玉米育种的现状及发展策略

玉米育种的现状及发展策略

宁夏农林科学院农作物研究所　杨国虎　李　新

宁夏农垦局良种繁育经销中心　欧阳一沁

玉米是重要的饲料用、食用和加工用原料型粮食作物，集饲料、油料、能源、粮食等用途于一身，也是高增值作物，在农业生产结构向“粮食作物—饲料作物—经济作物”三元结构转变中有着重要作用。

宁夏属于寒温带大陆性半湿润半干旱气候，气候干燥，降水稀少，但光热资源丰富，昼夜温差大，植物病虫害较轻微，又有可靠的灌溉系统，对玉米生长发育和获得优质高产非常有利。近年来宁夏玉米的种植面积基本稳定在230多万亩，种植的主要是外引品种，引黄灌区以沈单16号为主，搭配中玉9号、宁单10号等；南部山区种植的品种较为杂乱，有中单2号、登海1号、长城706等。由于外引品种对宁夏种植模式和生态的适应性较差，表现出不耐干旱用及土壤贫瘠，尤其近年来穗分化和散粉期高温影响严重，致使穗发育不良，穗小籽粒少且秃尖长，后期不耐阴雨寡照，不抗病虫，表现出植株早衰严重、籽粒灌浆不饱满等缺点，这就要重新审视宁夏玉米育种研究现状，认识并解决存在的问题，加快选育推广综合性状好，尤其是适应性强的玉米杂交种。

1.宁夏玉米研究现状

1.1　宁夏玉米研究历史

宁夏种植玉米的记载首见于清道光九年（1829年）《平罗记略》。《宁夏新农政》记载1944曾作过玉米自交试验，新中国成立后才真正进行了玉米杂种优势利用的研究。先是引入品种，1959年引入了双交种农大7号，玉米亩产从150kg提高到300kg，实现了第一次品种更新；进入20世纪70年代，以选育单交种为主，开展了自交系选育，同时开展了二环系育种，育出了宁单4号、宁单6号等新品种，单产提高到350～400kg，实现了第二次品种更新；70年代末80年代引入了中单2号和丹玉13号，实现了第三次品种更新；1990年后引入了紧凑型品种掖单13、19号并自育了宁单7号，实现了第四次品种更新；2000年后引入了沈单16号、登海3号、屯玉1号，自育了宁单9号、宁单10号，实现了第五次品种更新。

每一次玉米的品种更新换代，都使玉米的种植面积扩大，单产和总产获得了很大提高。而现在玉米的种植面积已不会有较大的增加了，依靠化肥及其它技术提高玉米产量潜力是十分有限的，主要依靠种质的遗传改良，选育和推广新品种来实现较大的增产潜力。

1.2　玉米育种现状

近十几年来，宁夏玉米育种在继续对以前遗留材料进行鉴定利用的基础上，根据玉米生产和科研形势变化，也引入了国内外玉米种质进行鉴定利用，尝试进行了玉米种质材料的创新。20世纪80年代末，从美国先锋公司引入了一批材料，进行自交选育，也组配了选系基础群体，但是由于缺乏对玉米育种新理论、育种科研动态的正确认识，沿用中单2号为模式品种，选育出了株型不紧凑，生育期短，植株营养体较小，对宁夏生态适应较差的外引改良自交系，没能组配出强杂种优势的玉米新品种，这批国外宝贵材料现在只好作为资源保存，有些已丢失了。

此时，我国国内的玉米育种发生了很大的变化，一方面以李登海先生为代表的育种家们开始株型育种，选育出了耐密、生物产量高、光合效率很高的紧凑型玉米自交系，组配出了掖单系列玉米新杂交种；另一方面，以辽宁省、山东省和北京农业大学为代表的玉米育种单位，利用国外尤其是美国先锋公司78599杂交种（P群种质），南繁北育，改良其结实性和适应性等，选育出了一批与国内骨干系血统较远的优良材料，为后来组配出抗病、优质的强优势杂交种打下了坚实的基础。

在玉米种质改良创新上，由于研究人员变动较大，缺乏育种经验，同时对外交流少，边学习边尝试，走了很大的一个弯路。上世纪90年代中期，国内借鉴国外研究理论，采用系谱法、形态特征，生理生化，甚至是分子标记等方法，应用数量遗传学和分子生物学，开展了玉米种质材料杂种优势群的划分和杂种优势模式的建立，国内形成了Lancaster、Reid、塘四平头、旅大红骨四大种质，逐步提出了“群内改良、群间组配”的育种新理论。而宁夏没能及时认识和了解，在组建选系基础群体时，盲目的用正在推广的强优势杂交种，以及血缘不清楚的种质材料进行组配，选育出了血缘混乱，几乎与每一个杂种优势群都有血缘关系的自交系，打乱了杂种优势模式，费了很大的人力、物力进行组配鉴定，却很少能找出强优势组合。

