黄淮海地区夏玉米生产现状育种目标及育种途径

河北农业科学,2012,16(10):35-39Journal of Hebei Agricultural Sciences
编辑　杨素苗
黄淮海地区夏玉米生产现状　育种目标及育种途径
冯健英,陈　莉,许　洛∗,王绍新,郭贵峰　
(石家庄市农林科学研究院,河北石家庄　050041)
摘要:介绍了黄淮海地区夏玉米的生产现状和品种应用情况,并对今后的育种目标和提高育种水平的途径进行了分析。

认为黄淮海地区夏玉米生产以麦茬直播为主要模式,主推品种优势明显,未来以耐密、高产、适宜机械化为品种发展趋势。

育种总体目标要以稳产、多抗及适应性广为前提,以耐密、抗倒为突破口,以高产为最终目标。

未来玉米育种应走常规育种和高新育种技术有机结合的路子。

关键词:夏玉米;生产现状;育种目标;育种途径
中图分类号:S513 文献标识码:A 文章编号:1008⁃1631(2012)10⁃0035⁃05
Production Status ,Breeding Objectives and Breeding Ways of Summer Corn in Huanghuaihai Region FENG Jian⁃ying ,CHEN Li ,XU Luo ∗,WANG Shao⁃xin ,GUO Gui⁃feng
(Shijiazhuang Academy of Agriculture and Forestry Sciences ,Shijiazhuang　050041,China )
Abstract :Production status and variety applications of summer corn in Huanghuaihai region were introduced ,and
the breeding objectives and breeding ways in future were analyzed.It considered that wheat stubble broadcast was the main mode of summer corn production in Huanghuaihai region ,the main varieties had obvious advantages ,and resistant density ,high yield ,suitable for mechanization was the trends in future.Keeping stable yield ,multi⁃resistant and wide adaptability as the premise ,density and lodging resistance as the breakthrough ,high yeild as the final goal of the overall goal of breeding.Corn breeding should combine the conventional breeding and high⁃tech in future.
Key words :Summer corn ;Production status ;Breeding objectives ;Breeding ways 收稿日期:2012⁃09⁃17
作者简介:冯健英(1970-),男,河北赞皇人,副研究员,硕士,
主要从事高产玉米育种研究。

E⁃mail:sjzxuluo@。

通讯作者:许　洛(1968-),女,河北饶阳人,副研究员,硕士,
主要从事高产玉米育种研究。

玉米是我国最大的粮食作物,播种面积和总产量
均居各大作物之首[1]。

玉米生产在我国分布很广且不均衡,其主要集中在我国的东北、华北和西南地区,大致形成一个从东北到西南的斜长形玉米栽培带,种植面积约占全国玉米种植总面积的90%,产量占全国总产量的90%以上。

按区域可分为东北春玉米区、黄淮海夏玉米区和西南玉米区。

黄淮海夏玉米区玉米播种面积约747万hm 2,占全国玉米种植总
面积的32.7%,产量占全国总产量的35.5%,单位
面积产量为5.3t /hm 2。

黄淮海地区是我国最大的玉米产区,其地理和气候特点为夏玉米生长提供了优越的自然条件[2~5]。

黄淮海夏玉米区包括黄河、淮河、海河流域中下游的山东、河南的全部,河北中南部,
山西中南部,陕西关中和江苏徐淮地区。

研究黄淮海地区玉米生产现状及育种目标具有十分重要的意义。

1　黄淮海地区玉米生产现状
黄淮海地区属于一年两熟生态区,玉米种植方式
多种多样,间种、套种并存。

2001年以前小麦、玉米两茬套种种植方式占60%以上,近年来种植模式发生了明显的变化[6,7]。

1.1　小麦、玉米两茬轮作直播得到空前发展
由于中早熟玉米良种的推广、机械化播种技术的普及、水肥条件的改善、免耕播种的推广、政府的宣传动员等原因使得小麦、玉米两茬轮作面积比例逐年上升,直播面积达到80%以上。

