王安貴，陳澤輝，祝云芳，郭向陽，吳 迅，劉鵬飛

(貴州省農(nóng)業(yè)科學(xué)院旱糧研究所/貴州省旱糧研究所，貴陽 550006)

玉米是西南地區(qū)主要的糧食、飼料和釀酒原料作物之一，生產(chǎn)上推廣的品種以雜交種為主。種質(zhì)資源創(chuàng)制和新品種培育是有效解決產(chǎn)業(yè)發(fā)展問題的可持續(xù)策略。緊扣當(dāng)?shù)赜衩咨a(chǎn)及生態(tài)環(huán)境對(duì)品種的要求是種質(zhì)創(chuàng)新的前提[1]。結(jié)合不同生態(tài)區(qū)的實(shí)際情況，培育出適合當(dāng)?shù)氐膬?yōu)勢(shì)玉米自交系和雜交種，不僅能促進(jìn)優(yōu)勢(shì)品種的推廣應(yīng)用，還能創(chuàng)新推動(dòng)玉米單產(chǎn)水平的持續(xù)提高，從而滿足生產(chǎn)實(shí)際需求。因此，開展玉米種質(zhì)資源創(chuàng)制，選育自交系顯得尤為重要。育成一個(gè)優(yōu)良自交系不僅為組配雜交種在生產(chǎn)上應(yīng)用，還可以對(duì)其進(jìn)行改良創(chuàng)制出更優(yōu)良的自交系。選育配合力高、多抗、適應(yīng)性廣、品質(zhì)優(yōu)良、自身產(chǎn)量高、符合生產(chǎn)要求的優(yōu)良自交系始終是玉米種質(zhì)改良創(chuàng)新的首選目標(biāo)。

1 選育背景

我國(guó)西南生態(tài)區(qū)近90%的土地為丘陵山地和高原，海拔200～5 000 m，立體氣候明顯，生態(tài)環(huán)境復(fù)雜多樣。該生態(tài)區(qū)屬溫帶和亞熱帶濕潤(rùn)、半濕潤(rùn)氣候，常年春旱、伏旱和秋旱在不同地區(qū)發(fā)生[2]，且病害類型復(fù)雜多樣。一些優(yōu)良溫帶玉米材料在西南地區(qū)因抗病(逆)性較差而不能被直接利用，需要加入一定的抗源材料提高其抗性。Reid(R)×Suwan和Reid×P 78599(P)是玉米生產(chǎn)上的重要雜種優(yōu)勢(shì)模式，其中R類群種質(zhì)代表自交系主要有丹9046、PH 6 WC、鄭58等，其株型緊湊或半緊湊，出籽率高，耐密性較好，抗倒伏性較強(qiáng)。丹9046是丹東市農(nóng)業(yè)科學(xué)院用鐵7922和沈5003為基礎(chǔ)材料育成的自交系，該自交系配合力高，經(jīng)濟(jì)性狀好，與旅大紅骨類、塘四平頭類及P群選系都有較強(qiáng)雜交優(yōu)勢(shì)，以丹9046為親本選育出了一系列雜交種和一批優(yōu)良自交系在生產(chǎn)上得到應(yīng)用[3]。此外，P群種質(zhì)含有熱帶血緣，如9195、P 178、P 138、齊319等作為典型的自交系，表現(xiàn)為株型半緊湊或松散披葉型，籽粒商品性好、對(duì)玉米葉斑病害表現(xiàn)出較好的抗性[4]，即持綠性好，其中9195與丹9046組配育成的雜交種遼丹933，2001年通過遼寧省農(nóng)作物品種審定委員會(huì)審定[5]，該雜交種表現(xiàn)出穗大、抗性好等優(yōu)良性狀。利用P群種質(zhì)和R種質(zhì)的融合選系，一方面可以提高R類種質(zhì)的葉部病害能力；另一方面還能提高P群種質(zhì)的耐密性和出籽率等性狀。

玉米雜種優(yōu)勢(shì)的產(chǎn)生主要是優(yōu)勢(shì)等位基因富集和效益互補(bǔ)的綜合表現(xiàn)，選育出具有優(yōu)勢(shì)的不同類群材料并進(jìn)行類群間雜交，能有效提高優(yōu)勢(shì)基因的富集概率，尤其是在加大群體規(guī)模的情況下，能有效提高優(yōu)勢(shì)基因重組，是培育出優(yōu)良自交系的有效措施，即將優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)雙親中所攜帶更多優(yōu)良基因集中在一個(gè)自交系中。

