美国玉米种质的特点和利用

美国玉米种质的引进和利用美国玉米应用的种质主要来源于北方硬粒种和南方马齿种,这两种种质的杂交产生了适应于不同特定区域的农家品种。这些品种包括Reid YellowDent、Lancaster Sure Crop、Leaming、Midland及其它品种,这些品种最终成为选育早期自交系及杂交种的直接种质来源。\\我国近代引入美国玉米种质，在育种和生产上产生重大影响的大致至分为以下四次过程。第一次是1971年中国农业科学院作物育种栽培研究所访问加拿大时引进来源于美国的优良玉米自交系M017。我国玉米育种家以该系为基础.通过各育种工作者的辛勤工作，选育出一大批优良的衍生系，，如吉1037（MO17×热带种质suwan）、四-387（MO17×L165/8112BC3）、四-419 （B68ht ×MO17）、四-495 （MO17 ×L105/MO17）、4F1（MO17 辐）、系14（MO17×许053）、吉846、齐302、13247、Va22、辽6107、48-2、81515、中黄17、豫20、豫12、二南24、77、6917、WN11。这些衍生系和MO17构成了我国重要的兰卡斯特杂种优势群。\\第二次为20 世纪80 年代引入的美国杂交种， 并以其为基础选育自交系。如沈阳市农科所从P3147 中选育出沈5003， 铁岭农科所从P3382 中选育出铁7922， 莱州市农科所从美国商品玉米中选育出U8112等。在此基础上，利用这些自交系选育出以掖478 为代表的一大批优良自交系， 如掖107、掖837、DH3189、DH4866、DH872、郑58、郑29、郑32、9046、C8605-2 辽2345、辽5114、冀815、B 尖8 等。以掖478 及其改良系组成了我国重要的瑞得杂种优势群。\\第三次为20 世纪80 ～ 90 年代，育种单位从美国商业杂交种P78599、P78698、P78641、P87001 中选育了一大批优良自交系，如齐319、X178、P138、丹59多黄29、沈137、豫87-1、陕89-1、旱21、川18-599、141 等。其中从P78599 选育的自交系数量最多，类型最丰富。这些自交系积累了丰富的抗逆基因，构成了我国另一个重要优势群P 群\\第四次是本世纪初， 美国先锋种子公司在我国试验的先玉系列品种，王元东等人称为X 系。其中以先玉335、先玉128、先玉252、先玉420、33D22，先玉508等杂交种为代表，特别是先玉335 杂交种，因其突出的丰产性、广适性和多抗性，全国多数育种单位都将此作为玉米种质扩增的首选材料。以此为基础选育的自交系组配的杂交种在国家及省级区域试验中参试组合较多，表现较好，有望成为我国玉米育种新的骨干材料。\\美国玉米种质的特点及改良途径：1兰卡斯特杂优群：由于该群是玉米丝黑穗病的主要抗源，而成为春播区特别是东华北春玉米区的种质基础，同时也成功地解决了当时我国玉米大面积发生的大小斑病。该群株型多为半紧凑形，叶片较长，植株清秀，秆强不倒，具有品质优良、生育期适中和适应性广等特点，但也存在穗位偏高、果穗较细、籽粒较大、排列松散等弱点。在改良时应适当增加穗粗，重点是增加穗长，以提高配合力和自身产量，同时应重点改良株型（耐密性）、病毒病、青枯病和穗粒腐病的抗性。可用群内系、P群种质和综合种选系等进行改良。2瑞得群：多基因矮生系5003的选育与利用，为解决玉米抗倒起到了非常重要的作用，同时也降低了杂交种的植株高度，解决了中秆与大穗的矛盾。以此为基础选育的掖478等系列衍生系为开创我国紧凑型育种奠定了基础。