其优点是适合机械化作业,有利于保全苗,田间植株分布均匀,群体结构合理。

1.2　玉米、小麦两茬套种仍占有一定比例
玉米、小麦两茬套种可以有效提高土地的集约利用效率和复种指数。

1.3　半山区等雨直播玉米呈上升趋势
由于近年来黄淮海地区持续干旱,造成种植成本提高,山区冬小麦面积连年下降,再加上劳动力的缺乏,导致山区、半山区冬小麦播种面积大幅度减少,
河北农业科学2012年
在这些地区,一年一季种植玉米的方式逐年增多,播种时间从5月底到6月底不等,主要由适播期内第
1次透雨时间决定。

由于气候原因,春播种植小麦面积也较少。

这些地块属于中低产田,产量受地力、降雨量及投入量决定,产量不太稳定。

2　黄淮海地区玉米品种应用情况
2.1　品种应用的特点
黄淮海地区玉米品种应用的特点包括:(1)近几年形成了少数几个主推品种占绝对优势的局面,其他品种繁多分布,居于点缀补充的地位;(2)主推品种都具有熟期适中、中秆中穗、耐密等特征,取代了高秆、大穗、晚熟品种的位置;(3)以主推品种为核心种质,进行改良的品种越来越多,并且在某些性状上已经形成突破,如中单909、伟科702、吉祥1号等[8~10]。

2.2　主推品种
2012年农业部推荐10个黄淮海地区玉米主导品种,包括郑单958、浚单20、鲁单981、金海5号、京单28、中科11号、蠡玉16、沈单16、苏玉20和中单909,其中以郑单958、鲁单981和浚单20种植面积最大,占总面积的46%。

由于种种原因,推荐品种中没有先玉335,但是先玉335上升势头很猛,应加大推广。

可以看出,自郑单958审定推广以来,由于其高产、稳产、耐密和广适的特点,迅速成为该区域的第1当家玉米品种,并持续近10a无其他品种可代替[11]。

郑单958推广以来年均种植面积达1700万hm2,年均递增面积达750万hm2,创单品种推广速度之最。

2004年以来,郑单958已成为我国水稻、玉米、小麦等主要农作物中年种植面积最大的玉米品种,同时也是建国以来年种植面积最大的玉米品种。

2.3　搭配品种
虽然主推玉米品种优势地位明显,但一些有特点的品种在特定区域仍然有着一定的市场,如农大108,虽然目前稀植、大穗品种已经过时,但是在某些地区,受种植习惯和气候影响仍然有很大的应用面积。

又如邢抗2号,曾是河北省的主推品种,近年来在半山区仍有一定面积种植,其抗病性好、抗虫性强、生物产量高、抗倒伏,是粮饲兼用的优良品种。

2.4　品种发展趋势
2.4.1　品种要求稳产、高产、适应性广　高产是玉米生产也是育种者追求的终极目标。

黄淮海地区作为我国最大的玉米种植带,实现玉米高产是国家粮食安全的基础。

稳产是高产的基础,品种适应性广、抗逆性强是稳产的前提。

黄淮海地区在玉米生长期内气候多变、灾害频发,对品种的要求越来越高,稳产性好、抗主要病害及抗倒伏能力强是玉米优良品种的立足之本。

郑单958之所以长盛不衰,说明了其集高产、稳产及广适特点于一身,在不同地区、不同年份、不同栽培管理条件下,都表现出良好超强的适应能力。

这也是今后玉米品种选育首先应该考虑的因素,而在筛选高产组合时,稳产性好、抗逆性强是必需要考虑的因素。

2.4.2　对于密度的要求越来越高　自推广单交种以来玉米产量有了大幅度的提高,单交种的增产原理就是利用亲本的一般配合力和特殊配合力,利用双亲优良基因的优势互补,在F1代中得到超亲表达,实现高产的目的。