2.宁夏玉米育种存在的问题

宁夏的玉米育种曾为宁夏及周边的农业生产做出了很大的贡献。但是近十几年，错过了玉米育种提升的良好机遇，没能选育出血缘较远、性状优良、高配合力的育种材料，使育种工作缺乏后劲，致使玉米育种进展趋缓，在品种的产量和品质上，选育的品种类型和育成品种的速度满足不了生产的需要，玉米育种水平与全国育种水平有了差距。差距产生的原因是多方面的，这有育种目标和育种手段制定、研究人员和研究经费支持等方面的问题。但在品种选育上主要有以下一些问题。

2.1　育种理论技术落后

对外交流学习少，信息闭塞，国内外玉米遗传育种研究成果技术没有得到很好应用，种质资源研究创新技术落后，在组建原始基础群体、拓展选育材料遗传基础时，没有保护和充分利用种质资源，打乱了种质材料的杂种优势群和杂种优势关系，使用杂种优势群不清楚的种质材料，盲目的进行自交系改良和创新，使优良基因得不到重组累加，群体内有利基因的频率不能有效提高。改良创新的材料血缘混乱，配出的杂交种产量一般，没有突破性进展，育种周期长，成功机率低且品种使用寿命短。

2.2　育种材料单一

种质材料对育种工作是相当重要的，尤其玉米种子是一个商业化程度极高的行业，各育种单位对材料的保护极为严格。我们近几年也引入了一些材料，对我区生态适应能力较差，且有些是过时材料。在自交系方面，我们保存的基本上都是“八五”前的材料，经过多次挖掘使用，利用潜力非常有限了；而国内外血源的遗传远缘材料引入非常少，没有系统的进行国内外种质及温带和热带种质的农艺产量、品质和抗逆等相关性状，尤其是产量性状杂种优势的研究，材料使用不当，也耽误了育种进程。在杂交种组配方面，使用材料血缘近，严重降低了强杂种优势组合的出现机率，育出的杂交种产量推广面积有限。

2.3　选育材料性状要求不明确

玉米育种中，选育出的自交材料综合性状好坏决定着育种的成败，现在选育的材料性状较多，有植株性状和生理性状综合控制的耐密性状，有产量性状，抗病虫性状，适应性，物候性状等，这些性状间又是相互影响的。如何在各个性状协调的基础上进行需要性状的较大幅度改良，一直是育种工作者努力的方向。几年来，我们没有深入进行玉米各个性状间相互关系的研究，不了解特定生态条件下玉米性状的特点及各个性状间的制约关系，一个模式进行性状改良。例如，在改良适应性时，大大缩短了生育期，且造成了产量性状的下降。

2.4　材料选育缺乏超前意识

改良育种材料时，就眼前需要解决的问题进行材料组配，缺乏广泛调研，了解研究动态，很少考虑组配在多个性状上都具有较广遗传变异的材料，在选育过程中也是忽视其它性状的改良，没能使短期、中期和长期选育目标结合起来，以选育适应不同时期需要的材料。育种作为一个周期较长的研究工作，环境不断在发生较大变化，材料在选出时就显得过时，达不到持续改良创新的目的。

3.宁夏玉米育种发展策略

在科技发展和农业生产需要的推动下，玉米新品种选育在更加明确的育种目标指引下，玉米种质材料改良创新围绕着玉米骨干系不断进行，拓宽玉米种质资源，深入研究和利用多种现有杂优模式，并挖掘新型杂种优势模式。

3.1　确定正确可行的育种目标

玉米育种工作是要不断提高玉米生产水平的，育种目标也要有动态性，不能追求全面涵盖，要以当地特定的环境条件为背景，解决一定时期急需解决的问题，了解相类似生态区适宜种植的品种类型，也要有预见性，保证持续、有效的进行研究。玉米育种的总目标一直是“高产稳产、优质专用”。宁夏特殊的生态类型，属于北方春播玉米区，育种目标的目标性状可考虑以适宜单套种种植、农艺产量性状协调、高产、优质、耐旱耐瘠薄、耐高温、抗病虫、早中晚熟结合为主，这些性状的提高实质上就是提高了对光、温、水和土地资源的利用效率。

