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优质专用玉米育种的发展趋势

日期：2008-04-29 来源：盛世金农网

    在全球经济一体化的大背景下，可持续发展战略和农产品生产经营产业化的发展趋势在给发展中国家带来巨大压力的同时，也对农业科学研究的内容、结构与发展方向产生越来越强烈的积极影响。发达国家的农作物育种研究产生了三个明显变化，一是加强种质资源研究；二是品质育种越来越受重视；三是生物技术与常规育种方法紧密结合。这三个变化同样也是专用玉米育种的基本发展趋势。
     一、应用生物技术与常规育种方法相结合，提高育种效率，高效育种技术体系趋于成熟应用生物技术与常规方法相结合，提高育种效率，成为主要技术创新方向。如分子标记辅助选择（MAS）、多基因聚合育种和物理、生化手段等微量快速鉴定与筛选技术。转基因技术与MAS和常规育种方法相结合，创造了许多新的变异类型，扩大了育种研究领域。CIMMYT利用MAS技术选育出耐旱自交系和杂交种；从远缘植物导入普通玉米的无融合生殖技术已取得显著进展。许多国家采用核磁共振技术单籽粒鉴定和筛选高油玉米基因型。美国、墨西哥、巴西、中国、印度等国科学家采用ELISA方法，在普通玉米背景下鉴定和筛选含有opaque-2基因的优质蛋白玉米（QPM）新材料。我国采用MAS技术选育细胞质雄性不育恢复系以及抗病毒、耐旱和QPM自交系，并取得初步进展。
     玉米育种的首选技术路线是利用杂种优势。高效利用杂种优势的技术基础是根据育种材料的杂种优势反应，划分杂种优势群，建立杂种优势模式。这一原理决定了玉米育种和种质改良的技术路线、基本方法、育种效率和对育种材料的使用原则。
     玉米育种的发展方向可概括为：①构建新型育种材料的杂种优势群和杂种优势模式，加强种质扩增、改良与创新研究，已成为提高育种效率的关键技术；②培育专用品种、改善品质，是参与国际竞争和产业化发展的基础；③应用生物技术与常规育种方法相结合，建立面向大规模商业化育种的高效率、规范化的育种技术体系。
     二、玉米种质扩增、改良、创新是发达国家和国际农业研究机构重点开展的公益性和战略性研究课题  北美玉米种质经历两个世纪的持续改良，有利等位基因频率较高，适合作为商业育种的基础材料，对世界玉米育种产生了重大影响。尽管如此，美国种质仅占玉米基因库的极小部分，缺少优质、抗病、高配合力的新种质已成为进一步发展玉米育种的“瓶颈”。为此，美国的种子公司和研究机构于1995年启动了种质扩增（GEM）计划，并得到国会支持。该计划旨在从拉丁美洲引进热带和亚热带种质资源，经过配合力测定和遗传评价，以半外来种质的形式用于美国玉米带的育种研究。实施该项目增强了玉米育种的技术创新能力，有利于改善玉米品质，提高抗逆性、抗病性和杂种优势水平。因此，美国的GEM计划为玉米育种的突破性进展和可持续发展奠定了坚实基础。
     最近，CIMMYT为适应发展中国家玉米生产的迅猛发展，调整了研究方向和技术路线，组织实施了玉米种质评价、扩增、改良与创新计划，利用先进的育种技术改良世界各国的玉米种质，培育农艺性状优良的自交系、杂交种、群体和基因库。同时CIMMYT与中国农科院、美国Iowa大学、德国Hohenheim大学合作，采用分子生物学技术对育种材料进行遗传多样性分析，构建核心种质的杂种优势群和杂种优势模式。进入九十年代，许多育种机构加强了对逆境如干旱、贫瘠、酸性土壤、盐碱地、高温或低温伤害和各种病虫害的抗性遗传改良研究。
     三、现代玉米产业重视优质专用品种的选育
     在激烈的市场竞争中，随着全球经济一体化和国际分工的逐渐形成，发达国家越来越重视农产品的品质，即商品品质、营养品质、加工品质和卫生品质（食物安全性）。随着加工业的发展，各类专用品种应运而生，例如高支链淀粉和高直链淀粉专用品种，高油玉米和普通高淀粉玉米专用品种等。发展中国家则特别重视研究和推广饲料价值较高的优质蛋白玉米。
