潘 光 堂 四川农业大学玉米研究所

1. 西南地区玉米育种面临的挑战及相应对策探讨 潘　光　堂 四川农业大学玉米研究所 2013.12. 广州

2. 主 要 内 容 一、西南玉米生产及产业概况 二、西南玉米育种面临的挑战 三、西南玉米育种的主要差距 四、西南玉米育种的对策措施

3. 一、西南玉米生产及产业概况 我国三大玉米主产区之一 地处第二级地形阶梯 500万公顷，约占全国1/5

4. ◇西南地区是我国第三玉米生产区；玉米是该地区第二大粮食作物，是目前及今后粮食增产的主力军◇西南地区是我国第三玉米生产区；玉米是该地区第二大粮食作物，是目前及今后粮食增产的主力军 ◇ 西南、特别是四川是我国养猪的传统优势区域，养猪是西南山区农民的主要收入，又是养地、用地的有机质来源 ◇ 西南地区生态恶化，旱情日趋严重，不少地区把大力发展玉米生产作为提高粮食产量的战略措施 ◇ 饲料、粮食、工业原料（酿酒）、鲜食等多元作物；需求量大不，供不应求，供需矛盾日益加剧 一、西南玉米生产及产业概况

5. 一、西南玉米生产及产业概况 （一）西南玉米生产主要生态、生产特点 生态独特 ----地形地貌复杂，立体气候明显，灾害频繁、严重，阴雨寡照 生产条件较差 ----旱土坡地，地块零碎，土壤瘠薄，多靠雨养，病害严重，间套种植

6. 1. 生态特点 地形地貌复杂，气候垂直差异极为显著 山地丘陵占全区土地总 面积的80～90% “一山分四季，十里不同天” 属于典型的立体农业

7. 光能资源、雨热同步情况地区差异大 四川盆地 黔中光照不足 但雨热同步 西部、南部光能资源丰富 但雨热不同步 广西 贵州遵义、湄潭和四川盆地的盆西、盆南日照百分率在30%以下

8. 坡耕地比重大，土层薄 贵州 .四川

9. 山高坡陡，水土流失严重 山高坡陡，土壤瘠薄，极不适宜种植玉米 水土流失严重，种植玉米等粮食会加重影响

10. 陡坡地、土块零碎，不利机械化耕作 山高坡陡，土块零碎，极不适合机械化耕作 缺乏机械行走道路，无法进行机械化耕作

11. 缺素普遍、严重，土壤贫瘠 贵州毕节地区薄土占旱坡地的一半 四川宜宾、攀枝花等地区占40%以上 多黄壤、红壤和石灰土 偏酸、缺磷、黏重、有机质含量低 低贫类型

12. 一、西南玉米生产及产业概况 干旱是西南地区玉米生产最严重的非生物胁迫因素 • 雨养玉米，土层薄，土壤本身抗旱能力极差 • 蓄灌工程建设少且年久失修，工程抗旱能力差 • 季节性干旱严重 川东：伏旱，川中;夏旱，川西:春旱 云南、贵州：春旱、冬旱；广西:春旱、秋旱

13. 一、西南玉米生产及产业概况 西南地区降雨量时空分布极不均衡，常出现干旱、洪涝等灾害。 旱灾尤其频繁，已成为玉米增产增收的第一限制因素 广西 西部山区春旱发生 频率为60%~90% 东部地区秋旱发生 频率为50%~70%

14. 一、西南玉米生产及产业概况 其他生物、非生物胁迫因素多而严重 • 季节性降水多、阵性大风； • 苗期低温，成熟期高温，昼夜温差小； • 病、虫害种类多且较严重 （大、小斑病，灰斑病、穗粒腐病，丝黑穗病，青枯病，锈病；地老虎，蚜虫，玉米螟，大螟，春蟓等）

