玉米育种常识

玉米常识育种知识一、常规育种：二、转基因育种转基因研究作为生物技术的前沿，以其可打破物种界限、实现不同物种间基因交流的巨大优越性，受到全世界的高度重视，成为在农业高技术领域各国努力抢占的制高点。由于有益性状目的基因的分离、载体构建、基因转化等技术日臻成熟和完善，转基因技术已用于改良作物的多种特性，如抗病、抗虫、抗逆、生长发育、品质等方面。我国转基因作物研究发展迅速，目前已成为世界上转基因作物商业化应用面积的第二大国。在分子标记辅助育种方面，由于它对目标性状的选择不受基因表达和环境的影响、可以在早世代和植株生长的任何阶段进行、对分离世代可以快速鉴定植株的基因型而不受显隐性的影响、可以通过选择剔除连锁累赘，因此通过分子标记辅助选育加速了育种进程，为转基因作物商品化创造了条件。起源和历史玉米是神奇的作物，是印地安文明的基础，也是印地安人对人类的最大贡献，因为玉米是印地安人长期选育驯化的结果。玉米已经完全失去了其野生性，如果没有人类的帮助，玉米会立即灭绝。说玉米神奇在于它广泛的适应性、类型的丰富及不同于其他作物那样具有明确的祖先。玉米的起源至今还是一个谜，它的祖先似乎消失的无影无踪，它与任何近缘种属都有显著的差异，它的起源另科学家大伤脑筋，争论了一个多世纪至今未有定论。多数人认为，玉米大约起源于7000〜8000年前的中美洲地区，经历了数千年的进化，它的果穗由2.4厘米增加到现在的25厘米左右。1500~1510年间，玉米传入我国，传入途径大约有两条，一条是海路，一条是陆路，海路是通过船只传入东南沿海地区，再传入内地；陆路是由印度传入西藏，再传入四川及内地。从上个世纪50年代开始，中国的玉米育种工作取得了飞速的发展。目前我国已经更换了5次单交种，生产力水平提高了很多。玉米带和玉米的分布玉米(ZeaMaysL.)属于禾本科(Gramineae),玉米属，俗名玉蜀黍、大蜀黍、棒子、苞米、苞谷、玉菱、玉麦、六谷、芦黍和珍珠米等。玉米是重要的粮食和饲料作物。在世界谷类作物中，玉米的种植面积和总产量仅次于小麦、水稻而居第3位，平均单产则居首位。以北美洲最多，其次为亚洲、拉丁美洲、欧洲等。中国的玉米栽培面积和总产量均居世界第2位。集中分布在从东北经华北走向西南这一斜长形地带内，其种植面积约占全国玉米面积的85％。玉米带的主要特点是，种植的海拔高度由东北向西南增加。东北地区种植高度大多在500米以下较为集中，华北海拔1200米以下，集中在300-700米，四川、湖北、湖南海拔1700米，在西南高原种植高度到2500米，集中在500-1500米。玉米的分布：南起海南岛崖县北至黑龙江黑河，东至台湾，西至新疆、西藏等地均有玉米种植，全国又可分为六个种植区：1、 北方春播玉米区：主要包括黑龙江、吉林、辽宁、内蒙古、宁夏、河北北部、陕西北部、山西大部和甘肃的部分地区，是我国玉米的主产区之一。2、 黄淮平原春、夏玉米区，淮河秦岭以北的地区：主要包括河南、山东、河北、山西、江苏、安徽、陕西关中地区，一年两熟(冬小麦--夏玉米)或两年三熟(春玉米--冬小麦--夏玉米)是我国最大的玉米产区。3、西南丘陵山地玉米区：秦岭以南我国西南部地区包括四川、云南、贵州、湖南、湖北、广西西部、陕西西部、甘肃南部等地区的高山地区一年一熟春玉米为主，丘陵地区一年两熟夏玉米为主，平原地区一年三熟秋玉米为主。是我国主要玉米产区之一。4、南方丘陵玉米区：长江以南的大部地区包括广东、海南、福建、浙江、江西、台湾、江苏和安徽的南部、广西和湖南以及湖北的东部。以一年三熟为主，春、夏、秋都可种玉米，少数地区有冬玉米。5、西北灌溉玉米区：包括新疆、甘肃、河西走廊，一年一熟春玉米为主。