思路及材料选择

2.1 整体构想

从杂优模式角度看，郑单958为Reid×唐四平头，先玉 335为 Reid×Lancaster，另外，隶属PB群种质的78599衍生系与Reid类群具有强杂种优势[9-10]。基于此，选取国内一些配合力高、综合抗性好、株型特征优的骨干自交系作基础材料，采用杂交、复合杂交、回交等多种手段，在不改变其固有杂优模式和大的遗传背景下，对先玉335的父母本进行同步改良，组建遗传基础相对丰富的改良体，实现有利基因的增效和互补，克服亲本和杂交种的潜在风险和缺陷，以期获得本土化的种质资源，提高选系的目标性和高效性，为新品种选育提供一定技术支持。

2.2 选用材料主要特性描述

齐319：PN78599选系，株高170～180 cm，穗位高70 cm左右，株型较紧凑，植株健壮，根系发达，抗倒能力强，果穗大，雄穗花粉量好；抗玉米大小叶斑病、粗缩病、黑粉病等一般性病害，而且对玉米锈病表现免疫。178：PN78599选系，综合抗病能力强，株型结构合理，根系发达，抗旱性、抗倒伏性尤为突出，苗期生长稳健，中后期发育快，散粉、抽丝协调，无秃尖，后期灌浆、脱水快，保绿性好，适应性广，制种产量高。

昌7-2：黄早四×S901，唐四平头类群，结实性好，籽粒灌浆速度快，对光周期反应迟钝，花丝生活力强，对温度和湿度等环境因素反应不敏感，生活力维持时间长，雄穗散粉可持续7～9 d，育成的杂交种结实性好。吉853：黄早四×自330，唐四平头类群，配合力高，综合抗病力强，株型收敛、结构合理，秆强抗倒，植株较矮，叶片较上冲，着生角度理想，利于提高光能利用率，空秆率低。

掖 478：5003×U8112，Reid 种群，配合力高，株型紧凑，适于密植，植株矮，穗位低，茎秆坚硬，抗倒性强；高抗大小斑病、丝黑穗病和青枯病，抗矮花叶病毒病和粗缩病，制种产量高，适应性广。丹 9046：7922×5003，Reid 种群，株高、穗位适中，株型紧凑，抗倒伏性强，抗病、抗逆性突出。

郑58：掖478变异株，Reid种群，一般配合力较高，自身繁殖和作母本制种产量都较高，品质好，耐肥水，耐旱性较强；株型紧凑，抗倒力强；抗大、小斑病，青枯病，穗粒腐病和黑粉病。冲72：来源于美国坚秆群体，Reid种群，密植型材料，适应性好，抗病力强，花期雌雄协调性好，活秆成熟。

3 选育过程和应用情况

3.1 选育过程

2004年，在山西省农科院谷子研究所试验田，将掖478和冲72，丹9046和郑58，178和吉853，齐 319 和昌 7-2 分别杂交，获得 M1，M2，F1，F2这4份中间材料。2004年冬，在海南育种基地，将M1与M2，F1与F2授粉杂交，得到复合种质M和F。2005年，在山西省农科院谷子研究所将M与PH6WC杂交，F与PH4CV杂交，得到M0和F0材料；2005年冬，在海南用PH6WC对M0回交1次，用PH4CV对F0回交1次。2006年，将2份种质分别进行小区隔离种植，小区面积约300 m2，设计密度为9万株/hm2，授粉后到成熟前，对株型清秀、雄穗分支少、穗位较低、果穗苞叶片数少、茎秆韧性好、抗倒伏性强、保绿度理想、无病害的植株挂牌标记（边行株除外），选株收获后，按照选育目标对每个果穗进行籽粒含水量、出籽率、千粒质量等产量数据测定和果穗商品色泽及秃尖有无的筛选，将入选果穗混合脱粒，完成新种质第1次大群体融合，采用同样方法，2006年冬和2007年分别在海南和长治连续进行了2代隔离混种。经过3轮天然混粉和人工筛选，实现了类群间遗传物质的充分融合，提高了优良基因型的频率和重组率，组建了配置程序简单、杂种优势明确、遗传背景清晰、主要性状互补的2个对应群体P5A和P5B（图1）。