20世纪末,石家庄市农林科学研究院通过找到亲本自交系间的特殊配合力,筛选强优势组合,以达到高产的目的。

但是育种发展到一定程度,再想大幅度提高产量,这种途径越来越难。

一般配合力的利用重新引起育种界的重视,其原理是在选育双亲时,不断累加自交系的一般配合力,最终实现产量的突破。

玉米生产是群体生产而不是单株生产,通过在群体上下功夫,依靠增强品种耐密性和抗逆性来加大种植密度,而在单株不减产或减产有限的条件下,最终达到群体增产的目的。

自20世纪30年代以来,美国主要通过提高品种耐密性、增加穗数实现玉米增产,而单株穗重并未增加。

20世纪30年代,美国玉米在种植密度不到30000株/hm2的条件下,产量达到了1500~ 3000kg/hm2;60~70年代,种植密度增加到了45000株/hm2,产量随之提高到了4500~ 6000kg/hm2。

目前,美国玉米种植密度已增至67500株/hm2,产量提高到了9000kg/hm2以上;而其高产田的种植密度则高达85500~109500株/hm2,产量达到了15000kg/hm2以上[12]。

从发展趋势来看,随着我国高产耐密型玉米品种的进一步推广应用及各项配套技术措施的改进和提高,美国玉米种植密度还会继续增加。

2.4.3　对机械化生产的依赖越来越大　随着我国工业化和城市化进程的推进,农业人口不断减少,农村劳动力越来越匮乏,劳动力成本提高,使得玉米机械化生产作业水平也相应提高,这对于品种的要求也有了新的变化,如机种、机管及机收就要求有相适应的品种。

具体体现在:品种品质好、出苗快,适应单粒播种;适应密度范围广;坚秆、抗倒伏,便于田间作
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业;后期持绿性好、不早衰、穗位适中,便于机械化收获;成熟后籽粒脱水快,便于脱粒,及时入仓。

3　黄淮海地区玉米育种目标
3.1　总体目标
黄淮海地区夏玉米育种总体目标要以稳产、多抗及适应性广为前提,以耐密、抗倒为突破口,以适应机械化生产要求为发展趋势,以高产为最终目标。

3.2　具体指标
3.2.1　高产　在结合栽培管理的前提下,使产量达到12000kg/hm2以上。

3.2.2　多抗　抗病性强,抗黄淮海地区的主要病害(茎腐病、小斑病、病毒病及南方锈病等);抗倒伏、倒折,平均倒伏、倒折率低于15%。

3.2.3　稳产性好尧适应性广　在黄淮海夏玉米区,不同年份、不同地域及不同肥力水平上产量表现稳定,未出现大幅起落现象。

3.2.4　中熟或中早熟　全生育期95~105d,适合麦后直播或套种。

3.2.5　生育特点　前期生长快,迅速达到最大叶面积,充分利用光热资源,后期持绿性好、不早衰,灌浆速度快,在有限生育期内积累最大干物质,并在最后向籽粒转移快,经济系数高。

3.2.6　耐密性好　适合67500株/hm2以上的密度水平,在密度为75000株/hm2左右种植不倒伏、不空株和秃顶或空株率<2%、秃顶度<2cm。

4　黄淮海地区玉米育种途径
4.1　杂优模式选用
4.1.1　以黄改种质为核心　黄淮海地区气候特点决定了该地区积温受限,灾害多发,应选用多抗、广适、中早熟的玉米品种,这就要求杂交种必须含有当地种质和早熟种质。

目前,适应这一要求的种质非塘四平头类群莫属,与之相组配杂交种的类群有REID 群和P群,以前者组配效果更好,代表杂交种有郑单958、鲁单981等。

在粗缩病和锈病等多发地区, P群×REID群的模式也是必要的补充,代表品种有农大108和金海5等。

4.1.2　先锋杂优模式　进入21世纪以来,美国先锋公司在中国各大玉米产区审定并推广了多个先玉系列品种,如先玉335、先玉508、先玉128、先玉688、先玉33B75等,以先玉335种植面积最大,尤其占领了东北玉米区的大半个市场,在黄淮地区也有加速扩展的趋势。

说明这一模式在中国驯化多年后,在逐步走向成熟。

从公开的资料来看,虽然该系列其中一方亲本为瑞得群,另一亲本为兰卡斯特群,但这2个类群明显不同于我国现有的以478、郑58为代表的
REID群和以MO17为代表的LANCASTER群,其遗传背景明显加入了新的种质,这一类杂交种具有茎秆坚韧、叶片较长、根系发达、穗上节间长、雄穗分枝少、穗位较低、籽粒品质好、成熟后脱水快等特点。

