玉米育种问题及对策探讨

2014-08-15张建宏郑宏鹏冯丽赟申虎飞张俊珍

山西农业科学 2014年7期

张建宏，郑宏鹏，冯丽赟，刘佼，申虎飞，张俊珍

（1.山西省农业科学院隰县试验站，山西隰县041300；2.隰县寨子乡政府，山西隰县041300）

1 我国玉米育种的种质来源

我国玉米育种的种质来源主要包括国内地方品种和国外引进2个方面。国内的玉米育种研究人员早在20世纪60年代就开始从国内地方品种中选育自交系，据统计，从地方品种中直接选育的自交系种类至少在100个以上，其中比较有名的如获白和衡白522，源于获嘉白马牙的自交系品种获白在第1代单交种的培育中发挥了重要作用；从衡白多穗中选育出的糯玉米自交系衡白522，利用其组配了4个糯玉米杂交种并在玉米生产上推广应用[1]。目前，我国部分地区还在种植地方品种，特别是广西、云南的一些偏远山区，地方品种由于有着良好的抗逆性和适应性仍为当地农民所青睐。

20世纪70年代，我国从国外引进了大量的自交系，其中最为著名的是Mo17。与此同时，还大量引进了杂交品种，并基于这些杂交品种采用选育二环系的方法培育出了一大批的自交系，这些国外品种的引入为我国玉米育种以及玉米增产发挥了巨大的作用，比较有名的如3382，3147和78599等。我国的玉米育种工作者在3147的基础上培育出了著名的自交系品种沈5003，同时还利用3382培育出了铁7922和U8112[2]。基于从美国引进的杂交种6JK111培育出的优良自交系沈137由于有着抗多种病害的优点，组配的杂交种多达33个。还利用杂交种78599成功选育出丹988、齐319等优良自交系，基于78599培育出的优良自交系形成了近年来我国独特的杂种优势群P群。

2 我国玉米育种的种质基础

在20世纪70年代，我国玉米育种中所使用的种质主要是旅大红骨、兰卡斯特、金皇后、塘四平头、获白五大系统[3]。而获白和金皇后系统逐渐减少，瑞德黄马齿（Reid Yellow Dent）系统逐渐增多。从20世纪80年代末到1994年，我国大面积种植的玉米杂交品种的种质基础是旅大红骨、塘四平头、兰卡斯特和瑞德黄马齿，占玉米种植面积的80%以上。近年来，随着热带亚热带玉米种质和美国PN种质的不断推广应用，出现了新的组配方式和种质类群。

基于旅大红骨种质培育的自交系主要有丹337、旅 28、丹340、丹 99长、旅 9宽、丹黄 02等。这些自交系在我国20世纪90年代的玉米育种和生产中发挥了很重要的作用。基于E28组配的杂交品种丹玉13，在20世纪90年代初期的国内种植面积中，连续几年名列前茅。基于塘四平头种质培育的自交系中最著名的是黄早四，该自交系有着适应性广、配合力高等优点，在国内的玉米育种中应用极为广泛。很多玉米育种工作者基于黄早四培育出了很多新的自交系，并在农业生产中广泛推广种植。我国引进的兰卡斯特种质主要来自Oh43，Mo17，Va35，A619Ht和 C103 这 5 个自交系，其中，前2个自交系的衍生系所占比例最高，达到了77.1%。利用C103培育出了20多个衍生自交系，在玉米生产中发挥了重要作用。目前，兰卡斯特种质主要在东北地区种植，国内其他地区使用较少[4]。

3 我国玉米育种存在的主要问题

改革开放以来，国际间的经济文化交流不断增强，与国外相比，我国玉米育种方面还存在一些问题，如育种目标不明确、不能适应农业生产的要求、种质资源创新能力较弱、育种的技术方法相对落后、育种的科研经费投入不足且科研力量比较分散等[5]。