6、青藏高原玉米区：包括青海和西藏，播种面积小，增产潜力大。玉米的分类由于目的及依据不同，可将玉米分成不同的类别，最常见的是按子粒形态与结构分类，按生育期分类，以及按子粒成分与用途分类。1．按子拉形态与结构分类根据子粒有无稃壳、子粒形状及胚乳性质，可将玉米分成9个类型。（1）硬粒型：又称燧石型，适应性强，耐瘠、早熟。果穗多呈锥型，子粒顶部呈圆形，由于胚乳外周是角质淀粉。故子粒外表透明，外皮具光泽，且坚硬，多为黄色。食味品质优良，产量较低。（2）马齿型：植株高大，耐肥水，产量高，成熟较迟。果穗呈筒形，子粒长大扁平，子粒的两侧为角质淀粉，中央和顶部为粉质淀粉，成熟时顶部粉质淀粉失水干燥较快，子粒顶端凹陷呈马齿状，故而得名。凹陷的程度取决于淀粉含量。食味品质不如硬粒型。（3）粉质型：又名软粒型，果穗及子粒形状与硬粒型相似，但胚乳全由粉质淀粉组成，子粒乳白色，无光泽，是制造淀粉和酿造的优良原料。（4）甜质型：又称甜玉米，植株矮小，果穗小。胚乳中含有较多的糖分及水分，成熟时因水分蒸散而种子皱缩，多为角质胚乳，坚硬呈半透明状，多做蔬菜或制罐头。（5）甜粉型：子粒上部为甜质型角质胚乳，下部为粉质胚乳，世界上较为罕见。（6）爆裂型：又名玉米麦，每株结穗较多，但果穗与子粒都小，子粒圆形，顶端突出，淀粉类型几乎全为角质。遇热时淀粉内的水分形成蒸气而爆裂。（7）蜡质型：又名糯质型。原产我国，果穗较小，子粒中胚乳几乎全由支链淀粉构成，不透明，无光泽如蜡状。支链淀粉遇碘液呈红色反应。食用时粘性较大，故又称粘玉米。（8）有稃型：子粒为较长的稃壳所包被，故名。稃壳顶端有时有芒。有较强的自花不孕性，雄花序发达，子粒坚硬，脱粒困难。（9）半马齿型：介于硬粒型与马齿型之间，子粒顶端凹陷深度比马齿型浅，角质胚乳较多。种皮较厚，产量较高。2．按生育期分类主要是由于遗传上的差异，不同的玉米类型从播种到成熟。即生育期亦不一样，根据生育期的长短，可分为早、中、晚熟类型。由于我国幅员辽阔，各地划分早、中、晚熟的标准不完全一致，一般认为：（1） 早熟品种：春播80-100天，积温2000〜2200°C，夏播70-85天，积温为1800〜2100C早熟品种一般植株矮小，叶片数量少，为14-17片。由于生育期的限制、产量潜力较小。（2） 中熟品种：春播100〜120天，需积温2300〜2500C。夏播85-95天，积温2100〜2200C。叶片数较早熟品种多而较晚播品种少。（3） 晚熟品种：春播120-150天，积温2500〜2800°C。夏播96天以上，积温2300C以上。一般植株高大，叶片数多，多为21-25片。由于生育期长，产量潜力较大。由于温度高低和光照时数的差异，玉米品种在南北向引种时，生育期会发生变化。一般规律是：北方品种向南方引种，常因日照短、温度高而缩短生育期；反之，向北引种生育期会有所延长。生育期变化的大小，取决于品种本身对光温的敏感程度，对光温愈敏感，生育期变化愈大。3．按用途与子粒组成成分分类根据子粒的组成成分及特殊用途，可将玉米分为特用玉米和普通玉米两大类。特用玉米是指具有较高的经济价值、营养价值或加工利用价值的玉米，这些玉米类型具有各自的内在遗传组成，表现出各具特色的子粒构造、营养成分、加工品质以及食用风味等特征，因而有着各自特殊的用途、加工要求。特用玉米以外的玉米类型即为普通玉米。特用玉米一般指高赖氨酸玉米、糯玉米、甜玉米、爆裂玉米、高油玉米等。世界上特用玉米培育与开发以美国最为先进，年创产值数十亿美元，已形成重要产业并迅速发展。我国特用玉米研究开发起步较晚，除糯玉米原产我国外其它种类资源缺乏，加之财力不足，与美国比还有不小差距。