因此通过对该种质的选育,很可能出现新的杂种优势群,探讨其遗传规律、应用其杂优模式意义重大。

据业内专家称,先玉系列的新类群是结合我国当地种质多年选育的适应中国气候和耕作特点的玉米新种质,必将对我国今后玉米的育种方向和种质创新产生深远影响。

4.2　自交系选育
4.2.1　传统的群体轮回选择方法已经过时　群体轮回选择方法是玉米育种初期采用的手段,对地方种质和外来种质及群体的改良是有效的,如美国的B73、B37、B34就是轮回选择的结果。

但育种进入新时期,直接用群体进行改良的方法,耗费时间长、投入大量人力和物力,还不一定出现目标材料,效率低下,因此逐渐被更为实用的商业化的育种方式所代替。

4.2.2　系谱选择结合回交转育成为主流　这一自交系选育的程序是首先把业界最新品种、最核心种质拿来组配原始材料,根据父母本群向2个方向分别选系,或是针对骨干系存在的个别缺陷进行回交改良。

著名科学家牛顿说过:“如果我看的比别人更远些,那是因为我站在巨人的肩膀上。

”只有在主推品种的杂交模式基础上入手,在核心自交系上做文章,才能取得更大的突破,这种方法效率更高、目标明确,在较高水平上进行改良,使整个育种工作事半功倍。

浚单20就是个明显的例子,刚通过国审的品种单909、良玉99和伟科702都是主推品种改良的杰作。

鉴于目前黄淮海的主栽品种是郑单958,其2个亲本郑58和昌7⁃2自然也就是核心骨干系,针对郑单958存在的感病毒病、脱水慢等缺点,对其亲本进行改良。

加入新的种质,保持其配合力,提高抗性,或保持其目前的抗性水平,提高品质或使产量略有提高是目前工作的重点。

4.3　外来种质的利用
外来种质包括国内本生态区以外的种质资源,对于黄淮海地区而言,南方的亚热带、热带种质,美国种质及欧洲种质等都属于外来种质,外来种质是种质资源创新的最主要源泉,我国每一次品种的更新换代,都是外来种质利用改良的结果。

20世纪90年
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代,以U8112为代表的REID种质引进后育成了掖478、C8605等一批优良自交系,组配出掖单系列玉米杂交种,几乎统治了整个黄淮海,多基因矮生系5003及后代的选育与利用,为解决玉米抗倒起到了非常重要的作用。

20世纪末,P78599种质的引进,提高了杂交种的抗逆性,育成了以农大108、鲁单50为主的一批强优势组合,带来了品种的又一次更新与换代,成为南方锈病的主要抗源。

进入20世纪以来,美国先玉系列品种的推广也带来的新的种质,王元东等[13]称其为X系新种质,该种质生育期适中,茎秆韧性好、籽粒品种好、容重高、脱水快,株型清秀,通风透光好,雄穗分枝少,经济系数高,很快引起国内育种界的强烈关注,成为种质扩增的首选,对其进行本土驯化、改良和科学利用成为下一步育种工作考虑的重点。

改良途径可与国内瑞德或兰卡斯特种质杂交,使后者比例占到50%~75%,选择后代时结合具有X系新种质的优良性状和理想株型,同时选择具有矮杆、耐密、抗性好的单株[14]。

4.4　育种手段和措施
4.4.1　耐密性育种
4.4.1.1　耐密育种的理论基础。

耐密性育种是自交系选育和杂交育种的最有效途径[15,16]。

世界上玉米单产最高的国家之一———美国在杂交种产量的提高上一直走一条加大密度提高单产的路子,尤其是近30a 来其产量的增加与杂交优势效应关系并不大,单产上升最主要的因素是自交系本身产量的提高与品种耐密程度的加大。

在自交系选育的早期世代(S2~S4)提高密度,进行挤压式筛选可以鉴定材料的抗病性、抗倒性、结实性和对水肥光热的利用效率,经过连续选择,使这些优良基因快速积累,从而育成多抗、耐密、结实性好及产量高的优系。

