玉米育种问题及对策研究

2022-11-23周恪驰何长安纪春学

黑龙江粮食 2022年4期

□ 周恪驰何长安纪春学王辉张恒

（黑龙江省农业科学院克山分院，黑龙江齐齐哈尔 161601）

当前，随着社会经济的不断增长，全球气候问题变得越来越严峻，再加上人口数量不断增加，使得水资源紧缺问题越来越严重，农业生产过程中缺少水资源已经成为非常普遍的问题，这会影响农业种植的产量和质量。农业生产过程中如果遇到干旱的环境，将会破坏农作物的生产条件，导致农作物的产量降低，甚至绝收。因此，研究抗旱技术非常重要。

人们对于农作物的营养含量提出了越来越多的要求，因此青贮玉米也受到科学研究的关注和重视，科研人员开始研究青贮玉米育种技术。但是，在实际应用的过程中，玉米抗旱育种技术和青贮玉米育种技术仍然存在一些问题需要解决，育种技术需要不断地进行研究和实践才能获得更好的发展。

一、玉米抗旱性与产量的关系

对于农业种植来说，农作物的产量和抗旱性非常重要，这两点都是由数量性状位点控制的，受到不同的遗传网络系统控制，所以在进行抗旱性和产量之间关系研究时，需要从不同的方面加以研究和分析。如果在水源充足的情况下进行玉米育种，可以发现，一部分的抗旱性基因没有表达，因此最终的产量和控制产量的遗传因素有很大关系。但是受到水分胁迫条件的影响，有关的抗旱基因会被诱导表达出来，而一些基因则无法表达，因此最终的产量与抗旱性和产量两大遗传系统具有明显的联系，属于相互作用的结果。所以，相同的品种在水分条件而良好的环境，以及水分胁迫的条件下所获得的产量是没有明显区别的，二者无明显关系。进行玉米种植的主要目的是获得更高的产量，在玉米抗旱性和产量方面进行研究时，可以发现，受到不同遗传系统的分别控制，并没有单独的生理生化性状指标能够代表抗旱性。抗旱性属于一种综合性的表现，包括多种生理生化代谢途径，所以玉米的抗旱育种技术研究过程中需要将产量性状作为衡量抗旱性的直接指标，这一点非常有必要。

二、抗旱评价标准

（一）玉米不同生长时期抗旱性的相关问题

1.发芽期和苗期抗旱性

玉米在干旱的环境下生长，不同时期会受到不同程度的影响，这些影响会导致玉米的生理生化发生变化，最后玉米的外在形态会产生很大的变化，最为明显的干旱胁迫影响表现就是玉米被抑制生长。确保玉米种植过程中有良好的出苗率，这是保证玉米种植密度的基础，同样是保证玉米最终能够获得较高产量的重要措施。如果在玉米的不同阶段出现干旱问题，将会影响玉米的出苗以及生长状态，最终影响玉米的种植密度，降低玉米产量。尤其是在玉米的发芽期和苗期，如果遇到干旱，将会造成较大的影响，但是针对这两阶段的问题还缺乏有效的办法进行解决。当前对于遗传变异已经有所发现，但是并不能用来解决相关问题。

2.开花期抗旱性

玉米进入开花期之后，如果受到干旱胁迫的影响，将会对玉米雌穗的小穗和小花分化发育造成影响，生长出不育的小花。Hall等亦指出，玉米植株出现水分亏缺，将强烈抑制花丝伸长，致使雌穗延迟吐丝，开花吐丝间隔时间（ASI）延长，从而导致受精结实率降低，穗粒数和有效穗数减少，导致库容量减小，限制产量形成。Bolanos等研究认为，干旱对抽丝期影响较大，对抽雄影响较小，ASI延长主要来源于干旱胁迫条件下雌穗抽丝延迟。李新海研究表明，ASI、结穗率与籽粒产量均成极显著相关，因此，在干旱胁迫条件下，ASI和结穗率可以作为筛选耐旱性的指示性状。

3.灌浆期抗旱性

玉米进入灌浆期之后，如果遇到干旱胁迫的影响，必须要采取一定的措施，比如维持绿色冠层和转运碳水化合物的能力，这样才能使玉米获得更多的产量。在这一时期，玉米进行光合作用的同时，会将茎秆和其他器官中储存的碳水化合物转移到籽粒，这会直接影响玉米最终的重量。但是通过研究分析，我们可以了解到，玉米叶片的持绿性和产量之间的关系并不明显，可能是受到植株氮平衡方面的影响，所以要想增强玉米的抗旱性能，只是进行持绿性的选择是并不合理的，这样做还极有可能筛选出青晚熟不符合当前育种趋势的品系。

