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内蒙古丰垦种业有限责任公司的早熟玉米育种现状及展望


董事长、总经理  徐万陶

    随着种植结构的改变和农业产业化的调整,玉米品种的研发和生产已经出现了迅猛发展的势头,在粮食生产上过去是中晚熟品种占据着主要位置,而在近几年由于产业结构的调整,早熟区玉米品种的种植越来越形成规模,对粮食产量的增长也起着决定性作用。因此,对早熟品种的研发和生产也提出了更为严峻的课题。
一、我国早熟玉米生产的发展现状。
(一)生产发展现状:我国早熟玉米主要分布在东北、华北和新疆北疆春玉米生产区,全国种植面积800万hm2以上,占全国玉米种植面积的21.0—22.0%。发展速度以黑龙江省最快,北部四、五积温带退油、麦、豆增加玉米种植面积。黑龙江省2005年玉米种植面积273.0万hm2,2014年种植面积达到738.1万hm2,增加了465.1万hm2,增加的面积主要为早熟玉米种植面积。其次内蒙古2006年玉米种植面积为185.1万hm2,2013年达到314.27万hm2,增加了129.17万hm2,增加面积最大的为呼伦贝尔早熟玉米区。黑龙江省和内蒙古两省区增加玉米播种面积达到594.27万hm2,以80%为早熟品种增加面积计算仍为475.4万hm2,东北华北春玉米区各省早熟玉米播种面积也有增不减。
(二)国内早熟玉米品种选育情况:早熟玉米播种面积增加迅速,进而对玉米新品种的需求和品种更新速度的加快。现实中种质资源创新到新品种的研发审定明显滞后。生产中应用的早熟品种冀承单3、龙单13、绥玉7和哲单37沿用了近二十年,而黑龙江三、四积温带国外引进品种德美亚1、2、3一统天下。目前国内育成品种不少,尚没有成气候,近期内难于撼动德系品种的霸主地位,这是一个不争的事实。
从我们目前掌握的信息看,国内众多早熟育种单位早已将目标盯住德系品种,已有一批苗头品种进行试验、示范,有些品种的优良性状超过德系品种。不久早熟玉米品种更新速度将会加快,产量和品质将会大大提升。
二、丰垦种业早熟玉米育种概况:
(一)丰垦种业简介:丰垦种业为民营股份制企业,注册资金3007.26万元,是一个集中早熟玉米育种生产、加工和销售为一体化的良种企业,企业坚持“诚信打造品牌,创新展示未来”的发展理念,以雄厚的科研实力开拓出“兴垦”系列玉米新品种的一条黄金路,以坦诚为民的心地铸就“兴垦”牌品种新天地。至今已有“兴垦”系列17个品种通过审定,其中有两个品种(兴垦3号、兴垦10号)通过国审,也是内蒙古自治区唯一拥有国审品种数量最多的种业公司。
(二)早熟品种的界定范围:根据内蒙古和黑龙江等北方省份玉米种植情况,丰垦种业将早熟玉米范围界定为出苗至成熟≥10℃活动积温1800—2300℃之间,细分为超早熟品种1800—2000℃,一般指五、六积温应用品种;极早熟品种2000—2200℃,一般指四积温和三积温下限的品种;早熟品种2200—2300℃,一般三积温带品种。
(三)种质资源的研发、创新技术和措施:
玉米育种重在选系,贵在组配。选育出具有创新性育种资源是首要任务。丰垦种业自1996年开始对早熟玉米种质的收集、整理和改良,并开展了早熟品种的选育,取得了一些科研成果。丰垦种业选系现仍以传统的常规育种为主要技术,通过多种渠道,丰富种质资源基因库,增加杂交种组配的选择性和优良基因出现的概率。
1、一环系法:此法主要收集和整理极早熟农家品种,挖掘农家品种的特殊优良基因。用一环系法已选育出极早熟自交系W618和W682、已应用,并选育出丰早303(已审)和丰早304、丰早301。极早熟农家品种特点是生育期极短、群众称为“火苞米”,极耐低温且发苗快,有的具有较高的配合力。圃内尚有从俄罗斯、内蒙古和黑龙江等地收集的农家品种200余份已达稳定状态,进入测试程序。用一环系法选于农家品种种质材料≥10℃活动积温多在1700—1800℃范围,育种中多用于做父本。
2、二环系法选择自交系方法,这是常用的方法,时间短,见效快,丰垦种业选用优良单交种和三交种开展选系。