再通过杂种优势的加性效应促使玉米单产得到提高。

育种界有一个基本理念“抗逆性就是生产力”[17],在这里可以换个说法“耐密性就是生产力”更能说明耐密性的重要性,因为耐密性是抗逆性的恰当表现。

4.4.1.2　种植密度的掌握。

张世煌[18]认为,二环系的早代(2~3代)种植密度为120000~150000株/hm2,一环系的早期世代种植密度也不能低于90000株/hm2,杂交组合鉴定的种植密度要比区域试验要求高7500~15000株/hm2。

当材料选到较高世代(5代以上)时可降低密度,直到正常密度水平。

4.4.1.3　株型的选择。

在耐密性选择的过程中,株型、抗病、抗倒伏等抗逆性状是选择的表现型,结实性和产量是综合体现,选择次序原则上是按自身产量和结实性、抗倒性、抗病性、株型结构等,但自交系产量(单株生产力)才是主要衡量的最终指标。

这就要求有些材料可能要区别对待,中等以上抗逆性更容易获得更大的高产性。

原因是物种进化过程中,为了生存在获得较高抗性的同时往往放弃了高产性。

两者有机结合是最难把握的环节。

综合来看,较为理想的玉米株型是紧凑型、较小雄穗、穗上叶距拉开、中等粗细坚茎秆、较低穗位、强大根系等。

4.4.2　单倍体诱导技术　单倍体诱导技术是利用单倍体诱导系杂交诱导产生玉米单倍体,然后进行加倍产生纯合二倍体自交系的方法[19,20]。

常规玉米自交系选育需要7~8代,杂交诱导单倍体生殖法选系只需要2代,且鉴定方法简单、易操作,是目前获得单倍体的最经济最有效的途径之一。

单倍体技术在玉米育种中的应用前景十分诱人,此项技术的应用是常规育种的重要补充,必将对我国玉米育种再上新台阶起到极大的促进作用。

4.4.3　分子标记辅助育种技术　分子标记辅助育种技术是在分子水平上对玉米自交系的遗传变异以及它们之间的亲缘关系进行系统研究,主要包括片段长度多态性(RFLP)、随即扩增多态性DNA(RAPD)、简单重复序列(SSR)和扩增片段长度多态性(AFLP),代表了不同时期的技术特点,得到了广泛应用[21]。

这项技术在玉米自交系的类群划分、构建玉米杂种优势群以及结合玉米传统育种的辅助选择上应用越来越多,在一定程度上克服了传统遗传研究方法程序繁琐、费时费力、易受外界因素的影响的弊端,提高了育种中选择的准确性和育种效率,缩短了育种年限,加快了玉米的育种进程。

5　结语
黄淮海地区光热条件好、气候多变。

只有通过对生产现状的分析,对玉米主推品种特点、发展趋势的认识,才能制订出适合该区域的切实可行的育种目标。

当然,随着时代的发展、经济的调整及生产需求的变化,品种选育的目标也会随着发生变化,我们也要紧跟形势做出调整。

当前,国外跨国育种公司进驻中国的势头很猛,如美国先锋公司、孟山都公司等,它们有强大的研发实力和团队,而且对中国市场的分析较为透彻,确立育种目标超前。

如美国先锋公司深入分析中国市场和国情,充分挖掘有益的玉米种质资源,育成了符合中国市场的先玉335等系列品种,占领了东北大半个市场,在黄淮海市场虽然没有占主导地位,但是在将来
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第10期冯健英等:黄淮海地区夏玉米生产现状　育种目标及育种途径
几年可能就会有适合这一区域的主推品种出现,这里就有育种目标超前确立的因素在里面。

在具体育种手段上,要立足于常规育种,尤其在耐密性育种上下功夫。

就目前国内研究现状来看,单倍体育种、分子标记辅助育种、基因工程等都不是太成熟,仅仅是作为育种的辅助手段,是常规育种的必要补充。

在确立好育种目标的前提下,充分挖掘优异种质资源,做好核心种质的改良,利用合理科学的杂优模式,把常规育种技术和转基因、分子标记及单倍体等高新育种技术有机结合起来,踏踏实实做好每一步工作,才能实现玉米育种的突破。

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