貴州省旱糧研究所利用所提出的玉米群間選系理論，結(jié)合西南生態(tài)環(huán)境和生產(chǎn)條件，采用雜種優(yōu)勢(shì)較強(qiáng)的Reid×P群模式，以在生產(chǎn)上應(yīng)用較好的雜交種為基礎(chǔ)材料選育優(yōu)良自交系，并將這類改良種質(zhì)稱為PR種質(zhì)。

為此，本著“生產(chǎn)需求、理論指導(dǎo)、育種實(shí)踐”的理念，選用溫帶地區(qū)生產(chǎn)上種植(大群體)的玉米雜交種遼丹933作為基礎(chǔ)材料，按照“早代大群體嚴(yán)選擇、中代小群體寬選擇、高代小群體嚴(yán)選擇”的策略，利用系譜選擇法選育自交系應(yīng)用于生產(chǎn)。

2 優(yōu)良自交系QB 506的選育過程

QB 506是貴州省旱糧研究所利用群間選系理論，以生產(chǎn)上種植的優(yōu)良玉米雜交種遼丹933為基礎(chǔ)材料，通過系譜選擇法，經(jīng)過多代自交分離選育而成的自交系。其選育過程如圖1所示，2004年春從遼丹933 F2代自交分離得到自交果穗，同年冬在海南按穗行種植進(jìn)行自交，收獲時(shí)在穗行中，選中35果穗分別脫粒；2005年春在貴陽種成35個(gè)穗行，并繼續(xù)自交，收獲時(shí)選中14果穗；冬天在海南種成穗行繼續(xù)自交，收獲時(shí)分別脫粒；2006年春又將其種成穗行繼續(xù)自交，收獲時(shí)編號(hào)保存。編號(hào)順序?yàn)镼B 502～QB 512[6,7]，并根據(jù)系譜來源將這類種質(zhì)歸納為PR種質(zhì)。其中，QB 506生長(zhǎng)較健壯，葉色較濃綠，雄穗分枝較少且短，花粉量適中，單穗較大，果穗粗，穗柄與主軸的夾角較小，籽粒大，籽粒黃色。生育期120 d左右，株高222 cm，穗位高90 cm，全株葉片數(shù)18片，穗長(zhǎng)15 cm，果穗直徑5.1 cm，穗行數(shù)12.8行，每行粒數(shù)25.6 粒，千粒重332 g，果穗筒型。QB 506于2015年獲植物新品種權(quán)保護(hù)受權(quán)，受權(quán)號(hào)為CNA 20090364.7。

圖1 自交系QB 506的選育

3 優(yōu)良自交系QB 506的應(yīng)用

3.1 利用QB 506育成雜交種

2007年，組合T 32×QB 506在貴州各地同時(shí)進(jìn)行多點(diǎn)試驗(yàn)和品種比較試驗(yàn)，2008—2009年進(jìn)入貴州省玉米區(qū)域試驗(yàn)及玉米生產(chǎn)試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果達(dá)到審定標(biāo)準(zhǔn)，于2010年通過貴州省農(nóng)作物品種審定委員會(huì)審定，定名為金玉818。2009—2010年進(jìn)入云南省普洱區(qū)域試驗(yàn)及生產(chǎn)試驗(yàn)，產(chǎn)量均居第1位，于2011年通過云南省潽洱市審定[6]。金玉818還在重慶市、四川省、湖南省、湖北省和云南省通過引種認(rèn)定。此外，作為青貯玉米參加了貴州省的區(qū)域試驗(yàn)和生產(chǎn)試驗(yàn)，以及相關(guān)的品質(zhì)分析，達(dá)到青貯玉米審定標(biāo)準(zhǔn)，于2019年通過貴州省的青貯玉米品種審定。金玉818的特點(diǎn)：中抗小斑病、絲黑穗病、紋枯病、莖腐??；籽粒容重 712 g·L-1，粗蛋白8.53%、粗脂肪3.91%、粗淀粉73.65%、賴氨酸0.31%；(全株)鮮玉米粗蛋白7.12%，粗脂肪2.52%，酸性洗滌纖維20.51%，中性洗滌纖維35.52%，淀粉29.1%。金玉818于2015年獲國(guó)家植物新品種保護(hù)，授權(quán)號(hào)為CNA 20090365.6。同時(shí)，2017—2018年度，重慶、四川、湖南、湖北和云南引種成功，在西南山區(qū)玉米應(yīng)用推廣中發(fā)揮重要作用。