近年来，我国玉米育种工作者进行了大量的研究试验，在高赖氨酸玉米、高油玉米等育种上取得了长足进步，为我国特用玉米的发展奠定了基础。（1）甜玉米：又称蔬菜玉米，既可以煮熟后直接食用，又可以制成各种风味的罐头、加工食品和冷冻食品。甜玉米所以甜，是因为玉米食糖量高。其子粒含糖量还因不同时期而变化，在适宜采收期内，蔗糖含量是普通玉米的2-10倍。由于遗传因素不同，甜玉米又可分为普甜玉米、加强甜玉米和超甜玉米3类。甜玉米在发达国家销量较大。（2）糯玉米：又称粘玉米，其胚乳淀粉几乎全由支链淀粉组成。支链淀粉与直链淀粉的区别是前者分子量比后者小得多，食用消化率又高20％以上。糯玉米具有较高的粘滞性及适口性，可以鲜食或制罐头，我国还有用糯玉米代替粘米制做糕点的习惯。由于糯玉米食用消化率高，故用于饲料可以提高饲养效率。在工业方面，糯玉米淀粉是食品工业的基础原料，可作为增稠剂使用，还广泛地用于胶带、粘合剂和造纸等工业。积极引导鼓励糯玉米的生产，将会带动食品行业、淀粉加工业及相关工业的发展，并促进畜牧业发展，增加国民经济收入。（3）高油玉米：是指子粒含油量超过8％的玉米类型，由于玉米油主要存在于胚内，直观上看高油玉米都有较大的胚。玉米油的主要成分是脂肪酸，尤其是油酸、亚油酸的含量较高，是人体维持健康所必需的。玉米油富含维生素F,维生素A、E和卵磷脂含量也较高，经常食用可减少人体胆固醇含量，增强肌肉和心血管的机能，增强人体肌肉代谢，提高对传染病的抵抗能力。因此，人们称之为健康营养油。玉米油在发达国家中已成为重要的食用油源，美国玉米油占食用油8%。普通玉米的含油量为4%〜5%,研究发现随着含油量的提高，子粒蛋白质含量也相应提高，因此，高油玉米同时也改善了蛋白品质。（4） 高赖氨酸玉米：也称优质蛋白玉米，即玉米子粒中赖氨酸含量在0.4%以上，普通玉米的赖氨酸含量一般在0.2%左右。赖氨酸是人体及其它动物体所必需的氨基酸类型，在食品或饲料中欠缺这些氨基酸就会因营养缺乏而造成严重后果。高赖氨酸玉米食用的营养价值很高，相当于脱脂奶。用于饲料养猪，猪的日增重较普通玉米提高50%-110%，喂鸡也有类似的效果。随着高产的优质蛋白玉米品种的涌现，高赖氨酸玉米发展前景极为广阔。（5） 爆裂玉米：即前述的爆裂玉米类型，其突出特点是角质胚乳含量高，淀粉粒内的水分遇高温而爆裂。一般作为风味食品在大中城市流行。形态特征玉米的根属须根系，除胚根外，还从茎节上长出节根：从地下茎节长出的称地下节根,一般4〜7层；从地上茎节长出的节根又称支持根、气生根，一般2〜3层。地下节根是根系的主体，入土深度一般30〜50厘米,也有深达2米以上的。地上节根入土角度陡，伸入土中后能支持植株，也具有吸收水分、养分和合成氨基酸等作用。株高1〜4.5米，秆呈圆筒形，髓部充实而疏松，富含水分和营养物质。玉米除上部4〜6节外，其余叶腋中都能形成腋芽。地上部的腋芽通常只有最上部的1〜2个能发育成果穗。地下部的腋芽发育成分蘖，一般不结穗，栽培上要求及早除去。一般全株有叶15〜22片。叶身宽而长，叶缘常呈波浪形。叶鞘厚而坚硬，紧包茎秆，与叶身连接处有叶舌。也有不具叶舌的变种。花为单性，雌雄同株。雄穗着生于植株的顶端，为圆锥花序；雌穗着生于植株中部的叶腋内，为肉穗花序。雄穗开花一般比雌穗吐丝早3〜5天。雄穗的主轴和分枝上成对排列的每个雄小穗有颖片包住两朵雄小花。每朵雄小花有内稃、外稃和3个雄蕊,花药多为黄色，也有的为紫、粉红或绿色，每个花药内约有2000个花粉粒。雌穗外为多数叶状总苞片所包裹，穗轴粗大，着生许多纵行排列的雌小穗。每个雌小蕊有2朵小花，1朵结实。结实雌花有内稃、外稃、2片鳞被和1个雌蕊。