玉米植物學(xué)性狀與育種目標(biāo)性狀的相關(guān)性深度分析
國科農(nóng)研院
我們在玉米育種過程中,要面對眾多的植物學(xué)性狀,這些植物學(xué)性狀哪些與我們的育種目標(biāo)性狀有比較大的相關(guān)性?哪些植物學(xué)性狀與育種目標(biāo)性狀之間有關(guān)聯(lián)?我們?nèi)绾瓮ㄟ^觀察植物學(xué)性狀的表現(xiàn),來分析和預(yù)判與之有關(guān)聯(lián)的育種目標(biāo)性狀的表現(xiàn)?如何由玉米田間表現(xiàn)出的植物學(xué)性狀,來選擇出符合我們育種目標(biāo)性狀的個體材料?通過總結(jié)我們30多年的育種實踐和經(jīng)驗,做出以下論述: 一 玉米苗期的耐寒性與葉色的相關(guān)性 與玉米苗期耐寒性相關(guān)的植物學(xué)性狀,我們應(yīng)從玉米葉片的顏色來判斷。耐寒的品種,葉色表現(xiàn)正常綠色;不耐寒的品種,葉色會表現(xiàn)出紫色。葉片紫色,從玉米生理學(xué)角度來看,是缺磷癥狀的表現(xiàn)。實際上是由于品種不耐低溫,在低溫下,玉米根系發(fā)育遲鈍或受阻,根系吸收功能差,首先表現(xiàn)出缺素癥狀。耐寒性好的品種,則在低溫下根系發(fā)育正常,吸收功能正常,幼苗生長正常。 耐低溫的九圣禾2468和不耐低溫的xxx品種 二 玉米抗倒性與根系,莖稈粗度、硬度、韌性,穗位,葉片流體動力學(xué)結(jié)構(gòu)的相關(guān)性 1.玉米根系發(fā)達(dá),則抓地牢靠,吸收功能強大。玉米長勢健壯,尤其氣生根發(fā)達(dá),一般人都認(rèn)為該性狀是抗倒性的關(guān)鍵因素。但本人認(rèn)為,該性狀與抗倒性有相關(guān)性,但不是主要因素。因為玉米倒伏,少有玉米連根拔起的。 2.莖稈的粗度。莖稈越粗,好像越強壯,與抗倒性呈正相關(guān)。但本人認(rèn)為,該性狀也不是抗倒性的主要因素。如果沒有韌性,很容易被大風(fēng)折斷。 3.莖稈的硬度一般都認(rèn)為莖稈越硬,抗倒伏能力越強,這種認(rèn)識不完全正確。在狂風(fēng)暴雨情況下,土壤水分大,土地濕軟,莖稈過硬而沒有韌性的品種,極容易發(fā)生根部倒伏。 4.莖稈的韌性,莖稈的韌性越好,則抗倒伏能力越強,這個因素比較重要。 5. 穗位高低。穗位高,重心高,容易倒伏;穗位低,重心低,抗倒性增強。 6.葉片結(jié)構(gòu)。過去我們育種觀察抗倒性狀,都注重前面5個因素,很少有關(guān)注葉片流體動力學(xué)的形態(tài)結(jié)構(gòu),從流體力學(xué)角度來分析該性狀與抗倒性的關(guān)聯(lián)。先玉335上部葉片,又寬又厚又直立,刮大風(fēng)情況下,風(fēng)力直接作用于上部葉片,葉片又把風(fēng)力直接傳導(dǎo)莖稈上部,在撬杠原理作用下,就很容易把玉米刮倒伏。如果葉片葉波比較大,呈螺旋狀,加之葉片柔軟,大風(fēng)不論從那個方向刮來,葉片受力以后,都會通過葉片自身的變形,化解掉風(fēng)力,不會把風(fēng)力傳導(dǎo)到莖稈上而導(dǎo)致倒伏。葉節(jié)間距大,通透性好,抗倒性則強,就像會打“太極拳”一樣。例如九圣禾2468,它的葉片結(jié)構(gòu)就是這樣,所以其抗倒性特別強。 筆者認(rèn)為,關(guān)于抗倒性因素:葉片形態(tài)結(jié)構(gòu)>葉間距>莖稈韌性>穗位高低>莖稈粗度>莖稈硬度>根系發(fā)達(dá)。 三 玉米結(jié)實性 與玉米結(jié)實性有關(guān)聯(lián)的生物學(xué)性狀有以下幾個: 1.