玉米植物学性状与育种目标性状的相关性深度分析
国科农研院
我们在玉米育种过程中 ，要面对众多的植物学性状，这些植物学性状哪些与我们的育种目标性状有比较大的相关性？哪些植物学性状与育种目标性状之间有关联 ？我们如何通过观察植物学性状的表现，来分析和预判与之有关联的育种目标性状的表现？如何由玉米田间表现出的植物学性状 ，来选择出符合我们育种目标性状的个体材料？通过总结我们30多年的育种实践和经验，做出以下论述 ： 一 玉米苗期的耐寒性与叶色的相关性 与玉米苗期耐寒性相关的植物学性状 ，我们应从玉米叶片的颜色来判断 。耐寒的品种 ，叶色表现正常绿色；不耐寒的品种，叶色会表现出紫色。叶片紫色，从玉米生理学角度来看，是缺磷症状的表现。实际上是由于品种不耐低温，在低温下，玉米根系发育迟钝或受阻，根系吸收功能差，首先表现出缺素症状。耐寒性好的品种，则在低温下根系发育正常，吸收功能正常，幼苗生长正常。 耐低温的九圣禾2468和不耐低温的xxx品种 二 玉米抗倒性与根系 ，茎秆粗度 、硬度 、韧性，穗位 ，叶片流体动力学结构的相关性 1.玉米根系发达，则抓地牢靠，吸收功能强大。玉米长势健壮，尤其气生根发达，一般人都认为该性状是抗倒性的关键因素。但本人认为 ，该性状与抗倒性有相关性，但不是主要因素 。因为玉米倒伏，少有玉米连根拔起的。 2.茎秆的粗度 。茎秆越粗，好像越强壮，与抗倒性呈正相关 。但本人认为，该性状也不是抗倒性的主要因素。如果没有韧性 ，很容易被大风折断 。 3.茎秆的硬度一般都认为茎秆越硬 ，抗倒伏能力越强，这种认识不完全正确。在狂风暴雨情况下，土壤水分大，土地湿软 ，茎秆过硬而没有韧性的品种，极容易发生根部倒伏。 4.茎秆的韧性，茎秆的韧性越好，则抗倒伏能力越强 ，这个因素比较重要。 5. 穗位高低 。穗位高，重心高，容易倒伏 ；穗位低，重心低，抗倒性增强 。 6.叶片结构。过去我们育种观察抗倒性状，都注重前面5个因素 ，很少有关注叶片流体动力学的形态结构，从流体力学角度来分析该性状与抗倒性的关联。先玉335上部叶片，又宽又厚又直立，刮大风情况下，风力直接作用于上部叶片，叶片又把风力直接传导茎秆上部，在撬杠原理作用下，就很容易把玉米刮倒伏 。如果叶片叶波比较大，呈螺旋状 ，加之叶片柔软，大风不论从那个方向刮来，叶片受力以后 ，都会通过叶片自身的变形，化解掉风力，不会把风力传导到茎秆上而导致倒伏。叶节间距大，通透性好 ，抗倒性则强 ，就像会打“太极拳”一样 。例如九圣禾2468，它的叶片结构就是这样，所以其抗倒性特别强 。 笔者认为，关于抗倒性因素：叶片形态结构＞叶间距＞茎秆韧性＞穗位高低＞茎秆粗度＞茎秆硬度＞根系发达。 三 玉米结实性 与玉米结实性有关联的生物学性状有以下几个 ： 1.花粉量 、花粉活力、花粉散粉时间长短 。 花粉量大，与结实性呈正相关 。但是 ，如果遇到高温或干旱 ，花粉没有活力，量再大也没有用。花粉活力强、耐高温 、耐干旱，这是最关键的因素 。花粉散粉时间拉的越长，对提高结实性越有利。如果集中在很短时间内散粉完毕，对于一致性不太好的品种，吐丝有早有晚，授粉就会受到影响 。或者在下雨情况下也容易影响授粉。在这方面的影响因素 ：花粉活力＞散粉时长＞花粉量 。 雄花花枝多且长 ，颖壳饱满，花粉量就大，花枝越长 ，散粉时间可能越久 ，但也不完全这样。一般散粉从花枝上部向下部逐渐散开，也有个别从中部开始散粉，而且扩展的速度快慢都不一样。 2.雌穗花丝分布形态与吐丝快慢 刚吐出来的花丝形态分布，如果呈爆炸状，则能够保证每个花丝都能接收到花粉，这样结实性就好。花丝伸长速度越慢，爆炸状维持时间越长，就越容易授粉 ，结实性就越好 。如果在遇到阴雨天气时不能授粉 ，花丝伸长速度过快，花丝就容易形成“披肩发”一样的形态 。当天气转好 ，开始散粉时，被“披肩发”形态的花丝覆盖在下面的花丝就难以接受到花粉 ，影响结实 ，很容易形成阴阳棒。 花丝吐丝不畅 、伸长过快都不是好现象，在结实方面可能会有潜在风险，应该引起注意。 3.苞叶是否过长？口是否过紧？吐丝是否通畅？ 根据一位老师介绍，玉米果穗苞叶的层数与棒上叶片数基本一致，由此可以判断果穗苞叶薄厚，以及果穗脱水的快慢 。果穗苞叶的长度过长，口紧 ，吐丝不畅 ，会影响结实；长度过短，玉米果穗容易露尖。长短以刚好包住果穗最好。苞叶长度容易受环境因素影响，尤其在穗分化阶段，遇到干旱或高温 ，苞叶发育与果穗不同步，就容易形成“短裙”现象。类335品种容易出现这种现象 。