玉米育種問題及對(duì)策探討

張建宏，鄭宏鵬，馮麗赟，劉 佼，申虎飛，張俊珍

（1.山西省農(nóng)業(yè)科學(xué)院隰縣試驗(yàn)站，山西隰縣041300；2.隰縣寨子鄉(xiāng)政府，山西隰縣041300）

1 我國玉米育種的種質(zhì)來源

我國玉米育種的種質(zhì)來源主要包括國內(nèi)地方品種和國外引進(jìn)2個(gè)方面。國內(nèi)的玉米育種研究人員早在20世紀(jì)60年代就開始從國內(nèi)地方品種中選育自交系，據(jù)統(tǒng)計(jì)，從地方品種中直接選育的自交系種類至少在100個(gè)以上，其中比較有名的如獲白和衡白522，源于獲嘉白馬牙的自交系品種獲白在第1代單交種的培育中發(fā)揮了重要作用；從衡白多穗中選育出的糯玉米自交系衡白522，利用其組配了4個(gè)糯玉米雜交種并在玉米生產(chǎn)上推廣應(yīng)用[1]。目前，我國部分地區(qū)還在種植地方品種，特別是廣西、云南的一些偏遠(yuǎn)山區(qū)，地方品種由于有著良好的抗逆性和適應(yīng)性仍為當(dāng)?shù)剞r(nóng)民所青睞。

20世紀(jì)70年代，我國從國外引進(jìn)了大量的自交系，其中最為著名的是Mo17。與此同時(shí)，還大量引進(jìn)了雜交品種，并基于這些雜交品種采用選育二環(huán)系的方法培育出了一大批的自交系，這些國外品種的引入為我國玉米育種以及玉米增產(chǎn)發(fā)揮了巨大的作用，比較有名的如3382，3147和78599等。我國的玉米育種工作者在3147的基礎(chǔ)上培育出了著名的自交系品種沈5003，同時(shí)還利用3382培育出了鐵7922和U8112[2]?；趶拿绹M(jìn)的雜交種6JK111培育出的優(yōu)良自交系沈137由于有著抗多種病害的優(yōu)點(diǎn)，組配的雜交種多達(dá)33個(gè)。還利用雜交種78599成功選育出丹988、齊319等優(yōu)良自交系，基于78599培育出的優(yōu)良自交系形成了近年來我國獨(dú)特的雜種優(yōu)勢(shì)群P群。

2 我國玉米育種的種質(zhì)基礎(chǔ)

在20世紀(jì)70年代，我國玉米育種中所使用的種質(zhì)主要是旅大紅骨、蘭卡斯特、金皇后、塘四平頭、獲白五大系統(tǒng)[3]。而獲白和金皇后系統(tǒng)逐漸減少，瑞德黃馬齒（Reid Yellow Dent）系統(tǒng)逐漸增多。從20世紀(jì)80年代末到1994年，我國大面積種植的玉米雜交品種的種質(zhì)基礎(chǔ)是旅大紅骨、塘四平頭、蘭卡斯特和瑞德黃馬齒，占玉米種植面積的80%以上。近年來，隨著熱帶亞熱帶玉米種質(zhì)和美國PN種質(zhì)的不斷推廣應(yīng)用，出現(xiàn)了新的組配方式和種質(zhì)類群。

基于旅大紅骨種質(zhì)培育的自交系主要有丹337、旅 28、丹340、丹 99長、旅 9寬、丹黃 02等。這些自交系在我國20世紀(jì)90年代的玉米育種和生產(chǎn)中發(fā)揮了很重要的作用?；贓28組配的雜交品種丹玉13，在20世紀(jì)90年代初期的國內(nèi)種植面積中，連續(xù)幾年名列前茅?；谔了钠筋^種質(zhì)培育的自交系中最著名的是黃早四，該自交系有著適應(yīng)性廣、配合力高等優(yōu)點(diǎn)，在國內(nèi)的玉米育種中應(yīng)用極為廣泛。很多玉米育種工作者基于黃早四培育出了很多新的自交系，并在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中廣泛推廣種植。我國引進(jìn)的蘭卡斯特種質(zhì)主要來自O(shè)h43，Mo17，Va35，A619Ht和 C103 這 5 個(gè)自交系，其中，前2個(gè)自交系的衍生系所占比例最高，達(dá)到了77.1%。利用C103培育出了20多個(gè)衍生自交系，在玉米生產(chǎn)中發(fā)揮了重要作用。目前，蘭卡斯特種質(zhì)主要在東北地區(qū)種植，國內(nèi)其他地區(qū)使用較少[4]。

3 我國玉米育種存在的主要問題

改革開放以來，國際間的經(jīng)濟(jì)文化交流不斷增強(qiáng)，與國外相比，我國玉米育種方面還存在一些問題，如育種目標(biāo)不明確、不能適應(yīng)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的要求、種質(zhì)資源創(chuàng)新能力較弱、育種的技術(shù)方法相對(duì)落后、育種的科研經(jīng)費(fèi)投入不足且科研力量比較分散等[5]。