3.2 应用情况

2007—2010年，采用传统的系谱选育法，从构建群体中选株连续自交6代，获得性状稳定、表型优良的自交系7份，其中，P5A群体中选出C10，C39，C64这 3 份，P5B 群体中选出 Z01，Z22，Z53，Z85这4份，其农艺性状及产量表现数据如表1所示。同时，用所选新系按完全双列杂交方式配制组合12份，于2010年分别在长治、临汾、太原、忻州4地进行杂交种鉴定，试验点的种植密度为6万株/hm2，对照品种为先玉335。表2、表3是当年4点参试组合田间性状、室内考种及综合抗性描述的平均汇总结果。

表1 选育自交系和先玉335亲本农艺性状及产量比较

从表1可以看出，P5A群体选出的3份材料中，生育期、穗位高、散粉持续时间、株型、产量与PH6WC相比无太大差异，其平均数与PH6WC相比，株高降低3 cm，雄穗分支数增加1～2个，千粒质量下降8 g；P5B群体选出的4份材料的平均数与PH4CV相比，生育期延长3 d，株高降低2 cm，雄穗分支数增加1～2个，散粉持续时间延长2 d，千粒质量增加10 g。应该说对双亲株高、雄穗分支数及PH4CV散粉持续时间的改良和选择合乎最初预期。

由表2可知，12份组合的平均数与先玉335相比，选育组合的生育期延长4 d，株高降低了7 cm，穗行数增加1.0行，千粒质量下降7 g，出籽率减少0.5百分点，其他指标无明显变化。从小区产量看，只有CZ1001和CZ3985这2个组合超出对照5%以上，其余组合与对照在同一个产量水平上波动。

表2 试验组合和先玉335田间性状及考种结果比较

从表3可以看出，选育品种的倒伏率、倒折率、空秆率3项数值比先玉335明显降低，对大斑病的抗性显著提高，而其他病害的发病率与对照在一个水平，其改良效果不明显。可见，外源基因的导入弥补了目标品种前期发根慢、根倒严重的缺陷，解决了大斑病抗源不足的问题。

从总体上来看，利用构建群体选育的自交系及组配的杂交种，产量上没有实质性的增加，抗逆性和部分遗传特征上有了一定的改进，这对提高品种稳产性和适应性、保证种子生产正常化有一定价值。

表3 试验组合和先玉335抗性参数对比

4 小结

现代玉米育种是在较高的水平上进一步改良完善已有的自交系，以优良亲本为基础进行群体改良，具有遗传基础广泛、抗逆性强、杂种优势比较稳定、配制程序简单的特点，有较高的直接利用价值。在特定杂种优势模式基础上构建和持续改良稳定的具有丰富遗传潜力的对应杂种优势群，是克服盲目性、短期行为并不断地、连续地育成优良杂交种的必要条件[11]。

本研究将国内骨干自交系的优良基因导入先玉335亲本组成微群体，在未改变品种基本特性的前提下，对其在种子生产和推广应用中出现的不利因素进行定向改进与完善，进一步提高其适应性和抗风险能力，结果表明，所选方法具有可行性。

当然，由于客观认识和条件局限，群体组建思路还不够成熟，选系和组合鉴定点数还较少，没有形成规模，不具备完全代表性，还有许多细节问题需探索和推敲。

［1］姜敏，姜明月，张立军，等.玉米瑞德微群体创建与自交系选育[J].玉米科学，2009，17（5）：61-64.

［2］李竞雄.玉米群体改良[J].安徽农业科学，1980（1）：8-16.

［3］张前进，王振华，张新，等.玉米种质资源的创新与利用[J].河南农业科学，2006（4）：28-31.

［4］丰光，李妍妍，邢锦丰，等.美国先锋玉米育种经验的启示[J].玉米科学，2010，18（2）：133-135.

［5］佟圣辉，陈刚，王作英，等.玉米自交系丹598的选育经验及启示[J].玉米科学，2009，17（2）：47-48，52.

［6］吴爱容.提高玉米自交系选育成效新见要述[J].河南农业科学，1991（7）：7-8.

［7］宋向东，刘文国.从分析郑单958和先玉335优缺点看吉林省玉米育种与种子生产方向 [J].吉林农业科学，2009，34（4）：11-13，20.

［8］田曾元，郭予琦，陈彦惠.热带、亚热带玉米种质光周期敏感性研究进展[J].河南农业科学，2004（6）：15-17.

［9］宁家林，高洪敏，于兵，等.玉米主要种质的改良和杂优模式利用[J].杂粮作物，2000，20（1）：5-8.

［10］郭景伦，赵久然，王元东，等.利用DNA指纹技术进行玉米自交系类群划分新方法：遗传背景分析法[J].华北农学报，2003，18（4）：61-65.