GPIT那氏大穗玉米在太原娄烦试点的示范试验

2017-01-06王纶王星玉杨红军那郅烨元改香王树红元慕田

山西农业科学 2016年4期

王纶，王星玉，杨红军，那郅烨，元改香，王树红，元慕田

（1.山西省农业科学院农作物品种资源研究所，农业部黄土高原作物基因资源与种质创制重点实验室，山西太原030031；2.云南省生态农业研究所，云南昆明650106；3.山西省奥圣农业开发有限公司，山西太原030001）

王纶1，王星玉1，杨红军2，那郅烨2，元改香3，王树红3，元慕田3

GPIT那氏大穗玉米品系是继Q28大穗大粒小麦以后，再次以GPIT生物技术手段育种成功的范例，通过2015年在太原娄烦试点进行示范试验国。结果表明，该品系在GPIT生物技术育种手段和生育期间辅以GPIT生物制剂叶面喷施配套技术的双重作用下，能更大幅度提高光能利用率，表现出穗大、粒多、微秃尖、双穗率高等特点，使穗的数量性状和质量性状进一步提高，增产效果更加显著。

GPIT；大穗；玉米；示范；试验

GPIT生物技术在21世纪问世以来，以大幅度提高作物光能利用率的机理，在各种农作物上广泛应用，取得了明显的成效[1]。而利用GPIT生物技术作为农作物的一种新型育种手段也取得了新的突破。继Q28大穗大粒小麦成功育成并在各地大面积推广[2]后，云南省生态农业研究所的那中元教授又相继以GPIT生物技术手段，连续多代诱导变异中单系列玉米品种，系选育成GPIT那氏大穗玉米品系，并于2015年在黑龙江的大庆、绥化、北安，河南省的郑州、漯河、南阳以及山西的太原等地进行不同生态区的多点大面积示范试验。

山西省太原市的试点设在太原市娄烦县米峪镇兴旺庄村，当地海拔1 304 m，年平均气温7.1～ 8.1℃，无霜期120 d，年降雨量428 mm，年日照时数2 872 h，≥10℃积温2 840℃。5月10日播种，10月15日收获前，由山西省农业科学院、山西农业大学、山西省农村财政研究会、山西奥圣农业开发有限公司、太原市娄烦县扶贫办等单位的专家教授，现场实地验收和调查取样，随后又在室内对与穗相关的数量性状和质量性状进行了调查考种。

1 材料和方法

1.1 试验材料

1.1.1 试验地基本情况试验地比较平整，共有20 hm2土地连成片，配套有机井灌溉设施。土壤为沙性土壤，透气性好，但保水性差。土壤有机质含量为1%左右。前茬作物为马铃薯。

1.1.2 供试材料GPIT那氏大穗玉米品系（简称大穗玉米），由云南省生态农业研究所杨红军、那郅烨先生提供；对照龙生2号由忻州市种子公司提供，该品种适于平整的水浇地种植，适应性和丰产性良好。

1.2 试验设计

试验共用土地4.01 hm2，其中，大穗玉米种植1.67 hm2，对照品种分别种植1.67，0.67 hm2。由于大穗玉米在生育期间需要叶面喷施GPIT生物制剂（第1次喷施时间为8叶期，喷施浓度为200倍稀释液；第2次喷施时间为16叶期，喷施浓度为300倍稀释液）[3]。对照龙生2号分为2种情况，一种是和试验种一样同步喷施GPIT生物制剂2次，以“处理CK”表示；另一种不做任何处理，以“CK”表示。处理CK种植1.67 hm2，CK种植0.67 hm2。采用宽垄窄行的种植方法，经实地测量垄距80 cm，窄行距40 cm，株距50 cm，通风透光条件良好。播种前每公顷底施氮磷钾复合肥料1 125 kg，生育期间浇水2次，每次随水每公顷追施尿素150 kg，生育前期锄草2次。

1.3 测定项目及方法

1.3.1 田间调查取样收获前各处理排除周边3行边行优势的植株，调查中间有代表性的200 m2玉米株数、主穗数、次穗数（2次重复取平均值），折算出667 hm2玉米的株数、主穗数、次穗数和双穗率（双穗率的统计方法是选择有代表性的667 m2大田面积，实测主穗和次穗共存的株数除以667 m2的实际株数，2次重复，结果取平均值）。