利用美系杂交种先玉335二环系法选择出高配合力的K334和K306 两个自交系。经测定K334归类为瑞德改良系,与PH6WC遗传距离为0.5000,K306归类为兰卡系,与PH4CV的遗传距离为0.2500。
利用美系杂交种X1150X二环系法选育出XT40和XT165等自交系已在组配中开始应用。
2004年引进欧洲三交种经过十余代的南繁北育,已选择出一批很有利用价值的极早熟种质资源,很多优良性状是国内种质不具备的。具有配合力高、早熟性好、茎秆柔韧性好、根系发达、脱水速率较快且较抗叶斑病等特点。用这批材料已组配出一批很有开发前景的优势组合。
3、对已育成自交系循环组配不断实现优良基因的积累。对已育成的自交系,经应用进行综合评价,根据应用前景期望,进行改良和提高,实现优势等位基因的积累。用自选K161与外引系扎917组配经过十余代的选择,选育出K454自交系,归类为兰卡系,表现为极早熟(出苗至成熟1950℃),配合力高,具有抗丝黑穗病的同时又有较好的抗叶斑病的性能,已用其育成了多个品种。为了提高其抗倒伏能力,选择兰卡系抗倒性好材料导入增强抗性,在巩固和保持原优点的基础上具有抗倒伏好种质资源。为了增强K167-1的抗灰斑病性能,导入抗病性强的K22予以进一步改良。
4、用多个自交系组配的综合种选育新系方法:1989年引进当时比较优良自交系组配的半成品杂交种进行重新组配,实现了多个自交系组成的综合种,进行选系,最终选择K167-1优良自交系。
系谱为:掖478×掖502→C90-2,矮金525×掖106→掖52106,再用C90-2×掖52106→K167-1。K167-1为瑞德改系(PA群),归类相似度0.898,K167-1是国内不多见的早熟瑞德改良系种质。具有瑞德类种质配合力高的优点外,还含有br-2矮秆基因,用其组配的杂交种均为中矮秆抗倒性好的中早熟品种。
5、寒温种质资源导入热带血缘种质选育新型种质资源。目的是将热带血缘种质抗叶斑病、根系发达、茎秆坚韧品质好的优点导入寒温带材料中,导入热带血缘以25%的比例掌握〔(A×B)×B〕,现已经过8代选择达到稳定状态,进入后期测配。
6、利用“群制”法对众多姊妹系进行测交、筛选(改良的不完全双列测交法)。一父多母组成若干群,这种方法简便易操作,大大减轻工作量,可以得到更多杂交种用于多点试验。
7、 “两极育种法”是选育极早熟品种行之有效的途径。晚熟种质熟期长、丰产性好,用其作母本,极早熟种质生育期短,但制种产量低,用其作父本,组配晚×极早组合,杂交种优势显著,熟期极早至早,制种产量较高。主要难度是制种时母本和父本错期播种要认真掌握,避免花期不遇。如丰早303制种母本3—4叶种父本(分期),丰垦139制种母本5叶时种父本(分期)方能达到正常授粉。
(四)种质资源的创新和新品种选育成果:
1、种质资源的创新成果。经过二十余年的努力现已积累各类育种资源6000余份,其中早熟、极早熟资源4000余份,有的极早熟和具有特殊优点的种质资源为国内稀有资源。丰富的种质资源为新品种的选育奠定了坚实的基础,确保市场需求的品种能及时推出。
2、突出的自交系:所谓“突出”即自交系具有很高的配合力(一般配合力和特殊配合力),同时自交系本身具有制种产量高,综合抗性好的诸多优点。
①K454:改良兰卡系。用K454组配的杂交种已审定了极早熟和早熟品种5个,有丰垦10号(K454×改良法F2),金垦10号(K454×Z101),丰垦008(K454×扎461),丰垦117(K454×K580T),丰垦139(K334×K454),尚有一批用K454组配的材料正在试验中。
②K167-1,改良瑞德系。丰垦种业已用其育成了兴垦3号(国审)、兴垦5号、兴垦6号,其他单位也用它育成了若干个品种,兴垦3号2009年至今是农业部东北春玉米区推荐品种,已累积推广面积超过3000万亩,为国家粮食安全做出了贡献。
3、育种成果。现已累积审定玉米品种17个,其中2个国审,品种分别为兴垦3号(K167-1×改良MO17)和兴垦10号(兴垦自矮1134×Z101),是内蒙古唯一具有2个国审品种的种业公司。多数品种由新研发出的种质育成的。有5个品种获得农业部植物新品种权证:有兴垦3号、兴垦10号、兴垦7号、丰垦008、丰早303,3个自交系新品种权申请公告:K454、W618、K497。


