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        廣適穩(wěn)產(chǎn)型玉米種質改良與雜交種選育

        2011-09-19 09:04:58劉守渠段運平王貴彩
        山西農(nóng)業(yè)科學 2011年1期
        關鍵詞:配合力血緣穩(wěn)產(chǎn)

        劉守渠,段運平,王貴彩,郭 鋒

        (山西省農(nóng)業(yè)科學院作物科學研究所,山西太原030031)

        目前,我國約70%的玉米是在雨養(yǎng)條件下生產(chǎn)的,許多丘陵和山區(qū)沒有可靠的灌溉條件,遇到干旱會減產(chǎn)20%~50%,甚至絕收。因此,培育在增產(chǎn)潛力、適應性、抗病性等方面較強的品種是大幅度提高我國玉米生產(chǎn)水平的內(nèi)在動力,是防災增產(chǎn)的主要途徑之一[1]。所以,生產(chǎn)上對玉米良種也就有了新的要求,追求高產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)并能有效抵御自然災害,成了玉米育種的主要目標。近年來育成推廣的玉米品種很多,但能在生產(chǎn)中多年保持大面積種植和穩(wěn)產(chǎn)的品種只有鄭單958、先玉335等為數(shù)不多的幾個品種[2],鄭單958和先玉335推廣區(qū)域覆蓋了我國玉米帶的黃淮海、東華北、西北春玉米區(qū),產(chǎn)生了巨大的經(jīng)濟效益。這些玉米品種具有共同的特點:個體通風透光性良好,抗倒伏,適宜密植,果穗均勻,出籽率高,果穗大小受密度影響較小。但是,這些玉米品種由于長期受各種病害新生理小種的侵染,在抗病性方面已經(jīng)逐漸開始退化,因此,在保留廣適、穩(wěn)產(chǎn)等優(yōu)良性狀的基礎上,培育抗病性強、豐產(chǎn)性更好的品種勢在必行[3-4]。

        本研究把美國先鋒種質和國內(nèi)種質進行定性改良,主要利用美國先鋒或Lancaster種質的葉開距大和上沖型特點分別與高配合力Reid種質及抗病、耐旱、保綠、次生根發(fā)達且抗倒伏的熱帶種質,進行定向或復合雜交改良,創(chuàng)新選擇目標自交系,以便選出在適應性和穩(wěn)產(chǎn)性方面優(yōu)良的自交系,組配出生產(chǎn)上適合我國黃淮海和東華北的高產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)性雜交種[5]。

        1 材料和方法

        1.1 供試材料

        供試材料包括:美國先鋒種質LD6006和Lancaster種質(Mo17),含有熱帶種質的峰綠5系和8759系,含有Reid血緣的并單1號母本2000-1118系,含有黃改系血緣的并單1號父本H02-68系。

        1.2 試驗方法

        用含有1.1各系的種質材料來有目的地組配,定性改良選育廣適、穩(wěn)產(chǎn)自交系。首先對需要選系改良的自交系進行分類整理,盡量把有相近血緣而且能夠有目的改良某一性狀的自交系分在一組,把具有對立血緣的父母本分在不同的組,仍然作為目標父本或母本進行改良。原則上同組內(nèi)的種質必須互補且具有需改良的優(yōu)良性狀基因[6]。比如,父本改良其抗矮花葉病時,對導入的另一種質就要求非??共?,而且其他性狀和被改良親本一樣優(yōu)良。

        2 結果與分析

        2.1 父母本選育

        于2004年首先將Lancaster種質Mo17系和含有熱帶種質的峰綠5系和8759系及并單1號父本H02-68系分在同組內(nèi)運用復合雜交方法進行改良,在后代選育上選擇株型和籽粒與Lancaster種質Mo17系相近,但在抗病、抗旱、抗倒伏方面與峰綠5系、8759系以及并單1號父本H02-68系相近的優(yōu)良單株進行自交選育,并于2004年冬帶到海南自交加代,之后每年2代加繁。為了增加Lancaster種質的優(yōu)良農(nóng)藝性狀,在2004年F1時用Lancaster種質進行回交,繼續(xù)選擇綜合性狀優(yōu)良單株自交,2007年所選自交系(H07-21)在性狀上已經(jīng)初步具有了熱帶材料的保綠性、發(fā)達的根系、抗矮花葉病,而且株型性狀與Lancaster種質相近等特點。

        先鋒種質LD6006屬Reid血緣,且并單1號母本2000-1118系也屬于Reid血緣,該系表現(xiàn)大穗、不禿尖、株型上沖、根系發(fā)達、莖稈堅韌的特性,正好與先鋒種質的株型表現(xiàn)有相似之處。因此,2004年采用先鋒種質LD6006和2000-1118系組合成單交種進行二環(huán)系選系,嚴格選育在株型上與LD6006相近并在穗部性狀上表現(xiàn)大穗、不禿尖、出籽率高、容重大的單株。由于是近緣種,2006年冬已接近定型,2007年冬季進行測交組合選配,初步將該系定名為H07-20系。

