从事紧凑型玉米育种的回顾与展望

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1.2证明了紧凑型玉米杂交种能突破平展型玉米杂交种的产1.2证明了紧凑型玉米杂交种能突破平展型玉米杂交种的产量高限首次选育出紧凑型高产玉米杂交种在进行玉米高产攻关的同时，我们认识到玉米高产主要靠品种，只有育出高产品种，才能创出高产。因此，我们决心学习搞玉米育种，并于1973年开始进行玉米育种工作，在莱阳农学院刘恩训教授的支持下，于1978年选育出紧凑型玉米自交系掖107，在海南与紧凑型自交系黄早四组配育成紧凑型玉米杂交种掖单2号。并在1979年直接纳入攻关试验种植，产量突破了夏玉米11250kg/hm2大关，单产达11652kg/hm2，此高产纪录震动了整个黄淮夏玉米种植区。此产量的突破是在平展型玉米种植的高限密度情况下的单株穗粒重的突破。经过4年对掖单2号进行不同栽培方式及综合配套技术研究，掖单2号春玉米在72000株/hm2密度情况下，最高产量达13554kg/hm2；夏玉米在63000株/hm2密度情况下，最高产量达到12369kg/hm2。但是掖单2号在密度超过60000株/hm2的情况下的致命缺点是不抗倒伏，这就限制了玉米高产再高产的突破。1.2.2以高抗倒伏的中大穗、中高秆、中晚熟和紧凑型为育种目标针对掖单2号由于不抗倒伏无法再提高产量的矛盾，我们以选择株型紧凑，茎秆坚韧，高抗倒伏的中大穗型、中秆或中高秆中晚熟的玉米杂交种为育种目标，1986年，用按照育种目标育成的紧凑型玉米杂交种掖单6号、7号、9号培创高产田，分别获得了单产14431.5kg/hm2，13428kg/hm2和14148kg/hm2，首次突破了14250kg/hm2高产大关。这类品种株型紧凑，抗倒性强，在种植密度达到75000株/hm2以上时，随密度的增加果穗变小，单株穗粒重明显下降。在种植密度达到97500~105000株/hm2时没出现严重倒伏和严重空秆现象，但由于单株生产力明显下降，达不到再高产的目的，产量不能突破15000kg/hm2。1.2.3紧凑大穗型玉米育种目标的提出与实践在总结前段经验的基础上，我们提出了选育15000kg/hm2高产品种的目标，即选用多基因控制的致矮性遗传传递力较强，根系发达，茎秆坚韧，抗病、子粒大、粒重高的高配合力的紧凑型玉米自交系组配成紧凑大穗型玉米杂交种。利用多基因控制的致矮性遗传传递力强的玉米自交系，解决了高产品种因为增加密度和加大肥水供应而引起的群体植株偏高导致倒伏的危险性，并保证在75000株/hm2时，叶面积指数达到5.0的情况下，有抗拒7〜8级大风的能力。只有在较大叶面积指数和抗倒的前提下，才能通过延长绿色叶面积持续期和增强叶片光合生产率，来增加群体“源”的供应量，同时育成的品种必须穗子大、子粒大、粒重高，能保证光合产物有足够的“库”存贮起来。根据育种目标，又经过三年六代的育种与培创玉米高产田的研究，终于选育出了多基因控制的致矮性遗传传递力强、株型紧凑、高配合力的478自交系，育成紧凑大穗型杂交种掖单12、掖单13，1989年培创夏玉米高产田，掖单12、掖单13产量分别达到16062.15kg/hm2和164444.35kg/hm2。首次开创了我国夏玉米亩产超吨粮和一年两作（其中小麦7275kg/hm2）全年总产23719.35kg/hm2的高产纪录，实现了亩产过吨半粮的目标。1.2.4发现了紧凑型较平展型高产突破的几个方面在夏玉米区域，在有效创造产量的前提下，紧凑型较平展型玉米杂交种有以下几个方面突破：（1）叶面积指数的突破：平展型玉米杂交种最大叶面积指数一般在3.5〜4.0之间，而紧凑型玉米最大叶面指数可达5.5〜6.0左右。（2）经济系数的突破：平展型玉米杂交种经济系数一般很难能突破0.45，而紧凑型玉米可达到0.55。（3）种植密度的突破：平展型玉米密度一般不能突破60000株/hm2，而紧凑型玉米可达到75000~90000株/hm2°（4）在较高密度情况下单株生产力的突破：平展型玉米在60000株/hm2的高限密度下，平均单株穗粒重一般不超过175g，而紧凑大穗型的玉米杂交种掖单13在75000株/hm2情况下，单株穗粒重仍可达到210go（5）产量的突破：平展型玉米杂交种产量很难突破10500kg/hm2，而紧凑型玉米杂交种可达到13500~15000kg/hm2以上。（6）增产幅度的突破：通过高产试验证明紧凑型较平展型玉米杂交种单产提高了6000kg/hm2的水平，是玉米产量的大突破，在我国主要农作物的高产增幅当中是最大的突破。1.3改型试验证明了紧凑型玉米的增产作用在黄舜阶研究员和刘绍棣教授的直接参与下，我单位进行了玉米的改型试验，将紧凑型的莱玉1号杂交种和3189自交系等紧凑型的品种的叶片用线拉改为平展型，又将丹玉13、Mo17等平展型的品种的叶片改为紧凑型，结果紧凑型改为平展型的减产20%，平展型改为紧凑型的增产21%，赵明研究员等的改型试验也证明了紧凑型较平展型的增产效果。