15. 一年一熟制 冬闲土一春玉米 春马铃薯/玉米 一年三熟制 小麦/玉米/甘薯 粮、经、饲的三熟三作、三熟四作、三熟五作等多种模式 一年两熟制 油菜-玉米 小麦/玉米 马铃薯/玉米 玉米/大豆 2. 生产现状---生产条件复杂多样，生产水平低下 1.耕作栽培制度多样，间套种植面积大 多熟间套种植形式面积大，不利于机械化种植与推广

16. 2.生产条件较差，全区亩产低于全国平均水平 四川 贵州 云南 四川玉米平均亩产

17. 生产现状 生产条件较差，玉米生产水平较低 多民族聚居 农村人口文化科技素质低 农业投入不足，基础设施差，旱地多数无灌溉条件 交通比较闭塞 经济发展相对滞后 施肥水平低，为全国 平均水平的79.2% 全区平均产量 还未达全国平均水平

18. 西南山地玉米产业发展的总体趋势 一、西南玉米生产及产业概况 总体目标: 高产、优质、高效、生态、安全 • 更高产玉米新品种选育—高产是永恒主题 • 满足多元化需要----产业发展趋势 • 机械化种植----玉米生产发展方向 • 安全高效----产业经济社会效益统一

19. 二、西南玉米育种面临的挑战 • 玉米生产面临的生态、环境条件日益恶化 • 从事农业（玉米）生产的劳动力日益缺乏 • 玉米种植面积不可能持续增加，还将下降 • 农业经济增长方式正在或将发生巨大转变 • 国际玉米种业集团进入我国带来的激烈竞争

20. 1. 玉米生产面临的生态、环境日益恶化 干旱是制约该区玉米非生物胁迫最严重因素之一，且日益严重 过去降雨较多的四川、重庆等省、直辖市 近年来也连续发生干旱，且有加重的趋势 2007年四川干旱 2006年重庆干旱

21. 1. 玉米生产面临的生态、环境日益恶化 干旱气候异常是制约该区玉米非生物胁迫主要因素，且日益严重 ㎝ 2010年贵州春大旱 云南近10年平均作物受灾面积达23%

22. 1. 玉米生产面临的生态、环境日益恶化 其他生物、非生物胁迫因素多而呈不断严重的趋势 • 短时降雨频率高、强度大，阵性大风增多； • 苗期低温时间延长，成熟期高温频率增多； • 病、虫害种类增多且呈日益严重趋势 （弯孢叶斑病，灰斑病，穗腐病，纹枯病；椿像，玉米螟等）

23. 1. 玉米生产面临的生态、环境日益恶化 重金属污染种类多且严重，公共安全事故呈恶化态势 我国受重金属污染的耕地面积约占耕地总面积1/5，西南地区则高达1/3；西南地区主要受铅、镉、砷等，有关毒害事件时有报道。

24. 2. 从事农业生产的劳动力日益缺乏 十年、二十后谁来为国家生产粮食？ 面临劳动力数量不足、质量差。劳动力日益缺乏，且先多为“三八六一九九”部队。面临劳动力日益缺乏的严峻挑战，加快玉米生产全程机械化已成为必然发展趋势

25. 3. 玉米种植面积不可能持续增加，还将下降 退耕还林还草，撂荒，城建、工业、交通、水电等占用，及不宜种机械化耕作的土地退耕，耕地刚性减少不可逆转。提高单产是玉米生产的发展方向

26. 4.农业经济增长方式正发生着巨大转变 • 传统的狭义的“粮食安全”向现代的广义的“食物安全的转变 • 传统的粗放型向依靠效率提高的集约型转变 • 实现产品优质化、布局区域化、生产集约化、经营产业与可持续发展 耕作制度变革与环境友好，低碳高效型玉米新品种选育与推广已成为必然

27. 5.国际玉米种业集团进入我国带来的激烈竞争 • 先锋、孟山都与利马格兰国际知名种业集团把中国作为海外拓展的主要市场 • 泰国正大80年代就把西南作为杂交种生产基地；建立育种基地；审定推广了正大619、迪卡888等杂交种 • 先锋、孟山都现已在西南设立研发中心，或参股合资办公司，或建设育种试验站 国外种业集团雄厚的技术资金，丰富的种质资源，崭新的育种理念，科学的推广体系，完善的管理制度，严格的质量控制，带来了严峻挑战