3.1 育种目标不明确，不能适应农业生产的要求

以山西省为例，山西地处黄土高原，玉米是最重要的农作物之一，由于境内南北狭长，地跨6个纬度，且地形复杂，山地、丘陵、台地、平原等各种地形都有，造成不同地域之间农田生态环境的显著差异，即使在同一个县的不同乡镇，甚至同一乡镇不同村的土地，在海拔高度、热量和水资源等生态条件，以及土壤质地、肥力、灌溉等生产条件都有明显差异，这些差异使得玉米种植区域更加复杂。山西省不同地域的热量资源，年积温、无霜期、生产条件，对玉米品种的需求差别较大。如2010—2011年山西省审定的玉米品种多达24个，但是这些新品种对气候条件的要求相对狭窄，很多品种只是适应局部地区的气候条件。当前的玉米育种目标与现实生产需求明显脱节，新品种不能适应农业生产的需要[6]。

3.2 种质资源创新能力较弱

近年来，国内很多地方选育的玉米新品种推广面积不大，其主要原因在于种质材料的创新性不高、选用的自交系适应性不广，根本原因是缺乏突破性的玉米自交系[7]。通过对山西省近年来审定品种的双亲分析可以看出，山西省玉米自交系选育主要集中在二环系、系谱法以及对已有自交系的回交改良上，这种做法短期内对选育新的自交系有着较好的效果，但是长期下去，会导致新品种的遗传基础过窄、适应性不强，而且会导致玉米杂交种的选育很难取得较大的突破。新培育的自交系遗传基础过窄直接导致了玉米新品种在抗病虫害方面以及抗逆性方面表现脆弱，同时也不利于培育出具有突破性的新品种和新的自交系，这直接影响了玉米育种研究的可持续发展[8]。

3.3 育种的技术方法相对落后

社会经济的快速发展要求大幅度提高玉米产量，改善品质。这对玉米育种工作者来说既是机遇又是严峻的挑战。从全国范围来看，可供玉米育种利用的基因资源日渐贫乏，仅仅依靠传统人工选择和自然进化很难满足国民经济发展对玉米生产不断增长的需要。这就需要将传统育种方法与现代生物技术结合，从分子水平上认识玉米遗传变异机理，在充分发掘玉米基因库现有遗传资源的同时，利用基因工程技术打破生殖隔离，转化利用其他物种的有益基因，创造更为丰富的遗传变异，培育性状更加全面、生产性能更好的玉米新品种。对于玉米育种工作者来说，要创新思路，充分利用生物技术的最新研究，从DNA水平认识基因互作和杂种优势的成因，利用分子标记技术进行遗传多样性方面的分析，划分不同的杂种优势群并预测杂种优势的可能性。通过使用先进的基因技术和分子标记技术，有助于对玉米新品种的基因工程选择，如抗逆基因和抗病虫害基因在玉米育种上的应用等。国内玉米育种技术在这方面与国外发达国家相比，还比较落后。

3.4 科研经费投入不足、科研力量比较分散

目前，我国玉米育种研究单位多数处于“老”（设备陈旧，研究手段落后）、“小”（规模不大）、“穷”（经费严重不足）的状况。科研经费不足直接削弱了基础种质研究。与此同时，由于存在体制僵化等问题，导致科技投入效率不高，很多研究处在低水平重复的阶段，众多科研单位的育种规模偏小，育种研究和种子的生产及推广脱节，很多种子公司对商业育种重视不够，对育种科研特别是基础研究缺乏投资热情。从国家层面来说，国家级的育种科研单位由于经费缺乏，无法开展种质的改良、创新以及其他相关的基础性研究。

4 发展对策

4.1 明确育种目标，有针对性地开展工作

对于玉米育种科研人员来说，调整育种目标，对所培育的新品种应有清晰的市场定位。除了在育种技术上进行创新以外，还要根据不同地域的气候、地形、生产水平、栽培技术进步（机械化采收）等，有目的的培育新品种[9]。在育种过程中，除要重视新品种在试验地区的产量表现及抗病性、抗逆性外，还要探明新品种的适应区域，这样培育出的新品种才能有更大的市场，获得广泛的推广。