3.1 育種目標(biāo)不明確，不能適應(yīng)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的要求

以山西省為例，山西地處黃土高原，玉米是最重要的農(nóng)作物之一，由于境內(nèi)南北狹長，地跨6個(gè)緯度，且地形復(fù)雜，山地、丘陵、臺(tái)地、平原等各種地形都有，造成不同地域之間農(nóng)田生態(tài)環(huán)境的顯著差異，即使在同一個(gè)縣的不同鄉(xiāng)鎮(zhèn)，甚至同一鄉(xiāng)鎮(zhèn)不同村的土地，在海拔高度、熱量和水資源等生態(tài)條件，以及土壤質(zhì)地、肥力、灌溉等生產(chǎn)條件都有明顯差異，這些差異使得玉米種植區(qū)域更加復(fù)雜。山西省不同地域的熱量資源，年積溫、無霜期、生產(chǎn)條件，對(duì)玉米品種的需求差別較大。如2010—2011年山西省審定的玉米品種多達(dá)24個(gè)，但是這些新品種對(duì)氣候條件的要求相對(duì)狹窄，很多品種只是適應(yīng)局部地區(qū)的氣候條件。當(dāng)前的玉米育種目標(biāo)與現(xiàn)實(shí)生產(chǎn)需求明顯脫節(jié)，新品種不能適應(yīng)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的需要[6]。

3.2 種質(zhì)資源創(chuàng)新能力較弱

近年來，國內(nèi)很多地方選育的玉米新品種推廣面積不大，其主要原因在于種質(zhì)材料的創(chuàng)新性不高、選用的自交系適應(yīng)性不廣，根本原因是缺乏突破性的玉米自交系[7]。通過對(duì)山西省近年來審定品種的雙親分析可以看出，山西省玉米自交系選育主要集中在二環(huán)系、系譜法以及對(duì)已有自交系的回交改良上，這種做法短期內(nèi)對(duì)選育新的自交系有著較好的效果，但是長期下去，會(huì)導(dǎo)致新品種的遺傳基礎(chǔ)過窄、適應(yīng)性不強(qiáng)，而且會(huì)導(dǎo)致玉米雜交種的選育很難取得較大的突破。新培育的自交系遺傳基礎(chǔ)過窄直接導(dǎo)致了玉米新品種在抗病蟲害方面以及抗逆性方面表現(xiàn)脆弱，同時(shí)也不利于培育出具有突破性的新品種和新的自交系，這直接影響了玉米育種研究的可持續(xù)發(fā)展[8]。

3.3 育種的技術(shù)方法相對(duì)落后

社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展要求大幅度提高玉米產(chǎn)量，改善品質(zhì)。這對(duì)玉米育種工作者來說既是機(jī)遇又是嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。從全國范圍來看，可供玉米育種利用的基因資源日漸貧乏，僅僅依靠傳統(tǒng)人工選擇和自然進(jìn)化很難滿足國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展對(duì)玉米生產(chǎn)不斷增長的需要。這就需要將傳統(tǒng)育種方法與現(xiàn)代生物技術(shù)結(jié)合，從分子水平上認(rèn)識(shí)玉米遺傳變異機(jī)理，在充分發(fā)掘玉米基因庫現(xiàn)有遺傳資源的同時(shí)，利用基因工程技術(shù)打破生殖隔離，轉(zhuǎn)化利用其他物種的有益基因，創(chuàng)造更為豐富的遺傳變異，培育性狀更加全面、生產(chǎn)性能更好的玉米新品種。對(duì)于玉米育種工作者來說，要?jiǎng)?chuàng)新思路，充分利用生物技術(shù)的最新研究，從DNA水平認(rèn)識(shí)基因互作和雜種優(yōu)勢(shì)的成因，利用分子標(biāo)記技術(shù)進(jìn)行遺傳多樣性方面的分析，劃分不同的雜種優(yōu)勢(shì)群并預(yù)測(cè)雜種優(yōu)勢(shì)的可能性。通過使用先進(jìn)的基因技術(shù)和分子標(biāo)記技術(shù)，有助于對(duì)玉米新品種的基因工程選擇，如抗逆基因和抗病蟲害基因在玉米育種上的應(yīng)用等。國內(nèi)玉米育種技術(shù)在這方面與國外發(fā)達(dá)國家相比，還比較落后。

3.4 科研經(jīng)費(fèi)投入不足、科研力量比較分散

目前，我國玉米育種研究單位多數(shù)處于“老”（設(shè)備陳舊，研究手段落后）、“小”（規(guī)模不大）、“窮”（經(jīng)費(fèi)嚴(yán)重不足）的狀況?？蒲薪?jīng)費(fèi)不足直接削弱了基礎(chǔ)種質(zhì)研究。與此同時(shí)，由于存在體制僵化等問題，導(dǎo)致科技投入效率不高，很多研究處在低水平重復(fù)的階段，眾多科研單位的育種規(guī)模偏小，育種研究和種子的生產(chǎn)及推廣脫節(jié)，很多種子公司對(duì)商業(yè)育種重視不夠，對(duì)育種科研特別是基礎(chǔ)研究缺乏投資熱情。從國家層面來說，國家級(jí)的育種科研單位由于經(jīng)費(fèi)缺乏，無法開展種質(zhì)的改良、創(chuàng)新以及其他相關(guān)的基礎(chǔ)性研究。