1.3.2 田间产量验收调查取样完成后，以机械进行现场收获、脱粒一次完成。方法是各收获667 m2土地上的粒籽称质量，以种子水分测定仪测出籽粒含水量，计算出籽粒含水量为12%的实际产量。2次重复，结果取平均值。

1.3.3 室内考种各处理随机采摘20穗主穗和次穗，分别调查穗的相关数量性状和质量性状，结果取平均值。穗的相关质量性状，籽粒含水量以烘干至12%为准。

2 结果与分析

大穗玉米和处理CK和CK在娄烦试点的试验结果，归纳为穗的数量性状和质量性状、株数及产量结果来分析。穗的数量性状包括穗长、穗粗、穗轴直径、籽粒长、秃尖长、穗行数、单行粒数、单穗粒数、双穗率等；穗的质量性状包括百粒质量、穗粒质量和单株粒质量等。

2.1 大穗玉米品系和对照在娄烦试点穗的数量性状结果分析

2.1.1 穗长从表1可以看出，大穗玉米的主穗长比处理CK的主穗长长5.3 cm，比CK的主穗长长7.8 cm；大穗玉米的次穗长比处理CK长5.4 cm，比CK长7.4 cm。大穗玉米无论是主穗还是次穗，穗的长度均大于处理CK和CK，其中大于CK的长度高于处理CK的长度。穗长是玉米的一个主要产量性状，穗长度的增加就会为单行粒数的增加奠定基础[4]。由此可见，大穗玉米在穗长的产量性状上比处理CK和CK均具有明显优势。

2.1.2 穗粗由表1可知，大穗玉米主穗和次穗的穗粗均比处理CK粗0.7 cm，比CK粗0.9 cm。大穗玉米无论是主穗还是次穗，穗粗均大于处理CK和CK。其中大于CK的粗度高于处理CK的粗度。穗粗是玉米的主要产量性状。穗粗的增加可以导致穗籽粒行数的增加[5]。由此可见，大穗玉米在穗粗的产量性状上比处理CK和CK均具有优势。

2.1.3 穗轴直径从表1可以看出，大穗玉米主穗的穗轴直径比处理CK粗1.1 cm，比CK粗1.2 cm；大穗玉米次穗的穗轴直径比处理CK粗1.2 cm，比CK粗1.3 cm。大穗玉米的主穗和次穗的穗轴直径均粗于处理CK和CK，处理CK和CK的穗轴直径差距很小。穗轴直径较细是对照龙生2号固有的比较稳定的性状。穗轴的粗细不能作为玉米品种主要的产量性状，但是较细穗轴的性状却是玉米品种的一个优良性状[6]。从这一点来看，大穗玉米穗轴直径粗于处理CK和CK，其在穗粗上并不占优势，但是穗轴直径较粗的大穗玉米，并未因为穗轴直径较粗而影响到其他主要产量性状比处理CK和CK高的优势。

2.1.4 籽粒长从表1可以看出，大穗玉米主穗籽粒长比处理CK短0.2 cm，比CK短0.1 cm；大穗玉米次穗籽粒长比处理CK短0.1cm，比CK短0.1cm。无论是主穗还是次穗，大穗玉米的籽粒均短于处理CK和CK，其中对处理CK主穗的籽粒短的程度稍大，说明GPIT生物制剂对CK生育期间的处理，对CK主穗的籽粒长度产生了一定影响，但影响微小，对次穗籽粒未造成影响。玉米籽粒长度对一个品种来说，是一个相对比较稳定的数量性状，如果籽粒的宽和长同时匹配的话，就会对提高百粒质量奠定基础，如果只是单一的籽粒长度增长，宽度不匹配的话，对籽粒百粒质量的增加影响不大，但对穗轴直径的粗细却有一定的影响[7]。一般来说，籽粒长的玉米品种穗轴直径较细；籽粒宽短的玉米品种穗轴直径较粗。因此，籽粒长也作为一个比较优良的数量性状，由于对产量影响不大，也不作为重要的产量性状来对待，这样尽管大穗玉米的主穗和次穗的籽粒长均短于处理CK和CK，未处于优势地位，但并未因此而削弱大穗玉米主要产量性状比处理CK和CK强的优势。