花粉量、花粉活力、花粉散粉時間長短。 花粉量大,與結(jié)實性呈正相關(guān)。但是,如果遇到高溫或干旱,花粉沒有活力,量再大也沒有用。花粉活力強、耐高溫、耐干旱,這是最關(guān)鍵的因素。花粉散粉時間拉的越長,對提高結(jié)實性越有利。如果集中在很短時間內(nèi)散粉完畢,對于一致性不太好的品種,吐絲有早有晚,授粉就會受到影響?;蛘咴谙掠昵闆r下也容易影響授粉。在這方面的影響因素:花粉活力>散粉時長>花粉量。 雄花花枝多且長,穎殼飽滿,花粉量就大,花枝越長,散粉時間可能越久,但也不完全這樣。一般散粉從花枝上部向下部逐漸散開,也有個別從中部開始散粉,而且擴展的速度快慢都不一樣。 2.雌穗花絲分布形態(tài)與吐絲快慢 剛吐出來的花絲形態(tài)分布,如果呈爆炸狀,則能夠保證每個花絲都能接收到花粉,這樣結(jié)實性就好?;ńz伸長速度越慢,爆炸狀維持時間越長,就越容易授粉,結(jié)實性就越好。如果在遇到陰雨天氣時不能授粉,花絲伸長速度過快,花絲就容易形成“披肩發(fā)”一樣的形態(tài)。當(dāng)天氣轉(zhuǎn)好,開始散粉時,被“披肩發(fā)”形態(tài)的花絲覆蓋在下面的花絲就難以接受到花粉,影響結(jié)實,很容易形成陰陽棒。 花絲吐絲不暢、伸長過快都不是好現(xiàn)象,在結(jié)實方面可能會有潛在風(fēng)險,應(yīng)該引起注意。 3.苞葉是否過長?口是否過緊?吐絲是否通暢? 根據(jù)一位老師介紹,玉米果穗苞葉的層數(shù)與棒上葉片數(shù)基本一致,由此可以判斷果穗苞葉薄厚,以及果穗脫水的快慢。果穗苞葉的長度過長,口緊,吐絲不暢,會影響結(jié)實;長度過短,玉米果穗容易露尖。長短以剛好包住果穗最好。苞葉長度容易受環(huán)境因素影響,尤其在穗分化階段,遇到干旱或高溫,苞葉發(fā)育與果穗不同步,就容易形成“短裙”現(xiàn)象。類335品種容易出現(xiàn)這種現(xiàn)象。我們應(yīng)選擇在高溫、干旱條件下,苞葉正常發(fā)育的品種。否則品種在黃淮海高溫區(qū)域推廣會有潛在的風(fēng)險。 4.雌雄是否協(xié)調(diào) 一些材料在受到高溫、干旱、或陰雨寡照等逆壞境因素影響時,可能會出現(xiàn)雌雄不協(xié)調(diào)現(xiàn)象。要么花粉散完了,花絲還吐不出來,甚至根本就吐不出來;要么花絲都干了,還不散粉,甚至花枝退化或花粉敗育,花粉根本就沒有活力。 四 玉米耐熱性 1.雌穗在高溫下分化是否正常 觀察高溫條件下與正常條件下玉米果穗的長度、粗度、行數(shù)以及行粒數(shù)是否存在較大的差異。沒有大的差異,就說明耐熱性好;差異過大,則說明不耐高溫。 2.雄花在高溫下分化是否正常,活力是否正常 在高溫條件下,觀察雄花花枝數(shù)目及長度是否正常,散粉是否正常,檢查花粉是否有活力。 3.雌雄是否協(xié)調(diào) 在高溫條件下,觀察散粉開始時間與吐絲時間是否協(xié)調(diào)。散粉早,吐絲太遲或吐絲早,散粉太晚或花絲活力短,授粉結(jié)實可能會有潛在風(fēng)險。 五 玉米抗旱性 1.旱象出現(xiàn)的早晚 在高溫、干旱條件下,觀察不同品種之間旱象出現(xiàn)的早晚,以及堅持到不可逆轉(zhuǎn)的時間長短。旱象出現(xiàn)早的不一定是不耐旱的,最關(guān)鍵的要看堅持到不可逆轉(zhuǎn)的時間長短。 2.葉片氣孔大小 一般葉片氣孔大的,蒸騰量就大,可能抗旱性差;氣孔小,蒸騰量小,可能抗旱性就強。葉片氣孔大,代謝能力強,具有高產(chǎn)潛力,反之,則產(chǎn)量潛力小。