張文忠等

摘要隨著全球性缺水問題日益尖銳，干旱對農(nóng)作物造成的損失在所有非生物脅迫中占首位。我國約有50%以上的土地處于干旱缺水狀態(tài)，嚴(yán)重制約著我國農(nóng)業(yè)和經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。近年來，由于干旱缺水導(dǎo)致的玉米減產(chǎn)約占玉米總產(chǎn)量的20%～30%。為充分挖掘玉米的抗旱節(jié)水特性，采用雜交、復(fù)合雜交、回交等多種手段對現(xiàn)有玉米種質(zhì)資源進(jìn)行改良，并進(jìn)行抗旱性鑒定，培育出具有抗旱節(jié)水特性突出、一般配合力高、適應(yīng)性廣的2個(gè)類群F5Q和F5P，對于提高玉米的抗旱性和水分利用效率及新品種選育具有重要意義。

關(guān)鍵詞玉米；種質(zhì)資源；抗旱節(jié)水；新品種選育

中圖分類號S502.4文獻(xiàn)標(biāo)識碼A文章編號0517-6611（2015）29-127-03

自20世紀(jì)90年代以來，隨著全球氣候變暖和災(zāi)難性氣候日益頻發(fā)，干旱和水資源短缺已成為世界農(nóng)業(yè)和社會發(fā)展的制約因素。目前，干旱、半干旱已遍及50多個(gè)國家和地區(qū)，干旱、半干旱地區(qū)面積約占陸地面積的36%，占耕地面積的43%。玉米是我國重要的糧食、飼料、經(jīng)濟(jì)兼用作物，同時(shí)也是需水較多、對干旱較為敏感的作物。尤其是近年來氣候的全球性惡化引發(fā)干旱發(fā)生的周期越來越短，干旱程度越來越重，使干旱和半干旱地區(qū)玉米產(chǎn)量下降，其他地區(qū)旱情也周期性頻繁發(fā)生。從全國范圍來看，玉米干旱面積占全國玉米受災(zāi)面積的約50%，我國玉米種植面積居糧食作物第二位，但有2/3的玉米面積因?yàn)槭艿礁珊涤绊懚斐蓢?yán)重的產(chǎn)量損失。干旱問題已成為我國乃至全世界玉米生產(chǎn)的主要限制因素。

針對極端氣候條件對玉米生產(chǎn)造成的不利影響，開展抗旱節(jié)水基礎(chǔ)材料研究將具有現(xiàn)實(shí)意義。國內(nèi)外研究者對玉米的抗旱性鑒定和指標(biāo)以及抗旱性栽培育種技術(shù)進(jìn)行了大量研究，但如何盡快改良選育出具有抗旱節(jié)水特性的種質(zhì)資源是培育抗旱玉米新品種的根本途徑之一。

1材料與方法

1.1整體構(gòu)想玉米的抗旱性是受多基因控制的數(shù)量性狀且表現(xiàn)為加性效應(yīng)，因此其主要任務(wù)就是聚合存在于不同種質(zhì)資源材料中的有利基因，并通過有效選擇獲得理想的抗旱型群體。黃早4、Reid、Lancaster等血緣代表系及78599選系中都存在廣泛的耐旱基因，筆者通過對50多份玉米自交系的田間觀察，并對其株高、穗位、葉片相對含水量、抽雄與散粉的間隔天數(shù)（ASI）等第二性狀進(jìn)行分析，篩選出8份具有一般配合力高、綜合農(nóng)藝性狀好、抗旱抗逆性強(qiáng)、適應(yīng)性廣等特點(diǎn)的耐旱系，分別為A513、C649、長3154、沈137、齊319、H921、丹598、長1572。將這8份自交系作為基礎(chǔ)材料，采用雜交、復(fù)合雜交、回交等手段（如圖1所示），在不改變其固有雜優(yōu)模式和大的遺傳背景下，對先玉335的父本（PH4CV）和母本（PH6WC）進(jìn)行同步改良，通過2代隔離種植、天然混粉、人工選穗、混合脫粒，最終形成具有基因型純合、一般配合力高、株型結(jié)構(gòu)理想、抗旱抗逆性強(qiáng)的新型種質(zhì)類群，為我國抗旱節(jié)水玉米新品種的選育提供一定的技術(shù)支持。

1.2試驗(yàn)材料的主要特性

1.2.1A513。Mo17×金皇后，Lancaster類群，幼苗葉鞘紫色，葉片淺綠，葉波明顯，成株株高157 cm，穗位高49 cm，子粒深黃半硬，雄穗分枝較多，花粉量充足，抽雄至散粉間隔期（ASI）平均值為2.1 d，抗旱性較強(qiáng)，高抗小班病和青枯病，中抗大斑病和粗縮病，感矮花葉病。

1.2.2C649。利用Mo17×金皇后，經(jīng)過多代自交選育而成，Lanscaster類群，幼苗葉鞘紫色，葉片呈凹形，無葉波，成株株型平展，成株期生長勢強(qiáng)，株高195 cm，穗位高63 cm，穗粗3.7 cm，總?cè)~片數(shù)17～20片，子粒淡黃色，雄穗分枝稀疏，花粉量大，ASI平均值為2.3 d，花期雌雄協(xié)調(diào)性好，抗旱性強(qiáng)，適應(yīng)性廣，抗穗腐、粒腐，感大斑病及矮花葉病。

