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        淺談優(yōu)良玉米自交系的選育與雜交種組配

        2021-12-27 00:58:06孔祥梅孔令民馬靜文吳桂波徐長營楊獻(xiàn)才
        關(guān)鍵詞:產(chǎn)量

        孔祥梅 孔令民 丁 一 馬靜文 吳桂波 徐長營 楊獻(xiàn)才

        (1.長春市農(nóng)業(yè)科學(xué)院,吉林 長春 130111;2.吉林市宏業(yè)種子有限公司,吉林 吉林 132101)

        1.前言

        玉米在中國糧食生產(chǎn)中占有重要地位,玉米種植面積僅次于水稻和小麥。就世界范圍來說,中國是第二大玉米生產(chǎn)國。隨著現(xiàn)代玉米加工技術(shù)的發(fā)展,玉米在工業(yè)上的用途越來越廣泛,可加工的品種越來越多,消費(fèi)量也越來越大。畜產(chǎn)品的需求量越來越大,隨著飼料消費(fèi)的玉米將大幅度增加。

        農(nóng)業(yè)要實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展,人民生活水平要不斷提高,玉米科研和生產(chǎn)將起到極為重要的作用。玉米雜交種是利用玉米自交系組配成的,一個好的雜交種離不開好的自交系,選出好的優(yōu)良玉米自交系是玉米育種成功的關(guān)鍵所在。只有好的自交系才能配制出優(yōu)良的玉米雜交種。現(xiàn)結(jié)合玉米育種實(shí)踐,闡述玉米自交系的選育和雜交種組配的技術(shù)。

        2.優(yōu)良玉米自交系應(yīng)具備的基本條件

        2.1 綜合農(nóng)藝性狀好,符合育種目標(biāo)

        首先,自交系要有高度的純合性和整齊性。自交系基因型的相對純合性,性狀的高度一致性是自交系必須具備的基本條件。只有親本基因型和性狀整齊一致,才能配制出雜種優(yōu)勢強(qiáng)和性狀整齊的雜交種。大多數(shù)情況下無論自交多少代了,純合性不好的材料尚不能稱為一個自交系。

        其次,自交系要有高的繁殖系數(shù)。雌雄協(xié)調(diào),花粉量大,對光、溫反應(yīng)遲鈍,若達(dá)到500-800千克/畝的產(chǎn)量,產(chǎn)量才穩(wěn)定,平均產(chǎn)量的離均差才會小。

        玉米自交系很多性狀在雜交種中高度體現(xiàn),比如株高、穗位、抗性等等,所以親本自交系本身要有優(yōu)良的農(nóng)藝性狀,選育的自交系應(yīng)符合育種目標(biāo)對這些性狀的要求,或者可以和另一個親本對雜交種的表現(xiàn)起一個互補(bǔ)作用。

        2.2 配合力高

        玉米自交系配合力的高低是衡量一個自交系優(yōu)劣的重要指標(biāo)之一。選育自交系的最終目的在于能配制出高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、多抗的優(yōu)良雜交種。如果自交系配合力高,特別是一般配合力高,那么它所組配的雜交種產(chǎn)量就高,綜合經(jīng)濟(jì)性狀和主要農(nóng)藝性狀就會表現(xiàn)出很強(qiáng)的雜種優(yōu)勢 ;反之,若自交系本身配合力較低,其組配的雜交種產(chǎn)量就低。因此,優(yōu)良玉米自交系應(yīng)具有較高的一般配合力。在此基礎(chǔ)上,經(jīng)過優(yōu)良自交系間的組配,才能挖掘出較高的特殊配合力,進(jìn)而選育出強(qiáng)優(yōu)勢玉米雜交組合。

        2.3 抗逆性強(qiáng)、適應(yīng)性廣

        一個好的自交系,要有好的抗病性和抗逆性,兼抗3-4項(xiàng)玉米常見病害以及在干旱、高熱等逆境下的穩(wěn)定表現(xiàn)。要有較廣的適應(yīng)性,對旱、澇、風(fēng)、寒等有好的耐性,對崗、洼、瘠薄等地勢有較好的適應(yīng)性,能夠在較廣的范圍內(nèi)種植,是大品種的基礎(chǔ)。

        3.優(yōu)良雜交種的標(biāo)準(zhǔn)

        選育出一個好的優(yōu)良自交系后,接下來就是根據(jù)育種目標(biāo),用不同測驗(yàn)種測配雜交組合。在自交系4代左右開始測配為宜,然后種植組合鑒定產(chǎn)量抗性適應(yīng)性等。