2.1.5 秃尖长表1结果表明，大穗玉米的主穗秃尖比处理CK短1.3 cm，比CK短2.6 cm；大穗玉米的次穗秃尖比处理CK短0.9 cm，比CK短2.7 cm。大穗玉米的主穗和次穗秃尖长均小于处理CK和CK，其中小于CK秃尖长的长度更大，说明生育期间经GPIT生物制剂处理的CK，对CK秃尖长的缩短也起到了明显的作用。秃尖长短虽然未作为影响玉米产量的主要产量性状，但却影响行粒数和穗粒数的多少，而行粒数和穗粒数却是玉米品种重要的产量性状。由此看来，秃尖的长短对玉米品种产量间接的影响也不容忽视[8]。大穗玉米无论主穗还是次穗的秃尖长均很短，处理CK主穗和次穗的秃尖长直观地看也不明显，唯有CK的主穗和次穗的秃尖长均很明显，说明应用GPIT生物技术，无论是作为育种手段还是生育期间进行叶面喷施，均对玉米穗顶端秃尖长的缩短会起到明显的效果。

2.1.6 穗行数从表1可以看出，大穗玉米的主穗比处理CK多1.8行，比CK多3.6行；大穗玉米的次穗比处理CK多1.4行，比CK多3.2行。大穗玉米主穗、次穗的穗行数均多于处理CK和CK，尤以对CK的穗行数多得明显，说明GPIT生物制剂在生育期间对CK的处理，对CK穗行数的增加也发挥了明显的作用。穗行数是玉米主要的产量性状，穗行数的多少直接影响到单穗粒数的多少。大穗玉米不论主穗和次穗，穗行数均多于处理CK和CK，说明大穗玉米在穗行数这一产量性状上具有明显优势，为单穗粒数的增加奠定了基础。

2.1.7 行粒数从表1可以看出，大穗玉米主穗的行粒数比处理CK多7.0粒，比CK多12.7粒；大穗玉米次穗的行粒数比处理CK多8.5粒，比CK多12.4粒。大穗玉米主穗和次穗的行粒数均多于处理CK和CK。行粒数是玉米主要的产量性状，行粒数的多少直接影响到穗粒数的多少，因此，行粒数的增加为穗粒数的增加创造了条件[9]。

2.1.8 穗粒数从表1可以看出，大穗玉米主穗的穗粒数比处理CK多210.0粒，比CK多347.1粒；大穗玉米次穗的穗粒数比处理CK多190.9粒，比CK多296.2粒。大穗玉米主穗和次穗的穗粒数均多于处理CK和CK，其中多于CK的粒数要超过多于处理CK的粒数。大穗玉米的穗粒数多于处理CK和CK绝非偶然，在穗长、穗粗、穗行数和行粒数等产量性状上，大穗玉米比处理CK和CK占有优势，甚至包括大穗玉米秃尖微小所占的优势，已经为大穗玉米穗粒数多于处理CK和CK奠定了基础。而穗粒数多的优势又为大穗玉米穗粒质量的增加打下了基础[10]。

2.1.9 双穗率双穗率调查结果表明，大穗玉米的双穗率比处理CK高6.6百分点，比CK高21.2百分点，比CK高出的百分率远大于处理CK的百分率（表1），说明GPIT生物制剂对CK生育期间的叶面喷施处理，对CK双穗率提高的效果不可小觑。大穗玉米的主穗和次穗在穗长、穗粗、穗行数、行粒数、穗粒数、双穗率等产量性状上占有明显优势，为高产打下了坚实基础[11]。

2.2 大穗玉米品系和对照在娄烦试点的穗质量性状、株数和产量结果分析

2.2.1 百粒质量从表2可以看出，大穗玉米主穗的百粒质量比处理CK多0.5 g，比CK多1.4 g；大穗玉米次穗的百粒质量比处理CK多1.2 g，比CK多1.4 g。大穗玉米主穗和次穗的百粒质量均高于处理CK和CK，而且多于CK主穗的百粒质量大于处理CK主穗的百粒质量。百粒质量在玉米的产量构成中占有举足轻重的地位，是最基础的产量因子。大穗玉米百粒质量的优势，又使得大穗玉米在单穗粒质量的质量性状上得到提高。