新育成种质育成品种一览表

 育成
自交系

 自交系

类型:极早熟

 自交系

类型:早熟

自交系

类型:中早熟 

育成 

品种

备注 
 W618

 √

   

 1

 丰早303
 W682

 √

   

 2

 丰早304、丰早301参试
 K454

 √

   

 5

 丰垦10、金垦10、丰垦008、丰垦117、丰垦139
 Z101

 √

   

 2

 兴垦10、金垦10
 K167-1    

 √

 3

 兴垦3号、兴垦5号、兴垦6号
 K334  

 √

 √

 1

 丰垦139
 K306      

 3

 参试
 HT40

 √

 

 √

 1

 F100(生试)

 欧杂选

系10个

     

 6

 参试
 18      

 24

 

三、早熟玉米育种工作的轨迹:
玉米育种工作是一个长期坚持的过程,必须有正确的思路,长远的战略眼光,明确发展目标,实施战略规划,始终坚持方能达到预期目的。
(一)明确导向,因地制宜制定育种的战略规划。以国家产业政策《全国现代农作物种业发展规划(2012—2020年)》为导向,以市场需求和国家种业发展的具体指导意见《国务院关于加快推进现代农作物种业发展的意见》(国发[2011]8号文件),因地制宜明确丰垦种业早熟玉米研发的方向,服务对象和发展战略。
(二)研发方向和发展战略:主攻早熟玉米新种质资源的研发和新品种的选育,不求做大,只要做强,把公司建设成为育、繁、推一体化的专业性早熟玉米种业公司。
(三)明确目标,准确定位。品种选育是以中早熟品种以及极早熟品种为育种目标,并向超早熟品种领域拓展,丰垦种业育成的“丰早303”开辟了我国第六积温带无玉米品种的先河,使我国的玉米面积向北推移了一个积温带。种子市场定位在以黑龙江省为主体,以内蒙古东部和吉林省的东部、西部为两翼,辐射河北北部、山西北部和新疆北疆地区,市场涵盖东北华北及新疆北疆7个省区。
(四)坚持专心致志,不浮不躁。育种是一项科学工作,来不得半点马虎,要经得住任何诱惑,坚持一丝不苟、不急不躁、永不懈怠,才是最后的赢家。经二十余年的努力,一步一步坚持至今,才能积攒下如此规模的种质资源。
(五)积极投资早熟玉米育种。现已累积投资5500万元用早熟玉米育种工作,其中南繁工作二十年累积投资1200余万元,玉米研究所投资1400余万元,新品种试验、示范600余万元,基础设施投资2300万元。国家项目投资1050万元,企业自筹4450万元。
(六)加强国内外技术合作,实现信息交流。国内在服务区内建立了广泛的试验网络,品种审定前后积累了大量品种信息资源;对外与俄罗斯布列亚特共和国菲利波夫农科院,与蒙古国东方省农业技术研究中心签定有技术合作协议书,开展早熟玉米品种试验,试验结果双方共享。
(七)举办“草原玉米节”加强了早熟玉米的育种和品种的交流。自2009年至2014年已成功举办了6届,每届都有育种新亮点向外展示。应邀参加活动的有来自国内十余个省市的种业同行、国内资深育种专家及蒙古国东方省农业技术推广中心的专家,活动期间广交了朋友,观摩了早熟玉米的育种成果,探讨了早熟玉米品种的未来发展方向,这一活动也对推广丰垦种业的育种成果起到了直观的引导作用。
四、早熟玉米育种工作的展望:
早熟玉米育种和产业化虽然起步较晚,但由于市场需求强劲,引领了育种工作发展,前景利好。丰垦种业种质资源的积累和新品种的选育工作已步入良性发展的快车道。农业部2014年12月2日召开的国家良种重大科研攻关会提出的良种重大科研攻关三大目标,任务之一是选育推广一批突破性品种。玉米品种选育,主攻抗倒、耐密、脱水快、籽粒硬、苞叶松等适宜机械化收获的几项指标。
在国家“十二·五”发展规划期间,丰垦种业紧跟时代发展的步伐,实施了早熟玉米品种“5800”创新育种工程。即通过早熟玉米种质资源的育成,选育一批具有创新型的早熟玉米品种,要求亩保苗5000株以上,实现亩产800公斤的产量指标,经过努力已实现目标任务。
(一)早熟玉米“5800”创新品种育种目标内容:
1、早熟性:该类品种在东北春玉米区出苗至生理成熟需≥10℃活动积温2100—2300℃为其适宜种植区。
2、综合抗性好,对东北春玉米区主要病虫害田间表现具有中抗以上的水平抗性,如玉米大、小斑病、丝黑穗病、茎腐病、弯孢菌叶斑病等。果穗苞叶包被严密不易受玉米螟危害,苞叶较少而薄,成熟后蓬松、下弯、脱水较快,收获时水分20—25%。
3、耐密植:该类品种适宜种植密度亩保苗5000—6000株,不空秆,不秃尖,内外果穗大小一致,边际效应小。配套科学管理,确保亩产800公斤。
4、抗倒伏:该类品种茎秆坚韧、弹性好,根系发达具有很好的抗倒伏(折)能力。
5、适应性广:该类品种为光温迟钝型,不仅在适宜种植区丰产性好,南移至3000℃高温区同样表现不早衰、不减产、茎叶持绿时间长。
6、适宜机械化生产,株型清秀,株高240—270cm,穗位70—100cm,穗位株高比33—36%,叶片大小适中,穗上叶距大,通透性好,植株体积小,机械作业吞吐量小,提高工作效率。
7、籽实商品性好,籽粒多为半马齿型,角质率高,黄色至橙黄色,百粒重30.0—40.0g。
(二)实现早熟品种“5800”育种目标种质资源的创新:
1、用欧洲多元杂交种二环系法选育极早熟种植资源,2004年引进杂交种已经过十余代的连续自交选择,达到了遗传性状稳定,农艺性状整齐一致。选出的新系有D517-2,D519-2,D520-2,D526-2,D529-1,D532-1,D547-1,D549-1,D569-1,D591-2等十余份性状各异配合力高,综合抗性好的种质资源。
这批欧系血缘种质资源具有配合力高,极早熟,株高80—150cm,茎秆坚韧、弹性好、根系发达、多数雄穗欠发达,花粉量不足,果穗苞叶长,吐丝顺畅,包被严密,品质好,抗倒性好、抗叶斑病、抗茎腐病和弯孢菌叶斑病。
2、美系杂交种先玉335二环系选出的二个自交系K306和K334,K306为改良兰卡系,K334为改良瑞德系,这2个系表现早熟,丰产性好,株高170cm左右,雄穗花粉量中等,百粒重高,茎秆坚韧、根系发达,抗玉米丝黑穗病。
3、用K306和K334分别与欧系杂交种选系组配,杂交种表现很强杂种优势,达到“5800”育种目标所要求的各项经济指标。
(三)应用早熟品种,合理密植,全程机械化作业创高产,科学地解决了早熟与高产的矛盾,是早熟玉米种植区实现稳定高产的有效途径。用欧杂选系与美系杂交种选系组配的杂交种为早熟玉米品种。出苗至成熟需≥10℃活动积温2100—2300℃之间。2012年至2014年对筛选出F4001、F4122、F4159和F4447进行了测试,结果比较理想。2015年布置了更多点次和更大面积的测试。
1、产量及生育期测试。2014年在公司玉米研究所和公司在黑龙江青冈县试验站分别进行试测:
①公司玉米研究的测试结果:试验地≥10℃活动积温2900—3000℃区域