2007—2009年組合QB 506×QR 273參加多點(diǎn)試驗(yàn)表現(xiàn)突出，2010—2011年參加貴州省玉米區(qū)域試驗(yàn)及生產(chǎn)試驗(yàn)，產(chǎn)量、抗性和品質(zhì)等達(dá)到審定標(biāo)準(zhǔn)，于2012年通過審定，定名為金玉506。2011—2012年參加國(guó)家玉米西南區(qū)域試驗(yàn)及生產(chǎn)試驗(yàn)，于2013年通過國(guó)家審定[7]。該品種具有中抗大斑病、小斑病、紋枯病和莖腐?。蛔蚜?干基)容重 774 g·L-1，粗蛋白含量9.07%，粗脂肪含量 4.32%，粗淀粉含量 70.16%，賴氨酸含量 0.31%。

2009年用QB 506的姊妹系QB 512作母本，QR 273作父本組配而成的雜交組合青青515。2012—2013年參加廣西區(qū)域試驗(yàn)和生產(chǎn)試驗(yàn)，產(chǎn)量、抗性和品質(zhì)等達(dá)到審定標(biāo)準(zhǔn)，于2014年通過廣西省農(nóng)作物品種審定委員會(huì)審定。

表1 金玉818參試的產(chǎn)量及審定情況

3.2 育成雜交種的特點(diǎn)及其應(yīng)用

金玉818在西南山區(qū)生產(chǎn)上表現(xiàn)出高產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、抗倒、抗病、耐旱、耐寒、結(jié)實(shí)性好等特點(diǎn)，通過試驗(yàn)示范[8-11]，在生產(chǎn)上均有較好的表現(xiàn)，種植戶普遍反映較好，多年連續(xù)被興仁縣作為玉米高產(chǎn)創(chuàng)建項(xiàng)目區(qū)主選品種[12]。在貴州省三都縣周覃鎮(zhèn)進(jìn)行了硬粒型玉米品種密度試驗(yàn)[13]，對(duì)照為正大999，設(shè)置4個(gè)品種4個(gè)密度，在45 000～58 500株·(667 m2)-1的密度范圍內(nèi)，產(chǎn)量均隨密度的增加而增加，金玉818綜合表現(xiàn)最好，長(zhǎng)勢(shì)較強(qiáng)、產(chǎn)量高、抗性好。采用盆栽和PEG處理模擬干旱對(duì)25份玉米種質(zhì)三葉期植株的抗旱指標(biāo)進(jìn)行測(cè)定，結(jié)果表明，選育的QB 506及其雜交種金玉818、金玉506的抗旱指標(biāo)分別達(dá)中抗、強(qiáng)抗、中抗，在25份玉米種質(zhì)中金玉818的抗旱平均隸屬函數(shù)值最大，為0.75[14]。金玉818是適宜干旱較重的西南地區(qū)推廣的理想品種。此外，耐寒性鑒定也顯示，金玉818在25份玉米種質(zhì)中也是抗寒性隸屬函數(shù)平均值最高(0.591 8)的品種[15]。在播種及苗期用除草劑防雜草、免中耕鋤草，金玉818產(chǎn)量最高，為10 142.57 kg·hm-2，比對(duì)照安單3號(hào)增產(chǎn)7.51%，適宜輕簡(jiǎn)栽培技術(shù)的玉米品種[16]。金玉818審定通過以來，至今仍是貴州省玉米生產(chǎn)上的主推品種，并在云南、重慶、四川、湖南和湖北等省(市區(qū))引種認(rèn)定后，得到大面積推廣應(yīng)用。金玉818因其生物產(chǎn)量高和植物品質(zhì)好，于2019 年作為青貯玉米通過貴州省審定，在牧區(qū)種植戶普遍反應(yīng)良好，在生產(chǎn)上被大面積作為青貯種植推廣應(yīng)用。

表2 金玉506參試的產(chǎn)量及審定情況

金玉506在西南山區(qū)在生產(chǎn)上表現(xiàn)出具有抗倒伏、耐旱、耐密、高產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)及商品品質(zhì)好等特點(diǎn)。在2010年的興仁縣玉米超高產(chǎn)栽培示范中，專家測(cè)產(chǎn)最高產(chǎn)量達(dá)16 068 kg·hm-2。通過田間小區(qū)試驗(yàn)，分析施用緩釋肥對(duì)5種玉米品種產(chǎn)量、養(yǎng)分含量、吸收量等性狀的影響，結(jié)果表明，金玉506在產(chǎn)量、產(chǎn)量構(gòu)成因素、生物性狀、氮、磷、鉀吸收量等方面表明最好，產(chǎn)量最高，達(dá)8 615 kg·hm-2。綜合比較，金玉506是最適合貴州黃壤地區(qū)輕簡(jiǎn)化栽培模式種植的高產(chǎn)玉米品種[17,18]。