4 發(fā)展對(duì)策

4.1 明確育種目標(biāo)，有針對(duì)性地開展工作

對(duì)于玉米育種科研人員來說，調(diào)整育種目標(biāo)，對(duì)所培育的新品種應(yīng)有清晰的市場(chǎng)定位。除了在育種技術(shù)上進(jìn)行創(chuàng)新以外，還要根據(jù)不同地域的氣候、地形、生產(chǎn)水平、栽培技術(shù)進(jìn)步（機(jī)械化采收）等，有目的的培育新品種[9]。在育種過程中，除要重視新品種在試驗(yàn)地區(qū)的產(chǎn)量表現(xiàn)及抗病性、抗逆性外，還要探明新品種的適應(yīng)區(qū)域，這樣培育出的新品種才能有更大的市場(chǎng)，獲得廣泛的推廣。

4.2 重視基礎(chǔ)理論研究和新技術(shù)的應(yīng)用

玉米產(chǎn)量和品質(zhì)受環(huán)境條件（土壤、氣候）、遺傳因素以及栽培技術(shù)等因素的影響，其關(guān)鍵是由生理代謝過程決定的。只有從不同的角度（育種、遺傳、生理生態(tài)）和不同層次（個(gè)體、群體、組織、分子）等方面揭示產(chǎn)量形成的規(guī)律，才能突破傳統(tǒng)的依靠經(jīng)驗(yàn)選擇的瓶頸，向設(shè)計(jì)選擇的方向邁進(jìn)。對(duì)于玉米育種來說，一方面要加強(qiáng)與玉米產(chǎn)量有直接密切關(guān)系的相關(guān)基礎(chǔ)理論研究，同時(shí)還要重視多領(lǐng)域多學(xué)科的吸納和靈活運(yùn)用。目前，分子生物技術(shù)和DNA技術(shù)[10]的快速發(fā)展，給玉米育種工作帶來了極大的沖擊。轉(zhuǎn)基因技術(shù)在抗病蟲害、除草、抗旱、抗鹽等方面已經(jīng)取得了成功，為未來的育種工作開創(chuàng)了新的天地[11-12]。山西省在這方面要調(diào)整思路，將分子育種、轉(zhuǎn)基因等技術(shù)實(shí)用化，并與常規(guī)的育種技術(shù)相結(jié)合，推進(jìn)育種新技術(shù)的應(yīng)用。

4.3 積極擴(kuò)增種質(zhì)資源，突破育種瓶頸

當(dāng)前，玉米種質(zhì)基礎(chǔ)狹窄已經(jīng)嚴(yán)重制約了我國玉米育種的進(jìn)一步發(fā)展。這就要求玉米育種人員要重視種質(zhì)擴(kuò)增、雜種優(yōu)勢(shì)模式和雜種優(yōu)勢(shì)群的研究和改良[13]。具體來說，應(yīng)加強(qiáng)幾方面的研究。

4.3.1 要系統(tǒng)整理和篩選并充分利用地方種質(zhì)資源 經(jīng)過多年的實(shí)踐證明，地方種質(zhì)資源是一個(gè)寶貴的種質(zhì)資源庫，還有很大的開發(fā)利用潛力。系統(tǒng)和全面地整理、篩選和改良地方種質(zhì)資源，是突破雜交育種方面種質(zhì)資源瓶頸的必由之路[14]。要在系統(tǒng)整理地方種質(zhì)資源的基礎(chǔ)上，構(gòu)建地方種質(zhì)資源庫，在此基礎(chǔ)上對(duì)國內(nèi)各個(gè)地方種質(zhì)的雜種優(yōu)勢(shì)群與國外的進(jìn)行比較分析，并在雜種優(yōu)勢(shì)理論的指導(dǎo)下對(duì)地方種質(zhì)進(jìn)行改良。

4.3.2 要積極引進(jìn)外來種質(zhì) 縱觀國內(nèi)玉米育種的歷史，外來種質(zhì)在我國玉米育種上有著極其重要的地位。如著名的自交系Mo17是我國20世紀(jì)70年代引進(jìn)的蘭卡斯特lancaster類群的典型自交系；沈 5003，478，鐵 7922，U8112以及近幾年新選育的P178、中451、蘇37等都是從外來種質(zhì)中篩選出來的，并且已經(jīng)組配了很多雜交種[15]。多年的育種實(shí)踐證明，通過引進(jìn)外來種質(zhì)，豐富和擴(kuò)增種質(zhì)資源，有利于克服目前玉米種質(zhì)的遺傳脆弱性和雜種優(yōu)勢(shì)模式的局限性，提高我國玉米品種的生態(tài)適應(yīng)性，對(duì)提高玉米產(chǎn)量、改善品質(zhì)和增強(qiáng)抗性等都具有重要意義。

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