该类自交系植株，穗位较低，株型紧凑，茎秆坚硬，籽粒偏马齿，果穗较长，自身产量较高。在改良时应适当增加穗粗，重点是增加穗长，以进一步提高配合力和自身产量，同时应重点改良对玉米大小斑病、青枯病、病毒病、弯孢菌叶斑病和穗粒腐病的抗性。可用群内系相互改良，亦可用Tuxpenpo种质进行改良。3 P群种质：该类群自交系含有热带遗传背景。株型半紧凑形，植株、穗位较高，雄穗发达，持绿性好，耐旱，抗倒伏，容重较高，籽粒偏硬粒，品质优良，高抗多种叶斑病，在提高玉米叶斑病抗性和子粒商品性上带来新突破。该类群中齐319对目前南方锈病免疫，是南方锈病的重要抗源。但也存在我国北方生育期偏晚、果穗结实性差、出籽率低、粒重偏小、耐密程度低、自身产量低等缺点，特别是株高、穗位高、生育期等方面具有不同程度的光周期敏感性。因此，在改良时应保持该系列自交系的抗病性、优良品质，通过增大选择压力钝化对光周期反应，选择株型上冲、耐密型的类型，并缩短生育期。重点增加出子粒，粒重，以提高配合力和自身产量。可用黄改系、兰斯卡特等种质进行相互改良。在具体育种技术运用上，为钝化其光周期反应，对该群早代改良系不宜进行南繁加代。4 X系种质：X系种质与目前国内种质相比，具有植株较高，茎秆较细但坚韧有弹性；叶片上冲，短而较窄，较薄；穗上位节间较长，叶片排列稀疏，透光性很好；雄穗分枝较少而长，持续散粉时间较长，花粉粒较小；吐丝快而齐，花丝较细；苞叶薄，层数少；果穗较小，轴细，籽粒深，脱水速度快，出籽率高等显著优点。但这些材料也存在苗期生长缓慢，在黄淮海地区表现较高的株高和穗位高，易发生倒伏、倒折，苞叶短和青枯病等缺点。因此，在改良这些材料时，可与国内的瑞德群或兰斯卡特类杂交、回交，使国内种质成分占50%～75％的比例，注意选择具有X系新种质的优良性状和理想株型，同时具有矮秆、耐密、抗性好、广适性好的国内现有材料的优良性状的单株。 　 1超高产育种的创新方向目前的育种已处于爬坡的攻关阶段今后要选育大面积产量能稳定在600kg/667m2，高产潜力突破700kg/667m2，在优质品种上，要选育达到国际水平的强弱筋品种，作为进入21世纪前20年的替代品种，才能促进我国“保稳产、创高产、增效益”的战略目标的实现，才能确保黄淮麦区生产的优势地位3.2 努力的方向3.2.1 种质资源的引进、改良、利用至关重要从已育成的品种看，所利用资源从遗传基础而言仍嫌偏窄，50、60年代多来自意大利，70年代主要来自东欧IB/IR材料，矮源主要来自St2422/464与咸农39衍生系，今后要加强广泛收集国内外新的种质资源，同时对原有的种质资源改良与创新，加强杂种后代高代材料的利用与开发，因为高代材料类型丰富，经过多次的选择聚合了较多的优良基因，遗传基础较广泛且稳定，有利于增强高产品种的稳定性和广适性。2 加强适应性的选择小麦任何性状的表现都是环境条件与基因相互作用的结果，作为一个新育成的品种适应性广、抗逆性强才能应用的时间长、范围广、推广种植面积大，如邯郸6172在黄淮南片、北片均被审定，在黄淮麦区迅速推广，并在生产中发挥作用。3加强抗病性选择目前推广的品种抗锈病、纹枯病能力偏弱，影响产量的稳定性。4 提高群体的光合利用率光合作用是作物产量的基础、提高光合利用率是提高小麦产量的有效途径，小麦群体内光合特性对小麦总产量起着重要的作用，试验证明小麦旗叶上举内卷，可以协调穗叶关系，增加容穗数，提高叶容量，能够显著改善群体受光姿势，和光合能力。5 提高生物产量过去人们为实现小麦高产，进行矮化育种，但是现在再继续通过降低株高来提高收获指数已相当困难，从“籽粒产量=生物产量×收获指数”的关系看，在收获指数基本不变的情况下，通过提高茎强度，从而提高植物的生物产量，进而获得高的籽粒产量，是小麦高产育种的重要途径之一。