东北春玉米区热带种质利用研究

东北春玉米区热带种质利用研究东北地区是中国玉米主产区之一，玉米面积6.0*10000000公顷，占全国玉米面积的10%。素有中国玉米带之称。自建国以来，本地区玉米品种更新经历了地方品种，品种间杂交种，双交种，单交种四个阶段。每次更新使玉米产量提高5%20%。自70年代推广单交种以来，先后推广了吉单101、中单2、丹玉13等品种，为该区玉米生产做出了重要贡献。但由于这些品种应用期过长，品种混杂种性退化等原因，在生产中表现已远不如推广之初。新选育的吉单159、丹玉21、铁丹10等品种产量虽然略有所提高，但适应性、品质、抗性等方面仍然存在许多问题，尤其在进一步高产的关键性状耐密性上，与美国等育种水平较高国家的品种相比差距较大。其主要原因是玉米种质贫乏研究深度不够造成的。近几年由于生产中骨干自交系已反复杂交和多方向选择，血缘关系有些复杂，系铺关系已不太清楚，遗传基础狭窄问题更加突出，导致近年育成的新品种产量与10年前育成品种相比进展不大，仅仅抗性等性状有所改进。随着我国农业生产水平的不断提高，农业投入力度不断加大，迫切需要光能利用率高，品质优良的品种，但仅靠现有种质为基础材料，难以育出适应高投入的突破性的品种。因此必须广泛征集不同生态区的玉米种质，对其深入研究，以全新的育种思路创新玉米育种素材，拓宽遗传基础。1 材料与方法1.1 试验材料1981-1995年先后从泰国，墨西哥国际玉米小麦改良中心引入275份种质，经温光反应鉴定筛选出Suwan、CML40等优良种质用于进一步试验。常规种质以目前生产中骨干自交系Mo17、B73、5003、黄早4、340为基础素材。1.2 田间试验方法将275份热带亚热带种质先后在南宁、公主岭、海南3个地点种植，鉴定筛选出温光反应相对钝感，优良性状较多的种质纳入研究计划。将热带种质在海南育种基地与温带种质杂交，配制出杂交和回交种子，在北方种植研究。群体混粉加工种植6行区，行长5米，混粉50株以上。自交选择种植单行区，行长5米不设重复。种质类群划分随机区组设计，2行区，3次重复，小区面积7.0平方米。由于有些热带种质及热带种质热带种质杂交组合北方不能正常成熟，于1999年和1999年冬分别在北方公主岭育种圃和海南南繁基地同时种植，每区收获5株考种。1.3 测量方法茎秆韧皮强度测定一美国CHATLLON N.YUSA-TYPE719型硬度计测定，每区测5株。叶绿素测定用乙醇丙酮法，丙二醛含量用张宪政提供的方法测定，茎秆粗度用游标卡尺测量长短轴。2 结果分析2.1 热带种质温光反应鉴定经种植观察，鉴定筛选，结果表明适应短日照高温低纬度地区的热带亚热带玉米种质，在高纬度北方种植高度一般较短日照条件下增加0.13.0倍（公主岭），株高的增加主要来源于叶片数的增加，节间伸长的贡献也较大。研究还表明，热带种质对光照反应敏感，其敏感程度雌穗大于雄穗，穗位大于株高行粒数大于穗行数。但不同材料间差异显著。2.2 苗期净同化量分析苗期净同化量反应出一个品种的早发性。早发性好，苗期净同化量大，前期迅速繁茂形成较大光合叶面积，减少光能损失，有利于高产。由表1可以看出，温带种质*温带种质（简称温*温下同）苗期净同化量最高，热带种质*热带种质（简称热*热）次之，热带种质*温带种质（简称热*温）最低，但后二者差异很小。从地上和地下净同化量对比分析可知，地上和地下表现趋势相反，温*温苗期地下生长量大，地上小。热*热地上大地下小。热*温居中。由此说明热*热的净同化量主要用于地上部生长，有利于地上光合叶面积的增加，提高前期光能利用率。前期地下部生长量少，可能是对低温反应的一种表现。温*温苗期光合净同化量主要用于地下生长，可能是春季干旱条件下，对干旱的一种适应反应。从总净同化量看，苗期热*温并不存在明显优势。表1 苗期净同化量（6月14日取样） 单位：g品种类型地上净同化量地下净同化量全株净同化量热*热5.5661.9007.466温*温5.4902.1647.658热*温5.5031.9447.4472.3 茎秆韧皮强度分析从表2可以看出，决定茎秆品质的主要性状茎秆韧皮强度，不同材料间杂交明显不同，热*热最高，热*温次之，温*温最低。说明热带种质对改良茎秆品质，提高抗倒能力极有利用价值。从变异幅度看，温*温的范围最小并且上限最低。因此可以认为仅靠温带种质大幅度改良当前玉米种质的茎秆强度，有一定难度。表2 茎秆韧皮强度 kg/0.01项目热*热热*温温*温平均值8.7586.2053.657变幅5.12-12.153.32-9.522.14-5.082.4 茎秆粗度分析茎秆粗度是茎秆抗倒能力的重要指标。