我們要注意協(xié)調(diào)好這一矛盾。也有這樣的材料:在水分充足時,葉片氣孔開大,遇到干旱時又能自動調(diào)節(jié)關(guān)小。這樣即能高產(chǎn)又能抗旱。九圣禾2468玉米品種就具備這種特性,其抗旱性很強,在高水肥條件下產(chǎn)量潛力也很高,所以,它的適應(yīng)性很廣,西北、黃淮海、東華北、京津冀、湖南、湖北、四川都可以種植。 3.根系發(fā)達(dá)及吸收能力 玉米根系越多,扎的越深,吸收功能越強,抗旱性就越強。根系的發(fā)育,受土壤水肥及土質(zhì)影響較大,應(yīng)在同一條件下種植,來比較根系發(fā)育情況,來間接評判抗旱性。 六 耐密型 玉米株型有緊湊型、半緊湊型、平展型等。緊湊程度和耐密型呈正相關(guān)。葉片小、窄,葉間距大,比較有利于耐密。但是,過于緊湊,葉片過于小,其采光少,又對光合作用不利,跟產(chǎn)量性狀相矛盾。最好中庸一下,選擇半緊湊,葉片適中,葉片夾角能夠自動調(diào)節(jié)的材料比較好。也就是說,在密度小時,葉片與莖稈夾角比較大,有利于接受陽光,在密度大時,葉片與莖稈夾角自動變小,不至于田間過于密閉。上部葉片小,柔軟,葉間距大,有利通風(fēng)透光;棒三葉稍平展,有利截住光線不泄露,提高光合效率,以利于增加產(chǎn)量。 七 豐產(chǎn)性 與單株產(chǎn)量關(guān)系最直接的性狀是穗長、穗粗、行數(shù)、行粒數(shù)、千粒重。但與單位面積產(chǎn)量相關(guān)的還有個體產(chǎn)量與群體數(shù)。既要考慮個體產(chǎn)量,更要全盤考慮個體產(chǎn)量與群體數(shù)乘積的最大化。 穗長、穗粗、行數(shù)、行粒數(shù)、千粒重等性狀數(shù)值,受環(huán)境條件影響比較大,應(yīng)該在正常及非正常條件下觀察分析研究。一般穗粗與穗長負(fù)相關(guān),行數(shù)和行粒數(shù)負(fù)相關(guān),穗總粒數(shù)與千粒重負(fù)相關(guān)。 八 商品性 玉米的用途不同,其要求的商品性也不一樣。商品性的好壞不能一概而論,應(yīng)針對市場消費需求而定。隨著社會的發(fā)展,市場需求的不斷變化,玉米商品性好壞也是隨市場需求變化而變化的。不管怎么變化,有一條不變的原則:玉米籽粒飽滿、沒有農(nóng)藥殘留,干凈,破碎少,脫水快,沒有霉變,食用安全。 九 抗病蟲性 我們不可能對所有育種材料做接種抗性鑒定。但我們可以在不同區(qū)域的病蟲害高發(fā)區(qū)種植,采取不做任何防治病蟲害措施的方式,讓病蟲害充分發(fā)生,以此來選擇抗病蟲害的材料。經(jīng)過異地多年份鑒定,可以明確材料的各種抗性。 十 自交系價值的評判 自交系價值如何評判?這個難度比較大。筆者認(rèn)為,有用就有價值,而不在于自交系在田間長的怎么樣。自交系只要具有某些特性,就比較有用,有利用價值。比如,籽粒特別大或長、單穗籽粒特別多、籽粒品質(zhì)特別好、花粉耐熱性強、葉片光合效率高、成熟后籽粒脫水快、抗病強、抗蟲、抗旱、或者能滿足特殊要求的,都是有利用價值的材料。育種的過程,就是通過各種育種手段盡量把更多的優(yōu)良基因聚合到一個個體上,使該個體具有更多的優(yōu)良性狀,更少的缺陷。缺陷少了,就更容易找到可以彌補該缺陷的另一個材料,通過雜交得到優(yōu)良的雜交一代種子。 將分散于各個育種材料的優(yōu)良基因聚合到一個個體上是一個比較漫長的工作。我們可以收集和申請使用最新的已經(jīng)聚集了許多優(yōu)良基因的育種材料,學(xué)會站在巨人肩膀上進(jìn)行研究育種,可以大大縮短育種進(jìn)程,提高我們的育種效率。