6 增强根系活力小麦根系活力的大小对小麦的抗寒性、抗旱性非常重要。此外从水资源的匮乏和可持续发展的角度出发，对水肥利用效率高的类型也应加以注意。\\品种类型的创新近年玉米郑单958(种植面积连续多年占全国第1)和美国推广的先锋号等系列，都是由过去高株大穗型向耐密抗倒型改变，大大提高了丰产、稳产性。小麦矮化育种也是一例．随着机械化收割的普及，高产半矮秆仍是今后育种的重要方向ll】。河南省的兰考号系列以大穗大粒型连续多年在3 hmz以上面积获得10．5 t／Ilm2的高产也是一种新的探索，但由于其株间竞争和成穗率不足问尚待进一步改善。除高产类型的多样化创新外，笔者认为类型的创新还应注意另外2种类型的创新。一是对水、肥利用率的高效利用问题。我国是水资源贫乏国家，随着工业化、城市化的发展，农业用水更受制约，因此培育旱地高产品种和水浇地水分利用率(WUE)高的品种都是今后应引起注意的类型。在肥料利用率上也是如此，已有研究资料表明在氮素利用率上不同品种间相差异可达70％。在低磷条件下，磷高效品种产量仅降低5％左右，而磷低效品种产量可降低40％左右，有关资料还显示，小麦根系分泌物对土壤中磷转化利用有重要作用。二是高效节能和环保问题。类型创新中还表现对多抗性品种的需求，除非生物逆境(如寒、旱、高温等)外，生物逆境(病、虫害等)的抗耐性品种间也有明显差异，而由于农药的使用，近年我国育成品种在抗性上有降低关注度的现象，而农药不仅污染环境且易致虫害耐药性的扩展。因此，高效节能和环保也是作物育种应注意的方向。\\关于进一步加强小麦遗传育种研究的建议 随着小麦生产水平的提高, 近十年来我国与其他小麦生产国都出现了单产增长逐渐变缓的情况, 同时受全球气候变化的影响, 小麦产量的波动加大, 小麦育种进入了爬坡阶段。从国际研究动向看, 引起关注和支持的有三方面内容: 一是相关基础研究, 如提高光合作用效率、进一步挖掘单产潜力等; 二是重要农艺性状分子机理研究, 以分子生物学技术与常规育种相结合, 创造优异育种元件和选育突破性的新品种; 三是拓宽育种途径, 如远缘杂交和人工合成种的改良利用等。这些研究在国家973、863、科技支撑计划、国家自然科学基金和国家重大专项等的支持下, 都有一定工作基础, 建议科技主管部门进一步加强支持力度, 以加速科研进度, 满足新的生产发展需要。 棉花生产中存在的主要问题 1生产规模小。2007年在对三个主产棉区146家农户的植棉面积进行调查发现，虽然随着近几年农村外出务工人员的增加，内地部分地方也出现了个别植棉百亩的承包大户，但长江流域和黄河流域棉区的植棉面积仍普遍较小，分别为户均0. 61公顷和1. 09公顷，西北内陆棉区的新疆由于人少地多，植棉规模大于内地，户均植棉也只有3公顷。而美国家庭农场的棉花种植规模约133公顷，乌兹别克斯坦的家庭农场的植棉面积也在8. 6公顷以上。 2品种多乱杂。普查结果表明，平均每户种植1. 4个品种，而且一户种植多个品种的现象相当普遍。由于不同的品种其内在纤维品质(如比强度、麦克隆值等)可能有很大的差别，但在棉花收购时只看外在质量(长度、色泽等)，不测内在品质，因而不同品质的棉花混收在一起，既把高纤维品质的皮棉给埋没了，还给纺纱配棉带来了麻烦。3种植方式和管理水平各不相同。在棉花播种技术上，有人工播种、机械播种和育苗移栽三种方式。在种植方式上，有单作的，有套种的，而且与棉花套种的作物也是五花八门，有小麦、瓜、豆、油菜、蔬菜、花生等。有使用地膜覆盖的，也有不使用的。