     优质蛋白玉米富含赖氨酸和色氨酸，是优质饲料专用玉米，用作畜禽饲料可提高玉米利用效率15～30%。美国1963年开始研究高赖氨酸（opaque-2）玉米，1974年以后，CIMMYT基本解决了品质与产量的矛盾，并正式定名为优质蛋白玉米（QPM）。墨西哥是玉米进口国，为了解决饲料玉米供不应求的问题，从1999年开始的4个财政年度内，墨政府将投入1.5亿美元资助QPM的研究与推广。巴西、加纳、南非、印度、莫桑比克、危地马拉、萨尔瓦多等发展中国家越来越重视QPM的研究与开发。我国QPM育种研究起步晚，但发展很快，育种技术居世界领先水平。最近美国又提出营养平衡型玉米的新概念，旨在充分提高玉米资源的利用效率，减少动物粪便对环境的污染。
     美国淀粉加工和生物乙醇工业带动了高淀粉玉米育种和生产，培育了淀粉含量75%左右的玉米杂交种。美国伊利诺州立大学研究高油玉米历史悠久，经过一个世纪的遗传改良，IHO高油玉米的含油量已超过22%。1956年合成的ASK高油玉米群体经过27轮改良，含油量已接近22%，成为选育高油自交系的主要种质来源。我国八十年代开始高油玉米育种研究，近年来发展较快，群体的含油量达到13～15%，杂交种的含油量8%左右，达到世界领先水平。
     美国玉米杂交种主要是淀粉含量较高的马齿或半马齿型品种，工业出粉率稳定在70%以上，深受淀粉企业和饲料工业的欢迎。我国东北地区向韩国出口的玉米，由于出粉率较低，售价比美国转基因玉米还低5美元/吨。最近，我国玉米出口不畅，主要原因是质量不合乎淀粉工业的要求。
     四、注重高产高效“超级”品种选育
     绿色革命以后，可持续发展战略使人们意识到，农业生产不单要提高产量潜力，还必须给农民带来较高的经济效益；因此作物育种更要提高效率、节省资源、保护环境和增加农民收入。超级稻和超级玉米的概念正是在这种背景下产生的。美国的生产条件较优越，育种目标侧重于耐密植和综合抗性的提高，1999年创造了亩产1650公斤的玉米高产世界新记录。CIMMYT针对发展中国家的主要限制因素，提出了特别耐旱、耐贫瘠的超级玉米新概念。从种质资源的扩增、改良、创新入手，利用杂种优势模式，系统地选育自交系和杂交种。最新发表的一系列研究表明，在过去70年里美国玉米杂交种的单株生产力没有明显提高，而提高生产力的主要原因是增强了耐密性与抗逆性。因此，进一步提高产量的最大潜力在于耐密性和抗逆性。CIMMYT在极端苛刻的条件下培育的耐旱、耐贫瘠、抗病虫自交系和杂交种，正在一些国家进行试验。
     五、育种技术创新推动产业化发展
     种业是现代农业的核心。发达国家已形成玉米科研、生产、流通、加工、贸易的产业化体系，玉米品种实现了优质、专用和多元化；政府支持的公益性研究与企业投资的商业育种行为合理分工，密切合作，形成了完善的育种研究体系；在竞争中积累了雄厚的技术、资金、人才和资源优势，进一步推动技术进步，诱导企业之间的兼并浪潮，形成了强大的跨国种业集团。种子产业内部竞争激烈，资本运作的力度越来越大，科研投入也越来越多。大型跨国公司都把经营收入的10%左右投入科学研究，如先锋公司每年用于玉米育种的科研经费达2亿多美元。我国在玉米种质改良、高产新品种选育方面取得显著成效，初步形成了有利于种子产业化发展的技术市场，完善了与国际接轨的知识产权保护法律体系，因而吸引了大量非政府资金投入育种研究和种子产业。少数企业已初步具备商业化育种的实力和条件，但缺少足够的人才和技术储备。

优质专用玉米育种的发展趋势

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