28. 三、西南玉米育种存在的差距 1. 育种目标与产品质量差距 多年推广高秆、大穗品种，种质资源利用 注重丰产性而忽视抗病抗逆特性 大穗为育种目标，过份强调高产 造成育成品种抗倒、耐密抗逆性较差 自交系选育过份强调产量的配合力 忽视农艺性状、特别是制种产量与种子质量 除优质高产、抗病抗逆等特性以外 杂交种子耐加工，栽培管理简约，全程机械化管理

29. 三、西南玉米育种存在的差距 2. 种质资源研究严重滞后 • 极为重视种质资源研究，拥有庞大的公益性研究机构进行资源的收集、改良与创新 • 先锋公司拥有世界玉米种质的60%，仍很重视种质资源的继续收集与创新研究 • 西南玉米种质较为狭窄，生产上大面积推广杂交种多集中在78599与78698，或Suwan种质 • 种质血缘不清晰，杂优类群不明确，杂优模型多而混乱，难以用来指导种质资源的扩增、改良与创新

30. 四、西南玉米育种的对策措施 1. 调整育种目标，确定主攻方向 • 抗病与抗虫 • 本区玉米生长季节气候高温多湿、阴雨寡照, 病虫害(大斑病、小斑病、纹枯病、灰斑病、青枯病、穗粒腐病、丝黑穗病、玉米螟、蚜虫、椿蟓等)种类多, 易流行成灾, 是影响玉米高产稳产和食物安全的第一生物胁迫因素。 • 培育抗病抗虫玉米品种是西南地区玉米育种的主攻方向之一

31. 四、西南玉米育种的对策措施 1. 调整育种目标，确定主攻方向 • 耐旱与耐瘠 • 干旱是影响西南山地玉米区玉米高产稳产的第一非生物胁迫因素。从生物学角度讲, 要求玉米完全抗旱是不可能的。应把耐旱品种选育列为本区今后育种工作的重点。 • 西南地区种植玉米的旱坡地土壤瘠薄, 土壤有机质含量低,保水保肥能力差, 有效磷钾供给缺乏, 是制约玉米产量提高的重要因素。选育氮磷钾高效利用的杂交种是本区玉米育种工作的又一重点

32. 四、西南玉米育种的对策措施 1. 调整育种目标，确定主攻方向 • 适应全程机械化生产 • 从目前及今后农村劳动力状况看, 提高玉米机械化种植水平已成必然的发展趋势。选育适宜机械化种植的玉米新品种也是需要重点解决的问题。 • 一个适合机械化种植的玉米品种要求杂交种一代能适度耐密植, 植株半紧凑, 株高、穗位高整齐一致, 同期成熟, 茎秆坚韧, 抗病抗倒, 灌浆脱水快, 同时种子粒大适中、圆粒、均匀、饱满、发芽势强、发芽率高、苗势旺。更加强调新品种的种子质量是今后玉米育种的发展趋势

33. 四、西南玉米育种的对策措施 1. 调整育种目标，确定主攻方向 • 适应耕作制度改革的需要 目前西南地区玉米间套种植的耕作方式显然不适应玉米机械化种植发展的要求, 春播地区要改现在窄行间套种植为宽行复合带状种植，夏播地区宜改目前的间套种植为净作种植，改现在春播间套种植为夏播净作种植，这极可能是今后西南地区玉米种植制度改革的发展方向 • 应把选育早熟、苗期耐高温高湿、生育后期耐高温逼熟、适宜夏播的高产新品种增列为西南杂交玉米育种新的研究方向

34. 注重有利于机械化种植性状改良， 适应玉米生产未来种植方式的变革 注重有利于机播、机管、机收品种特性的改良与培育，适应玉米生产机械化的发展需求 发展现存的间套种植模式，实行宽幅带状种植，既有利于机械化耕作，又有利于全年平衡增长 新型宽幅带状间套作与轮作，充分利用生物多样性原理，平衡土壤营养元素，控制病虫害方式，持续稳定增产