2.2.2 穗粒质量穗粒质量是衡量玉米产量高低的一个重要指标[12]。表2结果表明，大穗玉米主穗的穗粒质量比处理CK多91.8 g，比CK多117.9 g；大穗玉米次穗的穗粒质量比处理CK多56.0 g，比CK多84.9 g。大穗玉米主穗和次穗的穗粒质量均高于处理CK和CK，其中高于CK的穗粒质量大于处理CK的穗粒质量，可见GPIT生物制剂在生育期间对CK的处理，可使处理CK的穗粒质量不论主穗还是次穗都比CK得到了提高。大穗玉米穗粒质量高于处理CK和CK，决定了大穗玉米单株粒质量比处理CK和CK高的优势，也为大穗玉米最终单位面积产量的提高，提供了先决条件。

2.2.3 单株粒质量单株粒质量是指1株玉米主穗和次穗单穗粒质量之和，但次穗不是每1株玉米都有，根据大穗玉米和处理CK和CK的双穗率调查结果，均以次穗的单穗粒质量乘以各自的双穗率，得出次穗在单株粒质量中的实际单穗粒质量，再加上各自的主穗单穗粒质量，即单株粒质量。表2结果表明，大穗玉米的单株粒质量比处理CK多137.4 g，比CK多208.7 g，大穗玉米的单株粒质量与处理CK和CK相比占有绝对的优势。只要种植密度相差不悬殊的话，大穗玉米单位面积产量高于处理CK和CK的结果基本形成定局。

表2 大穗玉米品系和对照在娄烦试点的穗质量性状、株数和产量比较

2.2.4 产量由表2可知，大穗玉米每667 m2土地株数比处理CK和CK分别少90，108株，但产量却比处理CK和CK分别高280.2，448.2 kg。折合成公顷产量后，大穗玉米每公顷的产量分别比处理CK，CK高4 203，6 723 kg。高于CK的产量要远大于高于处理CK的产量。增产率分别为38.33%，79.61%。处理CK比CK的增产率为29.83%。

3 结论与讨论

大穗玉米品系在太原娄烦试点的示范试验结果表明，在与产量相关的穗的数量性状，包括穗长、穗粗、穗行数、行粒数、穗粒数等以及秃尖长等，大穗玉米均比处理CK和CK占有优势；由于与产量相关的穗的数量性状的优势，也导致大穗玉米穗的质量性状（百粒质量、穗粒质量和单株粒质量等）比处理CK和CK也占优势。在与产量相关的穗的数量性状和穗的质量性状均比处理CK和CK强的双重优势下，出现了大穗玉米尽管在每667 m2土地株数少于处理CK和CK 90～108株的情况下，仍然获得15 168 kg/hm2的高产记录，比处理CK和CK分别增产38.33%，79.61%。

大穗玉米之所以比处理CK和CK有如此大幅度的增产，主要取决于2个方面，一是以GPIT生物技术手段率先在Q28大穗大粒小麦育种成功后，在不断总结经验教训的基础上，大穗玉米是又一个以GPIT生物技术手段育成种的成功范例。种性突出的表现是，在光能利用率大幅提高的前提下，表现出穗大、粒多、微秃尖、双穗率高的特点；二是大穗玉米在栽培技术上仍然采取生育期间叶面喷施GPIT生物制剂的配套技术，提高了光能利用率，促进了穗的数量性状和质量性状的提高。在GPIT生物技术育种手段，和生育期间GPIT生物制剂叶面喷施配套技术的双重作用下，使大穗玉米的增产潜力得到充分挖掘并凸显出来[13]。