        2.2 新育自交系配合力效應分析

        為了掌握新選自交系H07-20和H07-21系的遺傳規(guī)律和F1的表現(xiàn),在2006年分別對H07-21和H07-20系的姊妹系進行了配合力測定,其中 H07-21的姊妹系 3個(HF1,HF2,HF3),H07-20的姊妹系 2個(HM1,HM2)。分別用代表Reid,Lancaster,旅大紅骨,塘四平頭的478系、Mo17系、丹340系、444系作為測驗種進行不完全雙列雜交,組配出雜交組合,于2006年冬在海南進行田間一般配合力(GCA)和特殊配合力(SCA)的鑒定(表1)。

        表1 不同姊妹系產(chǎn)量的GCA和SCA效應值

        從表1可以看出,被測自交系HF1,HF2,HF3中,HF2的一般配合力和特殊配合力都表現(xiàn)最高,而且3個姊妹系都與Lancaster、塘四平頭血緣配合力表現(xiàn)較低,與Reid、旅大紅骨血緣配合力表現(xiàn)較高;尤其以HF2與Lancaster血緣的Mo17的特殊配合力表現(xiàn)最低,與其他3個血緣自交系的特殊配合力都表現(xiàn)最高,初步推斷該系含Lancaster血緣的成分較高,因此,通過2007年在海南系譜種植定名為H07-21自交系。被測自交系HM1,HM2中尤以HM1的一般配合力和特殊配合力都表現(xiàn)最好,從特殊配合力初步推斷HM1主要含Reid血緣成分較多,2007年海南系譜種植定名為H07-20系。

        根據(jù)配合力效應推斷H07-20自交系屬于Reid血緣,H07-21含Lancaster血緣的成分較高,采用H07-20和H07-21分別與含塘四平頭血緣的昌7-2系和含旅大紅骨血緣的晉農(nóng)科1號父本H05-38進行測配。然后把具有Reid血緣的H07-20和含Lancaster血緣的H07-21這2個自交系進行測配,分別在代表不同生態(tài)條件的絳縣、曲沃、壽陽、太原進行種植觀察。由于絳縣、壽陽都是在丘陵旱塬地種植,分別代表黃淮海和東華北的旱地水平標準。而曲沃、太原都是在肥水較好的地塊種植,分別代表黃淮海和東華北的水澆地的水平標準。這些測配組合大都比對照增產(chǎn)或產(chǎn)量接近對照,并且在4個地區(qū)都是H07-20×H07-21的組合產(chǎn)量水平最高。說明H07-20與H07-21具有較高的一般配合力,而且具有很好的特殊配合力。H07-20×H07-21的組合在4個地區(qū)比先玉335增產(chǎn)5.1%~7.7%,比鄭單958增產(chǎn)7.94%~10.36%。

        從這些測配組合的各農(nóng)藝性狀看,H07-20×H07-21的組合在4個地區(qū)的株高、穗位、穗長、穗粗都表現(xiàn)最理想。H07-20,H07-21與昌7-2的組合在各地表現(xiàn)株高和穗位較低,穗長、穗粗表現(xiàn)一般;相反,H07-20,H07-21與H05-38系的組合在各地表現(xiàn)株高和穗位較高,穗長、穗粗表現(xiàn)較高。所有與昌7-2的組合在具有黃淮海代表性質的絳縣和曲沃表現(xiàn)產(chǎn)量較高;所有與H05-38的組合在具有東華北代表性質的壽陽、太原表現(xiàn)產(chǎn)量較高,這也許與昌7-2較適應黃淮海、而H05-38較適應東華北有關。但可以得出,H07-20和H07-21在2個生態(tài)區(qū)都具有很好的適應性。

        2.3 新育自交系抗病性分析

        為了檢驗新育自交系的抗病性,同樣選用具有四大血緣代表性的Mo17系、478系、444系、丹340系作為對照,進行抗病性接種,同樣條件下觀察每個自交系的發(fā)病情況并且確定其抗性(表 2)。

        表2 自交系田間抗病性鑒定結果(2007—2008年2年平均)

        從表2可以看出,具有四大血緣代表性的Mo17系、478系、444系、丹340系在抗病性方面只對某種病害抗性較強,但可以看出H07-21系對各種病害高抗,而H07-20抗病性表現(xiàn)不如H07-21,這是由于H07-21含有熱帶血緣8759和并單1號父本的高抗病基因。而H07-20由于是美國先鋒和Reid血緣的改良系,因此在抗病性方面有類似Reid血緣的特性。由于選育父本H07-21系具有高抗病性,與選育母本H07-20系配制的雜交組合具有互補效應,在各生態(tài)點表現(xiàn)出很好的抗病性。