4.2 重视基础理论研究和新技术的应用

玉米产量和品质受环境条件（土壤、气候）、遗传因素以及栽培技术等因素的影响，其关键是由生理代谢过程决定的。只有从不同的角度（育种、遗传、生理生态）和不同层次（个体、群体、组织、分子）等方面揭示产量形成的规律，才能突破传统的依靠经验选择的瓶颈，向设计选择的方向迈进。对于玉米育种来说，一方面要加强与玉米产量有直接密切关系的相关基础理论研究，同时还要重视多领域多学科的吸纳和灵活运用。目前，分子生物技术和DNA技术[10]的快速发展，给玉米育种工作带来了极大的冲击。转基因技术在抗病虫害、除草、抗旱、抗盐等方面已经取得了成功，为未来的育种工作开创了新的天地[11-12]。山西省在这方面要调整思路，将分子育种、转基因等技术实用化，并与常规的育种技术相结合，推进育种新技术的应用。

4.3 积极扩增种质资源，突破育种瓶颈

当前，玉米种质基础狭窄已经严重制约了我国玉米育种的进一步发展。这就要求玉米育种人员要重视种质扩增、杂种优势模式和杂种优势群的研究和改良[13]。具体来说，应加强几方面的研究。

4.3.1 要系统整理和筛选并充分利用地方种质资源经过多年的实践证明，地方种质资源是一个宝贵的种质资源库，还有很大的开发利用潜力。系统和全面地整理、筛选和改良地方种质资源，是突破杂交育种方面种质资源瓶颈的必由之路[14]。要在系统整理地方种质资源的基础上，构建地方种质资源库，在此基础上对国内各个地方种质的杂种优势群与国外的进行比较分析，并在杂种优势理论的指导下对地方种质进行改良。

4.3.2 要积极引进外来种质纵观国内玉米育种的历史，外来种质在我国玉米育种上有着极其重要的地位。如著名的自交系Mo17是我国20世纪70年代引进的兰卡斯特lancaster类群的典型自交系；沈 5003，478，铁 7922，U8112以及近几年新选育的P178、中451、苏37等都是从外来种质中筛选出来的，并且已经组配了很多杂交种[15]。多年的育种实践证明，通过引进外来种质，丰富和扩增种质资源，有利于克服目前玉米种质的遗传脆弱性和杂种优势模式的局限性，提高我国玉米品种的生态适应性，对提高玉米产量、改善品质和增强抗性等都具有重要意义。

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

［2］周章印.玉米诱变育种研究进展 [J].河北农业科学，2008（7）：34-35.

［3］赵久然.超级玉米指标及选育模式 [J].玉米科学，2005，13（1）：3-4.

［4］张新，王振华，张前进，等.河南省玉米育种现状、问题及对策[J].河南农业科学，2010（6）：22-26.

［5］何代元，周联东，李志苹，等.关于当前玉米育种面临的问题探讨[J].作物杂志，2008（1）：4-6.

［6］贾晓红，刘志峰.试论玉米生产在山西农村经济中的重要地位[J].农业技术与装备，2008（2）：19-21.

［7］滕海涛，赵久然，郭景林，等.玉米种质创新的技术途径[J].玉米科学，2000，8（3）：23-25.

［8］王秀梅.山东省玉米辐射诱变育成杂交种的系谱分析 [J].山东农业科学，1992（4）：9-12.

［9］周清春.DNA指纹给玉米定“身份”[J].山西农业：农业科技版，2006（11）：14-16.

［10］唐秉海.玉米制种的技术措施[J].山西农业：农业科技版，2006（10）：22-23.

［11］郝爱平，詹亚光，尚洁.诱变技术在植物育种中的研究新进展[J].生物技术通报，2004（6）：12-13.

［12］安学丽，蔡一林，王久光，等.化学诱变及其在农作物育种上应用[J].核农学报，2003（3）：21-23.