在田间管理上更是千差万别，有些农户田间管理较为粗放，有些较为精细，这些植棉技术和管理水平的不同.导致即便种植相同的品种，收获的棉花品质也会各异，造成纤维品质的一致性较差，变幅较大。4收购与经营市场混乱，质量难以保证。目前我国棉花收购有三种渠道:农业系统、棉麻公司和个体商户。而且个体商户的收购比例呈逐年上升的趋势，至2005年，一半以上的棉花被个体商户收购。在棉花收购中，等级“一脚踢川、价格“一口清”,GB 1103《棉花细绒棉》国家标准形同虚设。个别企业收购时不分等级，不分干潮，见花就收，甚至掺杂使假、以次充好。特别是小轧花机屡禁不止、屡打不绝，其加工的棉花异性纤维多，短绒率高，回潮率大，降低了优质棉的使用价值，严重破坏了棉花资源和内在质量，影响了国产棉的总体质量与声誉，也给纺织企业配棉带来很大困难。5年度生产波动大。由于我国棉花收购市场的混乱，丰年压级压价，欠年又抬级抬价，使棉花生产出现了供求决定价格、价格决定来年种植面积的“‘周年波动”现象，这种剧烈的波动不仅影响了棉农的植棉积极性，也给纺织业的健康发展带来了消极影响6 有毒有害物质使用量偏高中国在棉花生产中普遍地过量使用化肥和有毒有害的农药等化学物质，在三大主产棉区中，65%以上的棉农使用杀菌剂，除草剂的使用在内地也较为普遍，达到75%以上，西北内陆使用较少，但也有四成的棉农使用。化控剂和杀虫剂的使用比较普及，均达到100%。在棉花的全生育期中化控剂的使用均在3 次以上，治虫次数更在10 次之上，个别农户全程使用农药24次之多，平均4天治一次虫。农药等化学物质的大量使用，既增加了棉花生产成本，造成了环境污染，也给棉花产品的质量安全带来了隐患。 由于野生稻长期处于野生状态，经受了各种不良环境和灾害的自然选择，它们蕴藏的优异基因非常丰富，其中包括抗病虫性(如白叶枯病、稻瘟病、纹枯病、褐匕虱、白背匕虱、叶蝉稻瘦蚊、黄矮病、普矮病)、抗逆性(耐寒、耐盐、耐旱、耐涝)和其它优良胜状(如细胞质雄性不育、功能叶耐衰老、再生性、优质)等基因资源。因而野生稻在育种中具有独特的作用，是水稻育种和生物技术研究的重要材料，是提高水稻生产能力的战略性生物资源，挖掘野生稻特异基因的研究日益受到重视。\\中国野生稻种质资源概况：中国是世界上公认的农作物八大起源中心之一，也是亚洲栽培稻起源地之一，拥有普通野生稻( 0. r}ipogon Griif.)、药用野生稻(0. }icinalis Wall二Watt.)和疵粒野生稻(0. meyeriaruz Baill.)3个种。\\中国的3种野生稻分布：普通野生稻分布于广东、广西、海南、云南、江西、福建以及湖南等省;药用野生稻分布范围相对较小，海南、广东广西、云南均有发现;疵粒野生稻因对生态条件要求严格，仅分布于云南、海南两省。\\中国水稻育种现状：杂交水稻的成功，为中国和世界粮食生产做出了重大贡献，但最近10余年，由于受到杂交水稻亲本遗传基础狭窄的限制，单产出现了徘徊局面，杂交水稻育种在发掘产量潜力方面面临新的形势和挑战，而目近年来，随着全球气候变化，水稻中的抗病基因很容易因致病基因的变化或新的致病基因的出现而丧失抗性。中国农业大学的一项联合对比研究表明，现代栽培稻相对普通野生稻丢失了约1/3的等位基因和一半的基因型，其中包括了大量优异基因，有抗病虫、抗杂草及抗逆基因，也有高产优质基因。因此，随着高产的单一水稻品种的大面积推广，水稻“五病”(稻瘟病、缩叶细菌病、纹枯病、东格鲁病毒病、草矮病)和“四虫”(褐飞虱、大青叶蝉、三化螟、稻瘦蚊)普遍发生。但是，由于水稻栽培种遗传资源的利用已日趋饱和，许多改良品种具有相同或相似的遗传来源，容易造成遗传上的单一性，进一步提高杂交水稻产量潜力必须考虑利用水稻野生近缘种的有利基因库。