在继承我国玉米育种理论的基础上，我们不断探索创新，以高产试验的实践为依据提出了“紧凑型+杂种优势”的育种理论：认为紧凑型是增加单位群体光合面积的基础，是充分利用光热资源的根本，“用紧凑型组装成较大的群体光合面积+杂种优势”就可获得高产。同时我们还认为，低密度（45000株/hm2以上）下产量的增长主要靠杂种优势，高产田高密度下产量的提高主要是提高群体光能利用与杂种优势的有机结合。紧凑型玉米适于高密度栽培就是实现提高群体光能利用的一个重要因素。1.4良种良法配套的高产栽培模式培创玉米高产的突破，一是需要高产的品种，二是需要地力和气候条件，三是良法配套和科学管理。我们改变了我国育种与栽培研究学科分立的科研状况，将育种与栽培技术研究融为一体。20多年连续的高产试验和紧凑型的玉米育种工作，进行良种良法配套技术的研究，组装了玉米高产综合技术，自1988年以来，利用自育的紧凑型玉米杂交种连续3年获得夏玉米产量超过15000kg/hm2的高产纪录。与全国众多的栽培专家一起共同研究形成了一整套规范化的高产栽培模式，提出了“以紧凑型玉米杂交种为核心、以播种为基础、以密度为保障、以肥水调控为重点”的技术路线，丰富了我国玉米高产栽培技术理论，开创了一条玉米高产再高产的成功道路。夏玉米高产栽培模式被我国玉米主产区广泛推广应用，推动了我国玉米产量的提高。1990年农业部在莱州市召开了全国玉米生产工作会议，决定在“八五”期间全国推广紧凑型玉米杂交种666.67万hm2，增产100亿kg粮食的奋斗目标。我们选育的掖单12、13两个品种被确定为当时重点推广品种。1.513500~15000kg/hm2产量水平育种目标的探讨高产品种必须从有利于提高光合面积和提高光能利用率着想，以增加密度为主要手段。大量的高产实践和栽培生理研究已多次论证，要选择13500~15000kg/hm2产量水平的夏玉米高产品种必须走紧凑型玉米育种这条道路。其选育目标应该是：适合高密度栽培紧凑型大穗型品种在密度达到75000~82500株/hm2、紧凑型中穗型品种在密度达到82500~90000株/hm2的情况下，必须表现具有抗倒伏和无空秆的能力。1.5.2在较高密度情况下具有较高的单株穗粒重在与产量指标相应的具备肥水和栽培管理条件下，所选育的紧凑型玉米杂交种，必须根据13500〜15000kg/hm2的产量构成因素，在高密度情况下，应具有相应的单株穗粒重的能力，即相应的生产力。紧凑型的大穗型品种在75000~82500株/hm2情况下，相应的平均单株穗粒重应在200〜180g以上，紧凑型的中穗型品种在82500~90000株/hm2情况下平均单株穗粒重应具有180~165g以上的能力。1.5.3株型及穗上叶片角度紧凑型玉米株型已有不少论述，我们认为在大喇叭口期以前的叶片角度应当是开张平展型。抽雄以后的株型要求穗下叶片较为平展呈斜冲开张型。穗上叶片要求上冲直立。整个株型视为“矛”型或“菱”型。穗上叶片以旋状上冲分布，形成一圆锥体型的株型更好；穗上叶的叶片夹角大体是，穗位上叶在20~25°，往上叶片在18~10°较好。我们选育的掖单12穗位上叶是20°，依次往上是14°、13°、15°、13°、8°。正面透视掖单12的株型似一枚“矛”型叶片立在地中。有的品种上部叶片顶端内收，穗上叶片形成的轮廓似圆锥体状。呈这种似葱叶的圆锥体状轮廓的上冲叶片形成的受光状态也是值得探讨的。总之穗上叶片夹角情况以穗位上叶为20°，往上叶片15〜10°较好。以选择有叶舌、叶片上冲的紧凑型自交系进行组配较为理想。1.5.4高抗倒折这是关系高产品种命运的基本条件。是整个高产和整个绿色工厂的基础。在密度达75000~90000株/hm2的情况下，时间标准应从大喇叭口期开始，在8〜9级的大风和暴雨中，表现具有高抗倒折性。要求植株次生根发达，而且要发根早，抗拔力强；穗下节间粗壮；整个茎秆坚韧抗折。要求高抗大小叶斑病、病毒病、丝黑穗病、弯孢菌斑病、青枯病、黑粉病及锈病，确保玉米后期植株的光合面积，达到活秆成熟。1.5.6叶面积指数最大叶面积指数应达到5.0〜5.5左右，成熟时的叶面积指数也应达到3.5〜3.8左右。从最大叶面积指数到成熟时叶面积指数的下降应是缓慢的。1.5.7绿色叶面积的持续期要长高产的品种必须从其内因上考虑其在玉米生长后期保持较高的绿色叶面积的持续期，主要从抗病和内因抗衰遗传机理的表现上进行选育。1.5.8经济系数应保证在0.50以上，一般在0.50~0.55。1.5.9 植株高度矮秆因营养体不足不易获得高产，高秆则风险性较大。我们认为以选择中秆和中高秆较理想，以选择中秆为主要目标。最好是用多基因控制的致矮性遗传传递力较强的自交系作亲本选育杂交种，以避免因高产田肥水过足群体株高整体提高而导致的倒伏现象。1.5.10生育期考虑到在栽培上最大限度的利用光热资源，发挥生育期较长的品种增产潜力大的特点，在生育期上应侧重选择中熟和中晚熟及晚熟品种，而以中熟和中晚熟的生育期较为理想。主要依据生态区光热资源利用的要求来考虑。1.5.11在高密度情况下雌雄协调性要好同一品种在高密度（75000~90000株/hm2）/