        一個好的雜交組合應(yīng)集諸多優(yōu)良性狀于一身:種子拱土能力要強(qiáng),需耐低溫,不易粉籽。苗期幼苗長勢強(qiáng),幼苗粗壯整齊。株形半緊湊,氣生根發(fā)達(dá),地上至少1-2層氣生根,穗下部節(jié)間要短粗,上部節(jié)間長,雄穗分支3-5個側(cè)枝為好,花粉量要大,耐高溫,散粉時間要長。苞葉薄,長度適中,成熟后蓬松開,便于籽粒脫水。穗柄長度適中,但韌性必須要好。穗行數(shù)16-18行左右,果穗均勻度必須好,在一定密度范圍內(nèi)對密度反應(yīng)不敏感,果穗為有限結(jié)實(shí)方式。雌穗分化期耐低溫,抗旱耐貧瘠能力強(qiáng),對光溫反應(yīng)遲鈍,空桿率低,籽粒容重高,脫水快,百粒重和色澤符合國家優(yōu)質(zhì)量的要求要??共⌒砸?,要高抗穗腐病,高抗莖腐病,中抗大小斑病??沟剐院?,抗折性好。后期降水快。適應(yīng)性比較廣。適合機(jī)械化收獲。

        4.育種實(shí)踐中的方法和經(jīng)驗(yàn)

        4.1 選擇好的基礎(chǔ)種質(zhì)做選系材料

        現(xiàn)在,輪回群體改良和以分子手段創(chuàng)制新種質(zhì)等方法在培育親本自交系中廣泛使用,但是對于以應(yīng)用研究為主的中小研究機(jī)構(gòu)來說,應(yīng)用二環(huán)系選育優(yōu)良自交系無疑還是最簡潔、最經(jīng)濟(jì)的方法。不可否認(rèn)的是我們的玉米育種和國外還有很大的差距,單純國外血緣的雜交種作為二環(huán)系育種材料依然是國內(nèi)育種可以選擇的方法。選用二環(huán)系材料時,一是要知道其確切的血緣構(gòu)成,二是要看植株和果穗特點(diǎn),看是否有在自己育種中可利用的性狀,如抗性、百粒重、有限果穗類型等特性。育種小組在2008年獲得的一批國外雜交種,看中其好的株型和抗性,同時希望能夠獲得容重高、百粒重大的后代材料。經(jīng)過9個世代的自交選育和廣泛的測交,獲得了K15-K43等系列自交系,其中K38具有早熟、抗病、高百粒重等特點(diǎn),育成了長單611(吉審育20180010)等品種和系列高產(chǎn)組合。

        選系材料來源另一個渠道就是從其他的科研機(jī)構(gòu)引入群體中間材料,按自己育種目標(biāo)選育和測配。同樣的群體在不同的育種者手中會選育到不同的后代,所以群體持有者出于公益性課題性質(zhì)或者育種者之間材料交流的角度有時會把群體發(fā)放給其他育種者。得到這樣的材料后要按自己的育種目標(biāo)篩選,有時甚至需要做一些緯度的適應(yīng)性改良才能得到正確的應(yīng)用。2006年育種小組引入的含有熱帶血緣的BS35群體在國內(nèi)改良后材料,選育出Km11、Km19、K33等材料,與現(xiàn)有骨干系中NBS材料有較高的雜種優(yōu)勢,由其參與配制的長單636、長單669等都在區(qū)域試驗(yàn)中有較好的表現(xiàn)。

        基礎(chǔ)材料的選材還有一個最普遍的做法,就是對現(xiàn)有優(yōu)良骨干系做有針對性地改良。改良一般采用以骨干自交系為回交親本,回交1-2次再自交純合的做法。這在目前國內(nèi)育種非常普遍,也被實(shí)踐證明是行之有效的“短平快”做法,在大多數(shù)種業(yè)被普遍使用。其缺點(diǎn)是一個區(qū)域內(nèi)種質(zhì)基礎(chǔ)愈來愈薄弱,遇到受克制的逆境時會出現(xiàn)全生態(tài)區(qū)內(nèi)的品種集體受災(zāi)的情況出現(xiàn)。