3.3 以QB 506、QB 512為基礎(chǔ)育成的自交系

以QB 506及其姊妹系QB 512為基礎(chǔ)材料，加入各類自交系或雜交種，采用配子體選擇法[19]、早代異地選擇+S3-S4代單倍體育種等多種方法結(jié)合，育成了一批優(yōu)良自交系。這些自交系大多配合力高、抗病性強(qiáng)、籽粒脫水性好，組配出一批雜交組合進(jìn)行區(qū)域試驗(yàn)和生產(chǎn)試驗(yàn)，并得到各類審定(見表3)。

3.4 優(yōu)良自交系QB 506及其衍生系主成分分析

利用SNP標(biāo)記的MaizeSNP 50芯片對(duì)選育的QB 506及其衍生系與其它類群代表的33份自交系進(jìn)行遺傳分析(圖1)，結(jié)果表明：將33份材料分為四類，第Ⅰ類為QB 506及其衍生系(PR種質(zhì)：QB 2398、QB 2881、QB 2887、QB 2889、QB 1577，PLR種質(zhì)：QB 2896、QB 2894、QB 2902、QB 2919、QB 2937、QB 1540、QB 1545、QB 1558)與P群的P 178，Lan.(L)種質(zhì)的PH 4 CV，R類種質(zhì)PH 6 WC、B 73，Lan.×Reid(LR)種質(zhì)的QB 662、QB 1013、QB 1018的遺傳距離較近，這些自交系聚為一大類，這與系譜來源吻合；且與利用42對(duì)有多態(tài)性的SSR引物對(duì)51份自交系進(jìn)行多態(tài)性檢測(cè)結(jié)果一致[20]。一定程度上反映出育種過程中不同材料的改良選擇方向，這與組建的不同基礎(chǔ)材料所占比例、實(shí)踐選育過程中的選擇環(huán)境和目標(biāo)性狀有關(guān)；第Ⅱ類為Suwan種質(zhì)的T 32、QR 273；第Ⅲ類為Iodent種質(zhì)HCL 645；第Ⅳ類為其它自交系7031、贊S 122、ZH 6218、Mo 17與來自CMMIYT的CML 171、墨黃的雙M 9、地方種質(zhì)的黃早四、5311、安1441。QB 506及其衍生系與Suwan種質(zhì)的遺傳距離最遠(yuǎn)、改良前后的遺傳距離有增加趨勢(shì)，說明與Suwan種質(zhì)有更強(qiáng)的雜種優(yōu)勢(shì)、更容易選育出新的雜交種，與表3所列選育的系列品種用的雜種優(yōu)勢(shì)模式是相符的。

表3 QB 506衍生系組配的雜交種及審定情況

注：縱軸、橫軸分別代表第一主成份和第二主成份。圖1 基于主成分分析的類群劃分結(jié)果

4 QB 506及其雜交種的選育經(jīng)驗(yàn)與應(yīng)用啟示

4.1 群間選系理論的應(yīng)用及其優(yōu)點(diǎn)

群間選系不僅是選育自交系解決生產(chǎn)上應(yīng)用的需求，更是一種可持續(xù)發(fā)展策略、一種優(yōu)勢(shì)種質(zhì)類群的創(chuàng)制。例如，我國(guó)20世紀(jì)80年代末引入美國(guó)雜交種PN 78599，用其作基礎(chǔ)材料選育一批著名的自交系，如18599、丹599、P 178、91-95等，形成了我國(guó)玉米種質(zhì)的雜種優(yōu)勢(shì)新類群，在生產(chǎn)上發(fā)揮巨大的作用；另外，80年代選育的鐵7922、沈5003等都是選自外來雜交種。本團(tuán)隊(duì)育出的優(yōu)良自交系QB 506、QB 1013等正是以群間選系方法為理論指導(dǎo)[6]，選用生產(chǎn)上應(yīng)用較好的雜交種，以F2代種子作為基礎(chǔ)材料，經(jīng)5代選育而成的自交系。群間選系方法與簡(jiǎn)單在群內(nèi)雜交(二環(huán))、回交方式選育相比有以下優(yōu)點(diǎn)： 1) 在系譜來源清晰下，目的性強(qiáng)并容易確定雜優(yōu)模式； 2) 群間有優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)的優(yōu)良性狀多、其優(yōu)良基因頻率高，可選育出更優(yōu)異、更豐富類型的新自交系； 3) 選擇生產(chǎn)上的優(yōu)良雜交種作為基礎(chǔ)材料，可縮短組建材料和雜交種種植、應(yīng)用了早代大群體選擇等環(huán)節(jié)，節(jié)約了育種時(shí)間、減少了人力物力、從而提高了育種效率。