1.2.3長3154。利用自330×太183雜交種經(jīng)多代自交選育而成，幼苗葉鞘綠色，葉尖下垂，葉波明顯，成株期葉面積較寬大，株高208 cm，穗位63 cm，株型結(jié)構(gòu)合理，根系發(fā)達(dá)，雄穗分枝10～13枝，ASI平均值為2.3 d，綜合抗病能力強(qiáng)，耐旱性較強(qiáng)，保綠性好，適應(yīng)性廣。

1.2.4沈137。利用國外雜交種6JK111選育而成，含有熱帶種質(zhì)資源，生育期約120 d，株型結(jié)構(gòu)合理，桿強(qiáng)抗倒，成株株高195.8 cm，穗位高86.7 cm，雄穗分枝較多，花粉量大，子粒黃色筒型，抗大斑病，絲黑穗，青枯病等，對螟蟲也具有很好的抗性。

1.2.5齊319。利用美國雜交種78599選育而成，植株清秀、健壯，根系發(fā)達(dá)，抗倒能力強(qiáng)，成株株高176.3 cm，穗位67.8 cm，雄穗發(fā)達(dá)，花粉量大，約有8～10個(gè)分枝，ASI平均值為2.5 d，經(jīng)鑒定發(fā)現(xiàn)它具有抗大小斑病、彎孢菌葉斑病等各種葉部病的特點(diǎn)。

1.2.6H921。Reid種群，生育期120 d，葉鞘紫紅色，子葉長匙形，有波紋，成株株高192 cm，穗位高65 cm，雄穗分枝較短，分枝數(shù)7～9個(gè)，全株葉片數(shù)21片，子粒黃色半馬齒型，抗旱抗逆性強(qiáng)，抗大小斑病及矮花葉病。

1.2.7丹598。生育期128 d，幼苗葉鞘綠色，葉片窄長平整，葉色濃綠、健壯，葉片緊湊上沖，光合利用率高，雄穗分枝18～20個(gè)，護(hù)穎綠色，花藥黃色，花粉量充足，散粉時(shí)間持續(xù)7 d，抗旱性強(qiáng)，抗逆性強(qiáng)，制種產(chǎn)量高，適應(yīng)性廣。

1.2.8長1572。利用5003×旅系選育而成，生育期125 d，葉片淡綠色，有波紋，成株株高172 cm，穗位高60 cm，植株較矮，穗位低，雄穗發(fā)達(dá)，花粉量充足，抗大小斑病，絲黑穗病，矮花葉病。

1.3選育過程選育地點(diǎn)設(shè)于山西省農(nóng)業(yè)科學(xué)院谷子研究所試驗(yàn)田，試驗(yàn)用地0.67 hm2。2011年將篩選出的8個(gè)自交系依據(jù)株型果穗特點(diǎn)、抽雄至散粉間隔期（SAI）、抗病性及抗旱節(jié)水性等參數(shù)進(jìn)行匯總，利用雜交優(yōu)勢互補(bǔ)原則，將A513和C649、長3154和沈137、齊319和H921、丹598和長1572分別雜交，獲得Q1、Q2、P1、P24份中間材料；為加速育種進(jìn)度，2011年冬季在海南育種基地分別將Q1與Q2、P1和P2授粉雜交，得到復(fù)合種質(zhì)Q和P；2012年在山西省農(nóng)業(yè)科學(xué)院谷子研究所將Q與PH4CV雜交、P與PH6WC雜交，得到材料Q0和P0；2012年冬季，在海南育種基地分別用PH4CV和PH6WC對Q0和P0回交1次；2013年將得到的2份種質(zhì)材料進(jìn)行小區(qū)隔離種植，小區(qū)面積約400 m2，種植密度9萬株/hm2，抽雄后到成熟前通過田間調(diào)查對株型結(jié)構(gòu)理想、雄穗分枝少、花粉量大、抗病性好、抗旱能力強(qiáng)的植株進(jìn)行標(biāo)記，選株收獲后對果穗的色澤、籽粒含水量、出籽率、千粒重、有無禿尖等進(jìn)行分析，將篩選出的果穗混合脫粒，完成種質(zhì)的第一次群體融合；采用同樣的方法，于2013年冬季和2014年分別在海南和長治連續(xù)進(jìn)行了2代隔離混種，經(jīng)過2輪天然混合授粉和人工篩選，實(shí)現(xiàn)了類群間遺傳物質(zhì)的充分融合，提高了優(yōu)良基因型的頻率和重組率，形成了具有抗病性好且抗旱節(jié)水特性突出的2個(gè)對應(yīng)群體F5Q和F5P（圖2）。