        4.2 大樣本、高壓力選擇

        常規(guī)玉米育種選育自交系的方法有許多種,但應(yīng)用較廣的方法是系譜選育法。系譜法是選育自交系的基本方法。

        玉米自交系是由一個雜合單株連續(xù)自交多代經(jīng)過人工選擇而產(chǎn)生的性狀整齊一致,遺傳相對穩(wěn)定基因型純合的后代系。

        玉米自交后會產(chǎn)生兩種現(xiàn)象,其一是引起玉米生活力的顯著衰退,造成減產(chǎn);其二是性狀出現(xiàn)多樣性,即分離現(xiàn)象。要想選到集優(yōu)良基因于一身的優(yōu)良自交后代,就要有充分的自交分離群體,所以我們主張可能情況下的大樣本。但是大樣本的后果就是大量的人力物力??朔@一問題的辦法有兩個,一是整體早期淘汰表現(xiàn)不良的基礎(chǔ)群體,集中力量放在表現(xiàn)優(yōu)異的基礎(chǔ)群體上;二是加大環(huán)境脅迫力度,淘汰不符合選育目標(biāo)的單株及株行樣本。

        4.3 早代測配,選系和組配結(jié)合進(jìn)行

        無論國內(nèi)外,現(xiàn)在最被育種者認(rèn)可的測交代數(shù)是F4代,這在許多文章中有論述。這既有利于降低后代選擇的工作量,又有利于快速鑒定后代材料的一般配合力,確定材料的整體取舍價值。同時又可以最快地產(chǎn)生優(yōu)良組合,育成新品種。據(jù)統(tǒng)計(jì)在2016-2020年間吉林省審定的404個玉米品種中,由測交組合直接育成的品種占60%左右。

        雜交種組配,要清晰掌握手中所有育種材料的血緣關(guān)系和性狀優(yōu)缺點(diǎn)及材料間互補(bǔ)性,靈活遵循雜種優(yōu)勢模式配置雜交組合。而目前商業(yè)育種更主流的做法是對優(yōu)良雜交種進(jìn)行一撇改良或兩撇同時改良的做法,育種實(shí)踐證明這也是最簡捷而行之有效的做法。

        4.4 多年鑒定、多點(diǎn)鑒定是出大品種的必經(jīng)之路

        現(xiàn)代育種,無疑要求育種者要用最短時間拿出品種,但是由此催生了一些“早產(chǎn)”的品種,品種的特性沒有被充分地掌握,有些品種的致命缺點(diǎn)沒有得到“表現(xiàn)”的機(jī)會,往往給企業(yè)帶來毀滅性的打擊。這其中缺乏的最主要環(huán)節(jié)就是多年鑒定和多點(diǎn)次異地鑒定。多年鑒定是鑒定其高產(chǎn)特性、抗病抗逆性以及在不同生態(tài)條件下的穩(wěn)定性,一般要求在自家產(chǎn)量圃中要有兩至三年的產(chǎn)量鑒定結(jié)果,其中至少一次是嚴(yán)格統(tǒng)計(jì)分析之后的產(chǎn)量結(jié)果。多點(diǎn)鑒定是在要推廣區(qū)域的多點(diǎn)次異地鑒定,這個過程可以用不厭其多來定義,點(diǎn)次越多品種風(fēng)險(xiǎn)就降至越小,成為大品種的可能也就越大。這個過程不能操之過急?,F(xiàn)在有些育種者沒有充分的產(chǎn)量鑒定和異地適應(yīng)性鑒定,為達(dá)到快出品種的目的,編造數(shù)據(jù)達(dá)到盡早參試的目的,實(shí)則是欲速不達(dá),給企業(yè)造成損失,影響企業(yè)發(fā)展。國內(nèi)外的育種經(jīng)驗(yàn)證明,在常規(guī)育種手段之內(nèi),要加快育種進(jìn)度,一是在自交系選擇過程中如海南加代。二是盡可能多地安排品種的異地鑒定點(diǎn),這樣可以在一定程度上彌補(bǔ)年份少的缺點(diǎn)。

        小結(jié)

        我國的玉米育種隊(duì)伍龐大,水平偏低,重復(fù)性工作多,創(chuàng)新能力弱,資金投入零星分散,育種成為一種“群眾性”科研。但是中小企業(yè)以及中小科研單位“群眾性”的育種也更便于發(fā)揮廣大科研工作者的聰明才智。廣大育種工作者在育種實(shí)踐中總結(jié)出很多的實(shí)用簡捷的方法,都有利于我國的玉米育種工作整體發(fā)展。這其中,所謂 “重復(fù)性”也在一定意義上符合了我們選系“大樣本”的要求,更利于有利基因的發(fā)掘和匯集;廣大育種者之間相互的鑒定符合了本文主張異地鑒定 “不厭其多”的做法,更利于大品種的出現(xiàn)。以上兩點(diǎn)是 “群眾性”育種的優(yōu)勢所在,不需要集中的大資本投入,還可能產(chǎn)出高回報(bào)。本文總結(jié)的是自己在育種實(shí)踐中的一些經(jīng)驗(yàn)和體會,希望能為廣大育種工作者提供幫助和啟發(fā)。

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