（二）抗旱性鉴定与评价

当前，针对我国玉米的抗旱性并没有完善的鉴定评价标准，这是因为玉米的抗旱性和玉米的实际生产力是受到植物水分以及生理功能互相作用的影响，关系比较复杂，植物对干旱胁迫的程度、时间长短以及植物的发育阶段等都有着紧密联系。进行玉米育种的最终目的是提升玉米的产量，因此，产量是育种的鉴定指标，但是在干旱胁迫的影响之下，玉米的产量会受到自身产量潜力以及抗旱性遗传机制的双重影响，所以在进行鉴定时，应当采取一系列的处理措施，按照不同的胁迫程度进行处理，严格控制其他影响因素，从而分析出基因与环境之间的相互作用。产量是评价抗旱性能的标准之一，我们还可以利用二级性状进行辅助性选择，二级性状是指除产量以外的其他植物特征，它可以间接提供干旱胁迫条件下产量变化的一些信息。

（三）玉米抗旱育种的方法

随着近年来我国科学技术水平的不断提升，在培育抗旱玉米品种方面所使用的方法和理念也在不断地得到完善，并且越来越丰富，取得了明显的进展。研究人员开始利用分子育种等技术对玉米的抗旱性能进行培育，从而获得新品种。在1994，年国际玉米小麦改良中心就开始了玉米改良自交系耐旱性的研究，利用的是分子标记技术进行辅助，这有效地提升了骨干亲本CML247的抗旱水平。但是，我国在进行研究时所使用的技术手段仍然是比较常规的，会选择具有可用性强的抗旱品种资源进行改良。研究中使用的方法不仅局限于相关二级性状，还可以使用其他生理学方法进行辅助研究，从而建立抗旱性评价标准。当前直接利用生理生化指标进行玉米抗旱性能育种的成功案例比较少，但是受到水分生理学研究提供的指导很多，特别是将产量作为选择的第一性状，从生理学研究成果中获得二级性状，如渗透调节、根生长能力、冠层温度、叶片卷曲和叶片夹角、叶片衰老程度及同化物分配和转运能力等。另外，在分子育种方面，CIMMYT应用分子标记辅助选择做了大量的工作，取得了一定的进展，但效果并不是十分明显。不过随着分子标记技术的不断发展和完善，利用分子标记进行玉米抗旱育种是完全有可能的。

三、玉米抗旱育种分析

提高玉米的抗旱性是国内和国外研究学者都普遍关注的问题，已经将其作为重要的基本指标。但是如何做好玉米抗旱育种工作，是我们需要不断考虑的问题，通过创新思维使用先进的技术进行进一步的研究，从而完善育种工作实际应用的筛选抗旱种质的评价体系。

在水分胁迫的环境之下，玉米会展现出一定的抗旱性，即通过玉米细胞在结构和生理生化过程方面发生变化后所产生的一种综合性表现。如果玉米的基因不同、生育时期不同，那么抗旱性所表现的效果也不同。要想对玉米的抗旱性进行全方面的评价，就需要我们利用多指标进行综合鉴定，并且对于不同生育时期的玉米抗旱性进行综合评价。

四、我国青贮玉米的育种现状

最早进行青贮玉米研究的是西方发达国家，我国研究青贮玉米的起步时间比较晚。在1997年，中国农业科学院从国外引入了墨白1号综合种进行研究，一直发展到今天，我国已经拥有非常多的青贮玉米通过审定，这说明我国的研究成果是非常成功的。我国主要使用的培育方法是自交系，非常常规，比如杂交选育、回交改良等，非常注重玉米的实际需求，从而有针对性地培育玉米的性状。对于青贮玉米的培育效果是否优秀，我们主要是看玉米当中所包含的粗蛋白含量、酸性洗涤纤维含量及中性洗涤纤维含量。当拥有越多的粗蛋白含量时，我们就能提供给牲畜越多的蛋白含量。要想促进牲畜的消化吸收，就需要降低酸性洗涤纤维的含量。当青贮玉米当中的中性洗涤剂纤维含量越低，其可供消化的物质就越多。在诸多经过审定的青贮玉米当中，有将近一半的青贮玉米已经符合国家制定的一级标准。但是，青贮玉米的实际需求是比较特殊的，需要的性状比较复杂，导致其产量比较低。因此，我国必须要进一步研究青贮玉米的育种方法，从而培养出产量高质量好、营养含量多的品种。