4.2 改良效果

玉米自交系改良，在適宜地選擇方法和強(qiáng)度下，正確的選擇供體能較好地剔除受體的缺點(diǎn)，同時(shí)，保持自交系(受體)的遺傳特性的優(yōu)點(diǎn)[21]，基于群間選系理論，選用不同類型且配合力高的種質(zhì)作為供體，采用配子體選擇法、早代異地選擇+S3-S4代等多種手段，進(jìn)行再改良創(chuàng)制出新的種質(zhì)類群。用我國(guó)生產(chǎn)上大面積應(yīng)用且性狀與其互補(bǔ)的PH 6 WC、QB 1018等優(yōu)良自交系和黔興201(PR)、順單6號(hào)(PL)[22]等雜交種，按不同的比例[23]對(duì)P、L、R類群種質(zhì)進(jìn)行改良，一方面優(yōu)化了PR種質(zhì)，另一方面創(chuàng)制了PLR類群種質(zhì)。選育出QB 2896、QB 2398等一批具綜合抗性強(qiáng)、高配合力、封尖性好、出籽率高、脫水快及適應(yīng)性廣的優(yōu)良衍生系；用9個(gè)QB 506衍生系與QR 273組配9個(gè)組合，金玉506作對(duì)照，分別在貴州貴陽、德江和云南羅平進(jìn)行雜交組合的田間鑒定，增產(chǎn)10%的組合有5個(gè)，改良效果明顯[19]；用其中15個(gè)雜交品種(組合)12個(gè)自交系組配育出(見表3)，它們將在生產(chǎn)上發(fā)揮更大的應(yīng)用潛力。利用不同類群種質(zhì)進(jìn)行改良，其中PLR類群種質(zhì)選育自交系在配合力、果穗封尖性、籽粒商品性和脫水性均得到了提高，如2018年在云南楚雄、2019年在貴州貴定用QB 2896與XZ 50612組配的雜交種北玉1507進(jìn)行機(jī)收試驗(yàn)，其籽粒含水量低、破碎率低，適宜機(jī)械化收獲，適應(yīng)當(dāng)前或?qū)砩a(chǎn)上的需求。

4.3 利用QB 506育成的雜交種在生產(chǎn)上的應(yīng)用

研究團(tuán)隊(duì)本著“生產(chǎn)需求、理論指導(dǎo)、育種實(shí)踐”的理念，選育的自交系QB 506具有配合力高，植株性狀和籽粒品質(zhì)優(yōu)良等特點(diǎn)，它繼承了9195的籽粒商品性和抗病(逆)性及丹9046的株型、配合力、耐密性等優(yōu)良特點(diǎn)。組配選育的雜交種金玉818、金玉506在山區(qū)大面積推廣應(yīng)用效果好。主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面： 1) 屬高產(chǎn)、耐密植型品種，連續(xù)幾年作為興仁縣玉米高產(chǎn)創(chuàng)建項(xiàng)目區(qū)的主選品種，為全縣玉米均衡增產(chǎn)起到很好的示范作用；產(chǎn)量隨密度的增加而增加，且不同密度對(duì)配合力的影響不大。2013年研究顯示，金玉506在3個(gè)種植密度條件下，特殊配合力效應(yīng)值較高、均為正值[24]，這是中親優(yōu)勢(shì)的基因頻率差異互補(bǔ)的很好體現(xiàn)。 2) 屬抗旱、抗寒性強(qiáng)的品種，其抗旱指標(biāo)分別達(dá)強(qiáng)抗和中抗[14]，尤其是金玉818為適宜干旱較重的西南地區(qū)推廣的理想品種；在2013年東部極度缺少雨水情況下，生產(chǎn)上得以較好的體現(xiàn)，具有較好的抗逆能力[15]，這正在西南山區(qū)復(fù)雜的氣候條件所需求的品種； 3) 通過免中耕鋤草、施用緩釋肥等試驗(yàn)研究結(jié)果顯示，金玉818、金玉506適宜貴州輕簡(jiǎn)化栽培模式種植的高產(chǎn)玉米品種[16,17]，節(jié)約了生產(chǎn)上所需的人力物力，有效地解決了農(nóng)村勞動(dòng)力少的現(xiàn)實(shí)問題。