大穗玉米生育期间使用GPIT生物制剂叶面喷施的配套技术，对大穗玉米的增产作用是不可忽视的。试验结果表明，大穗玉米比CK增产76.91%，但比处理CK只增产38.33%，说明GPIT生物制剂对处理CK生育期2次的叶面喷施，对其产量的提高起到了明显的作用。说明大穗玉米比处理CK的增产幅度，是以大穗玉米本身种性的优势作用为主。而处理CK比CK增产29.83%的幅度，却是以GPIT生物制剂生育期间2次叶面喷施的作用为主的。设置处理CK和CK的初衷目的，就是要体现大穗玉米的增产机理是由GPIT育种手段和生育期间GPIT生物制剂配套技术的双重作用下形成的。而且配套技术的作用，对大穗玉米的种植是必不可少的环节[14]。

大穗玉米品系在太原娄烦试点的示范试验效果表明，大穗玉米利用GPIT生物技术的育种手段，较过去的各种常规育种手段，以及钴源、等离子辐射等比较先进的育种手段[15]，更具有创新性和突破性。它的核心仍然能大幅度提高新品种的光能利用率。在此前提下再结合生育期间叶面喷施GPIT生物制剂的配套技术，更加促进了大穗玉米对光能的吸收利用，经济产量和生物产量得以大幅度提高。生物产量的提高对经济效益的提高也会起到不可忽视的作用，因为大穗玉米在高光效的作用下，秸秆中又含有大量未经转化的可溶性糖，不仅提高了其营养品质，而且进一步改善了秸秆的适口性，为奶牛优良的冬贮青饲料提供了原料。

在同等的试验条件下，大穗玉米比对照品种龙生2号增产79.61%的结果，在当地引起了轰动。但由于示范试验点生态环境因子的局限，如海拔较高、积温较低、无霜期短等不利因素，还不能充分满足大穗玉米全生育期，在高光效作用下对环境因子的需求。其次在栽培技术上虽然按试验要求，采取宽垄、窄行、密植的技术，但不够规范，宽垄的垄距不够，窄行栽植的株距过大，致使栽植株数短缺了很多，使每667 m2土地要求4 000株的株数只保留了2 325株，使群体优势的发挥大大打了折扣，导致最终高产的优势未能充分表达出来。再就是大穗玉米的高产特性是在高光效的潜能下，建立在高肥、大水的基础上发挥的，而且对肥料的要求也比较严格，必须以优质的有机肥料作底肥，保证每公顷的土地上60 t以上的水平。而娄烦试点施肥质量和数量也远远不能达标。尽管如此，仍然创造了在娄烦县历史上从未出现过的玉米高产记录。大穗玉米品系的育成将成为21世纪我国农作物高光效育种的典范，在产量、品质和抗性上都将会出现一个新的突破。

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Demonstration Experiment Study of GPIT Large Ear of Corn in Loufan,Taiyuan

WANGLun1，WANGXing-yu1，YANGHong-jun2，NAZhi-ye2，YUANGai-xiang3，WANGShu-hong3，YUANMu-tian3
（1.KeyLaboratoryofCrop Gene Resources and GermplasmEnhancement on Loess Plateau，MinistryofAgriculture，Institute ofCrop GermplasmResources，Shanxi AcademyofAgricultural Sciences，Taiyuan 030031，China；2.Yunnan Institute ofEcological Agriculture，Kunming650106，China；3.Shanxi AoshengAgricultural Development Co.，Ltd.，Taiyuan 030001，China）

The GPIT's big ear corn lines,is following a Q28 large spike wheat,again to GPIT biological technology incubation of success example.The paper was through 2015 in Loufan ofTaiyuan pilot demonstration experiment,the result showed that under the dual effects ofGPITbiological technologybreedingmethods and the application ofGPIT biological agents in the preparation ofthe surface,the line more greatly improved the utilization rate of light energy,showed large ear,more grain,micro bald tip,double spike rate high,the characteristics ofthe spike in the number ofcharacters and quality characters were further increased,the yield increasing effect was more significant.

GPIT;large spike;corn;demonstration;experiment

S513

1002-2481（2016）04-0444-05

10.3969/j.issn.1002-2481.2016.04.05

2015-12-06

山西省发改委项目（晋发改高新发（2009）119号）；山西省科技推广项目（2013071019）

王纶（1972-），男，山西太原人，副研究员，主要从事作物栽培和种质资源研究工作。