3.2　学习玉米育种最新理论技术

玉米遗传育种研究正在进行研究上的分工，地方院所作为一个应用研究单位，不可能也没能力和时间研究基础理论及开展基础性工作，要多交流学习高校和公益性研究院所提供的育种理论、技术、方法和优异种质，充分利用基础理论和基础性研究的最新成果以及借鉴先进国家的育种成果与育种思想，增强种质改良的目的性，提高育种效率。近年发展迅速的分子辅助育种技术已在杂种优势群的划分、分子标记连锁图的构建、杂种优势的分子基础、功能基因的分子标记定位和克隆等方面有了很大的进展，很值得学习应用。

3.3　引入优异种质材料

我区育种材料贫乏，近年创新材料的遗传基础又有限，应在合理协商的基础上，开展较为可行的试验材料交流，加大引入国内外最新的优质材料。这样扩大了材料的地理和血缘关系，有利于扩增自育材料的遗传基础，使宁夏利用的玉米种质逐渐走出以塘四平头、旅大红骨、改良Reid和美国先锋系统为主的局面。

3.4　育种材料创新

材料创新的重点是材料的生物籽粒产量、品质、适应性、结实性等。国内外学者对主要玉米种质的系谱来源、杂种优势群和杂种优势关系等进行了很多研究。在尊重杂种优势关系的基础上，不断扩增改良，使宁夏应用的骨干系有计划的相互渗透，利用基因重组产生的丰富遗传变异，创新出新的杂种优势种质系统和新的杂种优势模式。

我区重点改良的国内温带骨干系中，如：Reid群、旅大红骨群、塘四平头，可以有计划的导入不同比例的（亚）热带种质，改良国内温带骨干系的低生物产量、品质、抗逆性和植株保绿性等，提高营养元素吸收能力和光合生产效率，提高抗性和逆境适应能力。也可以利用性状互补，加大种质间遗传距离，提高配合力，有针对地依据杂种优势群及杂种优势模式，在温带骨干系中组配选系基础群体，利用单交、复交和回交等交配技术，导入不同比例的其它温带系种质，选育出比原温带骨干系遗传基础更广和性状更加合理的种质材料，也就能预测出与选出种质有强优势的杂优系统，进行杂交组合配制，提高育种效率。

在改良温带种质不具备优异性状的热带亚热带远源种质时，重要的是改良适应性和结实性。采用导入温带种质进行改良，选育出与温带种质有很强杂种优势、适应当地生态能力强，结实性好的优质、活杆成熟、高抗病虫害、耐逆境强的自交系。

在自交系选育和测配组合鉴定中，加大选择压力，如密度、干旱、高温、高低土壤肥力、光照、病虫害等，提高选择材料的适应性，扩大育成自交系和杂交种的适宜种植区域。

4.宁夏玉米育种新策略的初步实践

经过调研，初步确定了“组配遗传基础广、优质、耐旱和抗病的育种基础群体，创新适应生态类型、高产、优质的高配合力玉米自交系，选育适宜北方春播玉米区单套种种植、农艺产量性状协调、高产、优质、耐旱耐瘠薄、活杆成熟和抗病虫，具有大面积推广应用前景的饲用型玉米新杂交种”的育种目标。

学习了国内外玉米育种的最新研究成果，初步对我们现有种质材料进行了杂种优势群划分；同时与企业合作，通过协议引入了160份国外最新育成的自交系，还将从国家玉米改良中心引入高油玉米种质等。利用承担的区级自然基金项目，鉴定外引优异玉米种质材料的性状，测配组合，测定国外种质主要产量性状的遗传及杂种优势，研究国外优质自交系与我国玉米生产常用杂种优势群的杂种优势关系，评价国外优异材料的应用前景。

依据杂种优势群和杂种优势关系鉴定结果，选择具有广泛遗传基础的材料，构建改良基础群体，改良了国外种质、塘四平头和Reid等种质，通过性状鉴定，筛选出了宁84，宁95、ZT99等多份表现突出的自交材料；依据杂种优势模式，组配出宁禾1号、宁禾3号、宁禾4号等玉米新组合，正在参加品比和区域试验，其中宁禾1号在区试中表现出高产、适应性强、活杆成熟。

经过实践，我们会不断总结，学习提高，争取选育出更加优良的玉米育种材料和杂交种，为宁夏的玉米育种和玉米生产水平的提高打下坚实的基础。