花柱和柱头细长，合称“花丝”，黄色、浅红或紫红色，其上密生茸毛,能接受花粉。雌穗上的雌小穗成对排列，每1雌小穗只结1个子粒,所以果穗（俗称“棒子”）上的子粒行数都成双。子粒为颖果，色黄、白、紫、红或呈花斑等。生产上栽培的以黄、白色者居多。胚约占子粒重的10〜15％,胚乳占80〜85％，果皮占6〜8％）。玉米的一生从播种到新的种子成熟，叫做玉米的一生。它经过若干个生育阶段和生育时期，才能完成其生活周期。（一）生育阶段在玉米的一生中，按形态特征、生育特点和生理特性，可分为3个不同的生育阶段，每个阶段有包括不同的生育时期。这些不同的阶段与时期既有各自的特点，又有密切的联系。1.苗期阶段玉米苗期是指播种至拔节的一段时间，是以生根、分化茎叶为主的营养生长阶段。本阶段的生育特点是：根系发育较快，但地上部茎、叶量的增长比较缓慢。为此，田间管理的中心任务就是促进根系发育、培育壮苗，达到苗早、苗足、苗齐、苗壮的“四苗”要求，为玉米丰产打好基础。a.播种一一三叶期一粒有生命的种子埋入土中，当外界的温度在8度以上，水分含量60％左右和通气条件较适宜时，一般经过4-6天即可出苗。等到长到三叶期，种子贮藏的营养耗尽，称为“离乳期”，这是玉米苗期的第一阶段。这个阶段土壤水分是影响出苗的主要因素，所以浇足底墒水对玉米产量起决定性的作用。另外，种子的大小和播种深度与幼苗的健壮也有很大关系，种子个大，贮藏营养就多，幼苗就比较健壮；而播种深度直接影响到出苗的快慢，出苗早的幼苗一般比出苗晚的要健壮，据试验，播深每增加2.5厘米，出苗期平均延迟一天，因此幼苗就弱。b.三叶期 拔节三叶期是玉米一生中的第一个转折点，玉米从自养生活转向异养生活。从三叶期到拔节，由于植株根系和叶片不发达，吸收和制造的营养物质有限，幼苗生长缓慢，主要是进行根、叶的生长和茎节的分化。玉米苗期怕涝不怕旱，涝害轻则影响生长，重则造成死苗，轻度的干旱，有利于根系的发育和下扎。穗期阶段玉米从拔节至抽雄的一段时间，称为穗期。拔节是玉米一生的第二个转折点，这个阶段的生长发育特点是：营养生长和生殖生长同时进行，就是叶片、茎节等营养器官旺盛生长和雌雄穗等生殖器官强烈分化与形成。这一时期是玉米一生中生长发育最旺盛的阶段,也是田间管理最关键的时期。为此，这一阶段田间管理的中心任务，就是促进中上部叶片增大，茎秆墩实的丰产长相，以达到穗多、穗大的目的。花粒期阶段玉米从抽雄至成熟这一段时间，称为花粒期。玉米抽雄、散粉时，所有叶片均已展开，植株已经定长。这个阶段的生育特点：就是基本停止营养体的增长，而进入以生殖生长为中心的阶段，出现了玉米一生的第三个转折点。为此，这一阶段田间管理的中心任务，就是保护叶片不损伤、不早衰，争取粒多、粒重，达到丰产。二)生育期和生育时期1．生育期玉米从播种至成熟的天数，称为生育期。生育期长短与品种、播种期和温度等有关。一般早熟品种、播种晚的和温度高的情况下，生育期短，反之则长。2．生育时期在玉米一生中，由于自身量变和质变的结果及环境变化的影响，不论外部形态特征还是内部生理特性，均发生不同的阶段性变化，这些阶段性变化，称为生育时期，各生育时期及鉴别标准如下。出苗期：幼苗出土高约2cm的日期。三叶期：植株第三片叶露出叶心2-3cm。拔节期：植株雄穗伸长，茎节总长度达2-3cm，叶龄指数30左右。(4)小喇叭口期：雌穗进入伸长期，雄穗进入小花分化期，叶龄指数46左右。(5)大喇叭口期：雌穗进入小花分化期、雄穗进入四分体期，叶龄指数60左右，雄穗主轴中上部小穗长度达0.8cm左右，棒三叶甩开呈喇叭口状。(6)抽雄期：植株雄穗尖端露出顶叶3-5cm。(7)开花期：植株雄穗开始散粉。抽丝期：植株雌穗的花丝从苞叶中伸出2cm左右。