\\野生稻中的优异基因及利用前景：1．高产基因 2003年，在南昌召开的第1届全国野生稻大会上，与会专家一致认为:未来水稻生产要适应高产、安全和高效的要求，野生稻的开发潜力最大。产量性状是评价水稻品种的一个重要指标，选育高产、优质、抗病水稻品种是育种家们的共同目标。中国国家杂交水稻技术研究中心与美国康奈尔大学的合作研究、国际热带农业研究中心(crrA}对巴西粳稻群体的研究和李德军等的研究表明:普通野生稻是一个重要的有利基因库，其中存在高产QTL，而且借助于分子标记等技术最终可能通过育种程序将这些QTL聚合起来加以利用,提高水稻产量潜力.2.抗病虫基因 彭绍裘等测定了云南普通野生稻、药用野生稻和疵粒野生稻对湖南白叶枯病强菌系的抗性，认为疵粒野生稻的抗性接近免疫。姜文正等通过接种鉴定，发现江西东乡普通野生稻有的对黄矮病免疫，有的对普矮病免疫，有的抗白叶枯病，有的抗稻瘟病。李青等发现广西药用野生稻大多数抗褐飞虱，有些兼抗白叶枯病等。Xa21基因是最有效的抗白叶枯病基因之一，它的成功克隆与利用是野生稻有利基因利用的典范。章琦等鉴定出1个来自普通野生稻的抗白叶枯病新基因Xa23,它是迄今已知基因中抗谱最广、抗性导入效应很强的完全显性的全生育期抗性基因。覃瑞等将荧光原位杂交物理定位技术( FISH)应用于野生稻抗稻瘦蚊基因的定位研究，更精确地揭示了野生稻中抗虫基因的遗传基础。3.抗逆性基因 野生稻种群是经过长期的自然选择遗留下的宝贵物种资源，环境适应性强。如东乡野生稻是迄今世界上分布最北的一种普通野生稻，在1月份平均气温5.20C，极端低温-8. 5℃条件下，能在野外原生境宿根自然越冬，耐寒能力强，而目具有花药长大、茎秆较细、分蘖力强、根系发达、光合作用强、耐旱、抗病性强等优点。广西农业科学院作物品种资源研究所与上海生物化学研究所合作，通过转基因技术，利用广西药用野生稻GX1686育成了高产、优质、耐旱、耐寒、耐衰老性强、再生性强、适应性广和高光效的糯稻新品种桂D1号和桂D2号。此外，利用多年生普通野生稻茎秆伸长的能力，可提高栽培稻在遭受洪涝水淹情况下的适应能力;利用多年生普通野生稻对酸性土壤的耐性，可增强栽培稻抗酸性土壤的能力等。4.细胞质雄性不育基因和恢复基因 刘雪贞等选用经连续回交核置换而含有野生稻不同细胞质源的雄性不育株系与优质、抗病虫、经济性状优良的栽培稻品种进行回交转育,选育出一批优异新质源不育材料。这些材料的不育性稳定,柱头外露率高,且具有优质、抗病虫等特点,较容易配制出早熟、米质优、抗性好、产量高的强优势组合,是杂交水稻开发利用中有较好前景的新资源材料。　5.稻米品质 野生稻的稻米中蛋白质和赖氨酸含量较高，大部分野生稻米粒细长，腹白少甚至无腹白，多为玻璃质，米粒坚硬不易断裂。如广西药用野生稻不但外观品质好，且蛋白质含量均在11%以上，有的高达16%，是优质育种的好资源。\\利用前景：袁隆平院士倡导的超级杂交稻研究计划，将理想株型塑造与杂种优势利用有机结合，是保障粮食安全的有效途径之一。野生稻中蕴藏的大量优异基因，不论是在株型育种、远缘杂种优势利用，还是抗性育种等方面，都存在着巨大的潜力，因而有可能应用于培育超级杂交稻组合。育种家们在利用野生稻与栽培稻进行远缘杂交和基因渗入来丰富栽培稻的遗传基础，培育高产、优质、抗(耐)胁迫环境的栽培稻品种方面，有许多成功的例子。如庞汉华等利用野生稻与栽培稻杂交后代花药培养技术培育出的96- 34，具有野生稻亲本的高抗稻瘟病特性，可以作为稻瘟病抗源。赵炳然等利用野生稻DNA导入栽培稻技术选育出新的品种等。