②黑龙江省青冈县试验站测试结果:试验地≥10℃活动积温2650℃区域


2、耐密性测试:通过果穗自外向内各项生产性能测试,了解品种边际效应,耐密程度。从第3个果穗至第10个果穗逐个逐项测试。所测试品种均没有倒伏(折)空秆,秃尖自外向内没有增加,自外向内所测结果生物产量没有规律性下降的趋势,个体之间的差异均在平均值上下浮动,说明测试的品种有很好的耐密性。

五、存在问题
(一)丰垦种业早熟玉米育种还属于低水平常规育种阶段,表现在种质资源没有正规渠道引进和交流,仅靠自身随机获得,带有很大的盲目性;二是种质资源和杂交种的选择仍停留在简单的表现型选择,效率低下,基因型选择和分子育种技术的应用还是比较遥远的事;三是育种骨干技术力量缺乏。
(二)玉米育种资金筹集难度大,小企业很难长期坚持。
(三)超早熟、极早熟和耐密植型品种审定难度大;丰垦种业参试的超早熟、极早熟品种在参试中比对照早熟6—12天,产量难超,耐密植性品种因试验密度偏低,产量没有竞争力;再有超早熟和极早熟的抗性鉴定问题,这类品种在适应种植区域因温湿度条件不发病或很轻,在高温区种植发病时已成熟,应该说具有避病功能,建议接种鉴定设在适应种植区并结合田间鉴定。

 

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