子粒形成期：植株果穗中部子粒体积基本建成，胚乳呈清浆状，亦称灌浆期。乳熟期：植株果穗中部子粒干重迅速增加并基本建成，胚乳呈乳状后至糊状。蜡熟期：植株果穗中部子粒干重接近最大值，胚乳呈蜡状，用指甲可以划破。（12）完熟期：植株子粒干硬，子粒基部出现黑色层，乳线消失，并呈现出品种固有的颜色和光泽。一般大田或试验田，以全田50％以上植株进入该生育时期为标志玉米杂交种有哪些类型及特点玉米杂交种可以分为以下几种：（1）品种间杂交种：是利用两个自然授粉的品种相杂交，所产生的后代叫品种间杂交种。品种间杂交种一般较农家种增产10－20%。具有取材方便，育种时间短制种简便等特点。（2）品种与自交系杂交种，又称顶交种：是用当地最优良的品种与一个自交系杂交而成。顶交种一般较农家品种增产15%左右，具有选育简单，制种简便等特点。（3）自交系间杂交种：自交系间杂交种由于组合形式不同，又可分为以下几种：单交种：用两个不同的自交系杂交而成。单交种一般较当地农家种增产20－30%以上。单交种植株整齐，生长健壮，增产潜力大，但制种产量较低，成本较高。三交种：用三个不同的自交系，经两次杂交而成。三交种整齐度一般不如单交种，制种技术上比单交种复杂，但制种产量高。双交种，又叫双杂交种：是由四个自交系先配成两个单交种，再以两个单交种杂交而成双交种。整齐度不及单交种，制种较复杂，但制种产量高，种子成本低。综合杂交种：是在隔离条件下，用若干个优良自交系或自交系间杂交种，任其授粉，相互杂交而成。综合杂交种杂种优势稳定，配种一次，可在生产上连续应用多年，不必年年制种，但要注意每年选优留种。玉米对水热条件的基本要求1、玉米全生育期对水热条件的要求玉米的适应性很广，凡年>10°C的积温1900°C以上，夏季平均气温大于18C的地区均可种植。年降水量800-1500毫米，生长期月降水量100毫米的地区适宜玉米生长；年降水量小于350毫米的地区，又无灌溉条件不能种植玉米。2、玉米不同熟性全生育期积温把从每年日平均气温稳定通过10C这天起，到稳定结束10C这天止，其间逐日平均气温细加起来，其和就是大于10C活动积温，它可以代表当地的热量资源状况不同作物、不同发育期的下限温度不同，将某作物出苗、抽穗前、抽穗后、成熟期等各发育阶段日平均气温减去下限温度之差，再累加起来即叫有效积温。有效积温是作物品种鉴定时需要的。某一作物品种的有效积温是固定的，而活动积温是变化的。熟性特早熟门>10C<2100C0C2100-2402400-2700C2700-3000C早熟中熟晚熟特晚熟>3000°C3、玉米不同种植高度IT>10C积温东北地区海拔500米以下为集中种植区，门>10°C积温2400°C。华北北部和西部山区适宜种植高度300-900米，〈T>10°C积温3000-4000C，西南西部山地玉米种植高度可达1300米-2300米（实际种植高度大多在1500米以下）YT>10°C，3500-6000°C，云贵高原地区玉米种植高度上限2700米，青藏高原3000米的地区也能种植但成熟度不稳定。玉米的生长发育与气象1、 玉米生育期的大致时段（1） 春玉米主产区，东北、西北地区4月下旬-5月上、中旬播种至9月上中旬成熟。（2） 夏玉米主产区，华北、黄淮地区6月中旬播种至9月下旬成熟。近年来逐步向麦田套播玉米（麦茬玉米）发展。5月下旬套种至9月上中旬成熟。（3） 秋玉米主要分布，在西南和南方沿海地区多在8月初播种至11月初成熟。（4） 冬玉米主要分布，在云南、广西、海南等地区，多在11月播种至次年2月成熟。（5） 西北内陆春玉米区，南疆4月中、下旬播种至9月上、中旬成熟；北疆地区5月上、中旬播种至9月中旬成熟。（6