35. 四、西南玉米育种的对策措施 1. 调整育种目标，确定主攻方向 • 拓展饲草玉米育种新方向 西南地区无霜期长、热量资源丰富, 但阴雨寡照, 大部分地区虽不太适合玉米籽粒的生产, 但很适宜玉米茎叶生长; 同时在农区发展草食动物存在着饲料严重不足和与粮争地、与畜争粮的矛盾，发展饲草玉米有助于实现经济社会生态效益协调统一。 • 应从因地制宜和农业产业结构调整的需求来看, 利用玉米作为种子生产载体与四倍体多年生大刍草杂交, 选育多分蘖、生长快、一年刈割多次、光周期钝感、多季多年持续高产、冬季耐低温、主要利用营养体优势的多年生“饲草玉米”新品种，应是今后西南地区玉米育种的重要创新途径。

36. 饲草玉米的选育 ② ① P1(2n=20) ③ × × 饲草玉米(2n=30) 代换系(2n=20) ④ P2(2n=40) ⑤

37. 饲草玉米 墨西哥大刍草

38. 四川洪雅县希望集团、蒙牛集团发展“饲草玉米”经济效应极为明显；四川阆中市种植“饲草玉米”发展草食动物，经济、生态效益显著。

39. 展　望 利用玉米近缘材料培育出的饲草玉米，与传统籽实作物不同。它更能够发挥植物生长的生理学优势，利用植物的逻辑斯蒂生长规律，对光照强度要求不高，对气候和土地资源的时间匹配性要求不严，能够减少漏光现象，提高光能利用效率，其生物产量和经济产量较高，营养价值好，生产潜力大。 　　饲草玉米在我国农业可持续发展中，对促进饲草资源开发，解决因人畜共粮而导致饲料粮短缺问题，促进农业结构调整，促进生态环境建设，促进现代化农业发展等方面，都将发挥重要作用。

40. 四、西南玉米育种的对策措施 2. 改良创新育种种质 • 明确杂优类群，简化杂优模式 • 了解玉米杂优类群和杂优模式有助于减少育种盲目性 • 变完全双列杂交为部分双列杂交，提高育种效率 • 玉米杂优类群划分应遵循： • 经济性， 地区性， 主观性， 变化性 • 创新种质时，必须根据种质现状、杂交育种实际需要和生态生产特点，确定杂优类群，构建杂优模式

41. 四、西南玉米育种的对策措施 2. 改良创新育种种质 • 明确杂优类群，简化杂优模式 • 依据多年的经验与教训，提出以下三种类群 • Reid， Non-Reid， 热带(地方)种质 • 构建杂优模式： • 简化为; • 温带种质×热带（亚热带或地方）种质 • 自育系×外引系（国外或北方）

42. 明确杂优类群，简化杂优模式 热带系 山区 山区 因地 非Reid系 Reid系 平坝丘陵区 温带系

43. 四、西南玉米育种的对策措施 2. 改良创新育种种质 • 明确杂优类群，简化杂优模式 • 杂种优势群和杂种优势配对模式的构建 ◎ 以产量和产量性状GCA为主要指标，结合主要抗性（抗主要病害、抗倒伏）筛选地方品种初级杂优类群； ◎以产量和产量性状SCA为主要指标，以美国两大杂优群及其衍生群体为主要测验种，筛选地方初级杂优类群与国外杂优势类群间的配对模式； ◎坚持国外基础杂种优势群不交叉混血，坚持“地方品种×外引群体”配对原则，构建新的杂种优势模式； ◎宜选用与被改良群体杂优类群对应群体骨干自交系为测验种，采用循环育种策略，既有助于改良群体SCA和GCA，还有助于拉大群体间的遗传距离。

44. 四、西南玉米育种的对策措施 2. 改良创新育种种质 • 明确杂优类群，简化杂优模式 • 西南玉米杂交育种的主要杂优模式 A: 非Reid 群（代表系: 18-599） B: Reid群(代表系: 478) C: 热带和地方种质群(代表系: S37, 21-ES、77和交51) A×B 丘陵区（川单13） A×C 山区或低纬度（川单29） B×C 山区（川单14）