1.4抗旱性鑒定試驗(yàn)點(diǎn)設(shè)在山西省農(nóng)業(yè)科學(xué)院谷子研究所，試驗(yàn)分為干旱脅迫處理和正常灌溉處理2個(gè)試驗(yàn)區(qū)，2個(gè)試驗(yàn)區(qū)的肥力水平相當(dāng)。將F5Q和F5P群體分別種植在可移動旱棚和普通試驗(yàn)田內(nèi)，每個(gè)類群種植20行，每行長7 m，行距30 cm，株距25 cm。根據(jù)降雨情況及最后一次灌溉量來調(diào)控干旱脅迫處理區(qū)的脅迫強(qiáng)度，在玉米開花前20 d進(jìn)行干旱脅迫，脅迫至灌漿期恢復(fù)灌水，正常灌溉區(qū)每10～15 d灌水1次直至收獲。

1.4.1干旱脅迫對玉米主要農(nóng)藝性狀的影響。鑒定和篩選玉米抗旱節(jié)水農(nóng)藝性狀特別是產(chǎn)量性狀是選育抗旱節(jié)水玉米的關(guān)鍵問題。在玉米開花期采用五點(diǎn)取樣法（每個(gè)點(diǎn)選取相似的3株）調(diào)查各供試材料的抽雄期、吐絲期、葉片卷曲度，收獲前測定其株高、穗位高、雄穗分枝數(shù)等農(nóng)藝性狀；收獲后進(jìn)行室內(nèi)考種，測定其穗長、穗粗、穗行數(shù)、行粒數(shù)、有無禿尖及千粒重。

1.4.2干旱脅迫對玉米ASI的影響。ASI是玉米散粉至抽絲的間隔期，是篩選玉米抗旱性種質(zhì)常用的重要指標(biāo)之一。Duplessis等最早發(fā)現(xiàn)在干旱脅迫條件下脅迫處理區(qū)的產(chǎn)量與ASI呈顯著的負(fù)相關(guān)。進(jìn)一步研究表明，開花期遭遇干旱時(shí)，吐絲會有所延遲，導(dǎo)致ASI增加，籽粒產(chǎn)量下降，所以玉米的產(chǎn)量總是與ASI有關(guān)，ASI小有利于高產(chǎn)[2，11]。對2類群體在正常條件和干旱脅迫處理?xiàng)l件下所抽取的樣本的ASI值進(jìn)行比較與分析。

1.4.3干旱脅迫對玉米葉片相對含水量（RWC）的影響。玉米的葉片相對含水量（RWC）大小是反映其抗旱能力大小的重要指標(biāo)，抗旱性較強(qiáng)的品種有較強(qiáng)的保水能力[12]。對2個(gè)群體在正常灌溉和干旱脅迫下玉米葉片相對含水量（RWC）進(jìn)行測定。

2結(jié)果與分析

2.1干旱脅迫對玉米主要農(nóng)藝性狀的影響從表1可以看出，正常灌溉和干旱脅迫處理2個(gè)試驗(yàn)區(qū)各農(nóng)藝性狀除穗行數(shù)、行粒數(shù)外，其他農(nóng)藝性狀均有所下降，其中株高、穗位高、穗長及穗粗的下降幅度約為2.0%～4.0%，傷害率小于預(yù)期的10%；雄穗分枝數(shù)、葉片卷曲度、葉面積降幅僅為1.4%～18%；千粒重低于正常條件下的（17.5±0.5）%。各農(nóng)藝性狀指標(biāo)均符合抗旱性玉米的經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。

2.2干旱脅迫對玉米ASI的影響試驗(yàn)表明，在干旱脅迫處理?xiàng)l件下的2個(gè)群體的ASI平均值均略有升高，其中F5Q群體的ASI平均值由原來的2.24上升為2.69，F(xiàn)5P群體的ASI平均值由原來的2.75上升為3.26，雌雄基本協(xié)調(diào)，表現(xiàn)出較強(qiáng)的抗旱能力。

2.3干旱脅迫對玉米葉片相對含水量（RWC）的影響從圖3～4可以看出，群體F5Q和F5P的葉片相對含水量均無顯著變化，傷害率低于15%，有較強(qiáng)的保水抗旱能力。

3小結(jié)

該研究從玉米自身的抗旱性和節(jié)水性材料集成和創(chuàng)新

著手，在現(xiàn)有種質(zhì)資源基礎(chǔ)上，最大限度地挖掘玉米自身抗旱節(jié)水能力，積極開發(fā)玉米抗旱節(jié)水種質(zhì)資源，以更好地適應(yīng)環(huán)境變化，同時(shí)采用第二性狀法對育成群體的抗旱指標(biāo)進(jìn)行測定，所測數(shù)據(jù)均符合抗旱性玉米的各項(xiàng)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，成功選育出2個(gè)抗旱節(jié)水性強(qiáng)的玉米種質(zhì)資源F5Q和F5P群體，不僅豐富了我國現(xiàn)有的耐旱性種質(zhì)資源，也為更好地服務(wù)于玉米科研和生產(chǎn)奠定了一定基礎(chǔ)。

43卷29期張文忠等抗旱節(jié)水型玉米種質(zhì)的構(gòu)建及鑒定

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