表3表明地上第二节的茎秆粗度长轴和短轴趋势一致，都表现出热*热最粗，热*温居中，温*温最细。说明热带种质是茎粗性状改进的优良素材，充分利用热带种质，采用不同的改良方法，可改进当前育种素材的茎秆品质。从长短轴比值可以看出，热*热的比值最小，温*温最大，说明热*热的茎秆接近圆形，而温*温的茎秆接近椭圆形。从机械力学的角度看，热*热的抗折能力最强，而椭圆形的温*温相对较弱。因此进一步说明热带种质从其茎秆形态结构上具有良好的抗倒折能力。表3 茎秆直径（cm）杂交类型长轴（a）变幅短轴（b）变幅a/b热/热3.0002.78-3.262.7262.52-3.041.1005热*温2.9262.68-3.322.5962.36-3.001.1271温*温2.8822.44-3.22.4602.10-2.881.17152.5 叶绿素含量分析灌浆后期叶绿素降解量直接影响后期光合作用能力，后期叶绿素含量高叶片持绿性好，源充足。由表4可见，不论是叶绿素总含量还是叶绿素a叶绿素b含量都表现出从热*热到温*温逐渐减低的趋势。但从a/b的比值可以看出叶绿素b降低幅度大于叶绿素a因此热*热表现出叶色浓绿，温*温呈淡绿色。说明热*热授粉后35天的光合作用有较充足的源，而温*温相对较弱。进一步说明了热带种质具有后期源库关系协调，供应能力强，活秆成熟的特点，从而减少后期光能损失，有利于提高容重改善商品粮品质和提高产量。表4 叶绿素含量 mg/g杂交类型叶绿素a变 幅叶绿素b变 幅总叶绿素变 幅a/b热*热2.1331.646-2.8910.7920.669-1.3083.1052.315-4.1992.194热*温2.0701.340-2.6410.9040.555-1.1872.9721.895-3.8272.290温*温1.9251.648-2.1740.8160.675-0.9272.7412.303-3.0172.359注：授精后35d取样2.6 丙二醛（MDA）含量分析在植物衰老机理研究中，一般认为SOD是抗衰老的一个生理指标，而SOD清除活性氧的代谢产物MDA含量也可作为一个衰老指标。为进一步研究灌浆后期的抗衰老能力，测定了授粉后35d的MDA含量（表5）。结果表明，热*温含量最低，热*热最高，说明热*热清除活性氧多，而热*温清除活性氧量少。前人研究结果认为MDA含量高，衰老程度大。本研究结果与前人的结果不一致，热*热MDA含量最高，但实际衰老程度小。至于为什么出现不同的结果，有待于进一步深入研究。热*温MDA含量最低，表明热*温后期衰老的程度较低，有利于光合作用。由此说明通过热带种质倒入可延迟衰老，保证后期源的供应能力，是进一步改良高产亟待改良性状后期活秆成熟的有效改良方法。表5 丙二醛含量（受精后35天取样）热*热变 幅热*温变 幅温*温变 幅93.54970.466-123.95878.75553.965-120.77884.14772.096-97.3872.7 灌浆速度分析由表6可以看出，授精后20天与授精后40天的灌浆速率趋势一致，均为热*热，热*温，温*温依次增加，说明灌浆速率温带种质时间短而集中，相反热带种质持续时间较长，如达到相同的干物质积累量，需要的灌浆时间相对较长，这样可缓解源向库的转移量，使光合产物向根部输送，保证根不会饥饿而早衰，减轻由于养分集中向库输送而产生的茎腐病发生程度，有利于后期灌浆，这可能是热带种质提高容重和产量改善商品粮品质的一个重要原因，从不同时期的灌浆速率看，20-40天的灌浆速率热*温最大，并且变异幅度也较宽（4.124-8.060），说明20-40天热*温在灌浆速率性状上优势明显。这对改良产量性状是有益的。表6 灌浆速度天 数热*热变 幅热*温变 幅温*温变 幅0-201.3440.536-1.8312.4201.442-3.2463.0162.470-3.73621-404.9183.149-6.4646.1614.124-8.0606.0144.420-7.1060-403.0991.843-4.1484.2912.890-5.5124.5153.676-5.5743 讨论与结论利用热带，亚热带玉米种质创新育种素材，在国内外的育种实践中已被证明是一种行之有效的途径。美国先锋公司利用低纬度外来玉米种质选育的78599，JK108等引入我国试种，在吉、辽、晋、陕、川等表现均为突出，尤其在抗病性，茎秆强度，叶片持绿性上明显优于我国现有种质。中国农科院作物所利用外引的QPM群体选育的中单9409等杂交种在我国许多地区均表现出高产，抗病，优质等特点，展示了热带亚热带种质利用的广阔前景。本研究结果表明：（1）温*温的苗期净同化量最高，热*