我们应选择在高温、干旱条件下，苞叶正常发育的品种。否则品种在黄淮海高温区域推广会有潜在的风险。 4.雌雄是否协调 一些材料在受到高温、干旱、或阴雨寡照等逆坏境因素影响时，可能会出现雌雄不协调现象。要么花粉散完了，花丝还吐不出来，甚至根本就吐不出来；要么花丝都干了 ，还不散粉，甚至花枝退化或花粉败育 ，花粉根本就没有活力。 四 玉米耐热性 1.雌穗在高温下分化是否正常 观察高温条件下与正常条件下玉米果穗的长度、粗度 、行数以及行粒数是否存在较大的差异。没有大的差异 ，就说明耐热性好；差异过大，则说明不耐高温 。 2.雄花在高温下分化是否正常 ，活力是否正常 在高温条件下，观察雄花花枝数目及长度是否正常，散粉是否正常，检查花粉是否有活力。 3.雌雄是否协调 在高温条件下 ，观察散粉开始时间与吐丝时间是否协调 。散粉早，吐丝太迟或吐丝早，散粉太晚或花丝活力短 ，授粉结实可能会有潜在风险。 五 玉米抗旱性 1.旱象出现的早晚 在高温、干旱条件下 ，观察不同品种之间旱象出现的早晚，以及坚持到不可逆转的时间长短 。旱象出现早的不一定是不耐旱的，最关键的要看坚持到不可逆转的时间长短。 2.叶片气孔大小 一般叶片气孔大的 ，蒸腾量就大 ，可能抗旱性差 ；气孔小 ，蒸腾量小，可能抗旱性就强 。叶片气孔大 ，代谢能力强，具有高产潜力，反之，则产量潜力小。我们要注意协调好这一矛盾 。也有这样的材料 ：在水分充足时，叶片气孔开大，遇到干旱时又能自动调节关小。这样即能高产又能抗旱 。九圣禾2468玉米品种就具备这种特性，其抗旱性很强，在高水肥条件下产量潜力也很高，所以，它的适应性很广 ，西北、黄淮海、东华北 、京津冀 、湖南 、湖北 、四川都可以种植。 3.根系发达及吸收能力 玉米根系越多，扎的越深，吸收功能越强 ，抗旱性就越强。根系的发育，受土壤水肥及土质影响较大，应在同一条件下种植 ，来比较根系发育情况，来间接评判抗旱性。 六 耐密型 玉米株型有紧凑型、半紧凑型、平展型等 。紧凑程度和耐密型呈正相关。叶片小 、窄，叶间距大 ，比较有利于耐密。但是，过于紧凑 ，叶片过于小，其采光少 ，又对光合作用不利，跟产量性状相矛盾 。最好中庸一下，选择半紧凑，叶片适中 ，叶片夹角能够自动调节的材料比较好。也就是说，在密度小时 ，叶片与茎秆夹角比较大，有利于接受阳光，在密度大时，叶片与茎秆夹角自动变小，不至于田间过于密闭 。上部叶片小，柔软，叶间距大，有利通风透光 ；棒三叶稍平展，有利截住光线不泄露，提高光合效率，以利于增加产量。 七 丰产性 与单株产量关系最直接的性状是穗长、穗粗、行数、行粒数 、千粒重。但与单位面积产量相关的还有个体产量与群体数。既要考虑个体产量，更要全盘考虑个体产量与群体数乘积的最大化 。 穗长、穗粗、行数、行粒数、千粒重等性状数值 ，受环境条件影响比较大，应该在正常及非正常条件下观察分析研究。一般穗粗与穗长负相关，行数和行粒数负相关 ，穗总粒数与千粒重负相关。 八 商品性 玉米的用途不同，其要求的商品性也不一样 。商品性的好坏不能一概而论，应针对市场消费需求而定。随着社会的发展，市场需求的不断变化 ，玉米商品性好坏也是随市场需求变化而变化的。不管怎么变化 ，有一条不变的原则 ：玉米籽粒饱满、没有农药残留 ，干净，破碎少，脱水快，没有霉变 ，食用安全。 九 抗病虫性 我们不可能对所有育种材料做接种抗性鉴定 。但我们可以在不同区域的病虫害高发区种植，采取不做任何防治病虫害措施的方式，让病虫害充分发生，以此来选择抗病虫害的材料。经过异地多年份鉴定 ，可以明确材料的各种抗性。 十 自交系价值的评判 自交系价值如何评判？这个难度比较大。笔者认为，有用就有价值，而不在于自交系在田间长的怎么样。自交系只要具有某些特性，就比较有用，有利用价值。比如，籽粒特别大或长、单穗籽粒特别多、籽粒品质特别好 、花粉耐热性强、叶片光合效率高、成熟后籽粒脱水快、抗病强、抗虫、抗旱、或者能满足特殊要求的，都是有利用价值的材料。育种的过程 ，就是通过各种育种手段尽量把更多的优良基因聚合到一个个体上，使该个体具有更多的优良性状 ，更少的缺陷。缺陷少了 ，就更容易找到可以弥补该缺陷的另一个材料，通过杂交得到优良的杂交一代种子。 将分散于各个育种材料的优良基因聚合到一个个体上是一个比较漫长的工作 。我们可以收集和申请使用最新的已经聚集了许多优良基因的育种材料 ，学会站在巨人肩膀上进行研究育种，可以大大缩短育种进程，提高我们的育种效率。