        2.4 自交系繁種、制種表現(xiàn)

        2008年將自交系H07-20和H07-21在山西省太原市小店原種場和北營村進行隔離繁殖,從其表現(xiàn)來看,2個自交系自身花期協(xié)調(diào),授粉結籽正常,單穗籽粒平均產(chǎn)量分別達到88,76 g,平均公頃產(chǎn)量分別為4 950,4 275 kg。同年冬在海南試制種,父母本行比為1∶5,同期播種,花期協(xié)調(diào)很好,公頃制種產(chǎn)量達到4 155 kg。

        3 討論

        3.1 種質改良的方法與原則

        在具體選育過程中,要選育有某些突出優(yōu)點的玉米自交系并不難,但選育低缺陷,集多種優(yōu)良性狀于一身的廣適、穩(wěn)產(chǎn)型玉米自交系,達到培育出的雜交種既高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)還具有廣泛的適應性,這就需要對組配雜交種的自交系有特殊的要求,使該自交系能夠集各種優(yōu)良性狀于一身,還要求自交系之間血緣較遠,配合力較高。因此,在選育自交系H07-21和H07-20時有目的從2個方面著手進行改良:(1)把含有熱帶及亞熱帶血緣的優(yōu)良抗逆性狀和具有優(yōu)良農(nóng)藝性狀而且血緣純正的名優(yōu)自交系定性進行改良,收到了很好的效果。因為熱帶、亞熱帶種質與溫帶種質基因互組,是當前國內(nèi)外選育突破性抗病品種及高配合力自交系的重要方法[1]。(2)選育具有高配合力的自交系組配廣適、穩(wěn)產(chǎn)等優(yōu)良性狀互補的雜交組合,有針對性地對H07-21和H07-20這樣的父母本自交系加以定性改良,增加了選育的幾率和準確性。

        3.2 溫帶與亞熱帶玉米種質的互導利用

        由于本研究涉及熱帶、亞熱帶材料的改良利用,并遵循了溫、熱帶種質的互導利用規(guī)律,因此收到了良好的效果。溫帶地區(qū)利用雜交或回交的方法將熱帶、亞熱帶種質按一定比例導入溫帶材料中,創(chuàng)造半外來種質,既可避免優(yōu)良基因的流失,又能改變外來種的適應性和光周期敏感性[7]。

        熱帶、亞熱帶種質導入到溫帶材料的最佳比例,因所用材料和選擇目標的不同而有所差異。國內(nèi)外研究結果表明,至少要用適宜性親本或群體回交一次。適宜性親本回交可以增加基礎群體的產(chǎn)量等性狀的平均數(shù)并克服熱帶、亞熱帶種質的適應性差的弊病。多數(shù)研究結果也表明,導入熱帶種質的比例為25%,50%都取得了很好的效果。例如吉1037、京404等品種含有25%熱帶種質;BT1、太系 113、黃 C、中 74-106 和 48-2 含有50%熱帶種質。

        溫帶種質經(jīng)過多年的選育,不良基因經(jīng)過自交都已經(jīng)被淘汰,聚集的眾多優(yōu)良產(chǎn)量和農(nóng)藝性狀基因,可以彌補熱帶種質的不足[8],因此在玉米改良中,應對熱帶種質的遺傳背景、產(chǎn)量、農(nóng)藝性狀等了解清楚,看其是否具有所要求的目標性狀和基因,以減少育種的盲目性。

        [1]張銘堂,徐國良,才卓.玉米自交系選育的理論基礎與實踐經(jīng)驗[J].玉米科學,2010,18(2):1-4.

        [2]李文才,孟昭東,張發(fā)軍,等.玉米禿尖性狀的基因效應與遺傳變異分析[J].華北農(nóng)學報,2008,23(增刊):146-148.

        [3]樊修武,池寶亮,黃學芳,等.不同水分梯度下玉米水分利用效率研究[J].山西農(nóng)業(yè)科學,2008,36(11):60-63.

        [4]張前進,王振華,張新,等.玉米種質資源的創(chuàng)新與利用[J].河南農(nóng)業(yè)科學,2006(4):28-31.

        [5]牛天堂,田良才,李晉川,等.關于山西玉米產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展[J].山西農(nóng)業(yè)科學,2010,38(4):3-7.

        [6]荊紹凌,陳達,孫志超,等,玉米種質資源的評價、改良與利用[J].玉米科學,2007,15(5):46-48,51.

        [7]董海合,李鳳華,才卓,等.熱帶玉米與溫帶玉米種質雜交農(nóng)藝性狀的差異[J].華北農(nóng)學報,2005,20(5):17-20.

        [8]陳彥惠,常勝合,吳連成.溫熱玉米雜交種基本營養(yǎng)生長期遺傳的初步研究[J].華北農(nóng)學報,2000,15(2):15-20.

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