45. 四、西南玉米育种的对策措施 2. 改良创新育种种质 • 明确杂优类群，简化杂优模式 • 杂种优势群和杂种优势配对模式的构建 • 应采用群体性状的遗传结构的测定的群体改良与自交系和杂交种选育相结合的玉米遗传育种新方法。实践证明，应用三重测交设计（Triple Test Cross，简称TTC），既可以更准确选择改良基础群体的轮回选择方案，又可更好地制定从群体中选育自交系的方案，也可以预知所测定的亲本GCA对杂交组合选配的可靠程度，实现玉米性状的遗传变异研究、群体改良与自交系和杂交种同步进行，提高选择的准确性，缩短选育自交系和组配杂交种的时间，加快育种进程。

46. 四、西南玉米育种的对策措施 2. 改良创新育种种质 • 应开展的主要工作 • 基础种质评价与分析 • 以综合采用常规方法与现代育种技术, 多年多点、生物非生物强胁迫条件对外引和国内主要种质材料进行鉴定与评价； • 重点研究：群体农艺性状及配合力表现、遗传多样性、杂优类群和遗传组成等 • 重点探明：群体育种潜势, 筛选抗病、耐旱、耐瘠、耐密、养分高效、自身产量高、配合力强的新种质 • 重点筛选：耐旱耐瘠、耐适度密植和抗区域主要病害的种质材料

47. 四、西南玉米育种的对策措施 2. 改良创新育种种质 • 应开展的主要工作 • 育种用群体合成与改良 • 根据西南玉米产区的生态、生产条件和玉米产业的发展需要, 遵循该区所用种质杂优类群及杂交种组配模式, 在国内外玉米种质鉴定的基础上, 按杂优类群选择自身性状优良、配合力高且彼此又有一定差异的材料（6个以上骨干自交系）, 合成群体 • 依据群体遗传育种潜势评价的基础, 针对群体存在的问题, 确定好选择目标性状和选择强度, 并利用适当的轮回选择方法进行改良（半同胞互相轮回选择，三重测交方法） • 在群体改良过程中, 应定期研究群体改良进展, 及时调整改良方案和添加目标性状基因 • 在利用人工合成改良群体选系前, 应根据群体遗传特性和自交后代配合力表现，采取相应的选系策略和方法

48. 四、西南玉米育种的对策措施 2. 改良创新育种种质 • 应开展的主要工作 • 特异育种材料创新 • 针对危害西南山地玉米区的主要病虫害和非生物逆境, 以及玉米耕作制度改革和发展玉米生产全程机械化的需要，采用基因工程育种技术和远缘杂交育种方法： 利用近缘种属的抗旱、耐瘠、抗病、优质等优良基因 发掘异源种属中的抗虫、抗逆等特异基因资源 创制玉米杂交育种用特异新种质

49. 四、西南玉米育种的对策措施 3. 突破性自交系选育 自身产量高 衡量自交系 优劣的标准 高抗主要病害 一般配合力 (GCA) 特殊配合力 (SCA) 配合力高

50. 四、西南玉米育种的对策措施 3. 突破性自交系选育 • 优良自交系的选育是杂交种选育的基础和关键。“玉米杂交种选育，难在选系，重在组配，关键是自交系的配合力”----李竞雄 • 突破性种质的创制,尤其是要注重特异新基因的发掘与利用 • 选育过程中，要把产量一般配合力(GCA)作为重要选择标准, 以自交衰退慢的株系为主要选择对象，将优株自交、姊妹交或多株混粉交替进行，打破有利基因与不利基因连锁，提高优良基因及优良基因型频率，降低自交衰退程度 • 将单倍体育种技术、分子标记辅助选择技术和转基因等高新技术与传统育种技术相结合 • 加大选系鉴定力度,重点开展多年多点、高密度、强生物非生物胁迫条件的鉴定及产量测定