五、青贮玉米的育种目标

在畜牧业当中，主要的饲养材料就是青贮玉米。将青贮玉米进行饲料制作时，主要是将茎叶或带果穗的整株玉米切碎加工并进行储存和发酵，再制成饲料。所以，我们在培育青贮玉米时要想使其拥有优秀的性状表现，不仅要保证玉米籽粒足够丰满，还应当重视秸秆的产量和质量。而且要想使牲畜能够吸收更多的营养，就需要提升青贮玉米的营养含量。在进行玉米培育时，主要是尽量提高玉米中的粗蛋白含量，并且降低酸性和中性的洗涤纤维含量，这样可以促进牲畜的消化和吸收蛋白。青贮玉米是牲畜的主要饲养材料，所以我们还需要提高青贮玉米的抗病虫害性能，在进行青贮玉米育种培育时，要针对这些方面加大研究力度。尤其是抗病虫害能力研究，千万不能被忽视，否则即使产量再高、营养含量再多的青贮玉米品种，在使用的过程中如果存在病虫害问题，也会严重降低青贮玉米的产量。

通过对青贮玉米育种目标的总结，我们可以分析出当前我国在培育时的具体目标，首先，要保证玉米有良好的种植产量，在乳熟期和蜡熟期含水量、干物质含量高；其次，要按照国家的一级标准进行青贮玉米的培育，尤其是控制好酸性和中性洗涤纤维的含量以及出蛋白的含量，而且要保证玉米籽粒和干物质含量能够满足国家的要求。最后，在收获玉米时，要使用机械技术，应当保证平均倒伏倒折率之和要小于8%。这些是青贮玉米的重要育种目标，在满足这些要求之后，我们还可以进一步进行研究和发展，将赖氨酸、胡萝卜素及支链淀粉含量等纳入青贮玉米的育种目标当中，以期能培育出产量更高、质量更优、更适合牲畜使用的青贮玉米品类。

六、青贮玉米的育种方法

我国近年来的科学技术发展速度不断加快，但是在基因测序方面的技术仍然不成熟，没有被广泛应用在植被培育当中。对于青贮玉米的培育目标进行分析后，我们可以总结出培育目标是要获得更高蛋白质含量、较低酸性与中性洗涤纤维含量的玉米品种。所以，我们可以利用基因测序技术，将其运用到青贮玉米培育当中。对青贮玉米的基因进行测序之后，将我们所希望得到的优良性状进行明确，利用转基因技术进行青贮玉米用粮品种的培育，这样能够帮助我们更加快速地研究出适合牲畜使用的青贮玉米。传统的培育技术针对性比较弱，需要消耗更多的时间，而利用基因测序技术和转基因技术结合后，则能够有效地提高青贮玉米培育的针对性，缩短培育时间。但是，在国内人们对于转基因技术有很多的意见，并不能够被所有人接受，所以要想让更多的人民群众接受转基因技术，就需要我们利用转基因技术培育出良好的青贮玉米，这样才能消除人们对于转基因技术的误解。这一过程需要消耗很多的精力和时间，所以需要给予足够多的重视，避免青贮玉米的培育工作受到影响。传统培育技术拥有比较成熟的技术手段，但是针对性并不强，能够被人们普遍接受，而且在拥有良好青贮玉米品系的前提之下，我们能够降低青贮玉米的研究难度。在传统的培育过程中，可以总结出丰富的经验，进行青贮玉米杂交时，应当利用“高大严选，逆境鉴定”的选系办法，这样可以有效提升青贮玉米的杂交选系效率。所谓的“高大严选，逆境鉴定”，只能是选择种植密度较高，而且群体性较大的玉米品种。还需要选择抗倒性比较低的玉米品种，进行鉴定时，要将不同的品种放在不同的环境下。如果玉米受到病虫害的影响，则还需要进行人工鉴定，这样才能提升其抗病虫害的能力。

青贮玉米的收获时期非常重要，是有着一定的要求的。因为进行青贮玉米品种的培育，不仅要考虑到玉米果实的质量，还需要重视玉米秸秆的质量，因此，最好是在玉米进入乳熟期和蜡熟期之间收获。在这一时期所收获的玉米拥有很好的果实质量和秸秆质量，并且营养成分非常高，拥有比较低的木质素含量，而且含水量、干物质含量都是青贮玉米作为饲料使用的最佳时期。牲畜吃了这一时期的玉米会消化得更快，吸收更多营养。

青贮玉米品类的选择非常重要，培育良好的青贮玉米品种，能够提升青贮玉米的蛋白质含量，并加快牲畜的消化速度。对国外青贮玉米培育情况以及国内青贮玉米培育情况进行分析后，我们认为，需要把对粮饲两用的玉米品类进行培育，这种品种的玉米不仅能够当作饲料进行使用，还能在存储之后供给人们使用。当作粮食使用的青贮玉米拥有更加饱满的果实，而且产量较高，有很好的营养效果，这种品种的秸秆比青贮玉米的秸秆质量更加优质。