CIMMYT玉米项目的种质改良研究

张世煌 赵琦

中国农业科学院作物所

国际玉米小麦改良中心（CIMMYT）的玉米项目总部设在墨西哥，包括驻在各洲的6个地区分部共有研究人员36名。玉米项目的宗旨是：通过提高玉米的生产力帮助发展中国家摆脱贫困。中心通过4条途径实现这一目标，即：①保存、改良和散发遗传资源；＠发展与环境保护相协调的作物栽培技术；③提供研究方法和信息，③为发展中国家培训人才和提供咨询服务。

中心有两个玉米试验站，同时在总部和小麦试验站也安排少量玉米试验项目。总都位于墨西哥城东南，有试验农场54ha（与小麦合用），海拔高度2240m，属于高原生态类型，每年种植一季，冬季种绿肥。在Tlaltizapan设有亚热带玉米试验站（海拔940m），占地44ha，每年种两季。在PoZa Rica设有热带低地玉米试验站（海拔60m），有试验地44ha，每年也是种植两季。此外，在Toluca小麦试验站（海拔2640m）也种植少量玉米（高原种质）试验材料。

玉米项目包括：①热带种质研究（海拨900m以下），③亚热带种质研究（海拔900一1600m），③高原（1800—3600m）和过渡带（1500—1800m）种质研究，④王米生理

和生产，⑤王米病理和昆虫，③玉米种质库。此外，还从事应闲生物技末研究．

1．种质资源研究

现在种质库中保存着13211份玉米原始材料，属于约200个种族（Races）。这些种质通常保存2份，分别存放在两座低温种质库，一座是长期贮藏库，理论设计可保证玉米种子安全储藏75年以上，另一座是工作库，每年有大量的种质资源从这里免费发放到全世界供各国科学家们使用。为了更好地实现资源共享，CIMMYT在1988年编印了两巨册玉米种质资源目录。这些资料存入CIMMYT的计算机数据库，制成玉米种质库管理系统。1990年，在荷兰农业技术合作中心的资助下，又将全部资料做成激光盘，称为玉米种质库检索系统，在全世界免费发放。该数据库有效地促进了玉米种质资源的保存与利用，是玉米改良研究中不可缺少的工具。为了促进世界各地玉米种质资源信息的丈流，更好地保护和剥用种质资源，CIMMYT与IBPOR合作建立了国际玉米种质资源网络。该系统主要由登录编辑软件和检索系统两部分组戍。在这两个软件的支持下，就可以在世界范围内传递与交换有关玉米种质资源的信息，并使用CIMMYT的玉米种质库检素系统．如今，中心巳经把该数据库联入国际互联网络，从世界任何一个角落均可兔费使用这套数据库系统。

CIMMYT的玉米种质主要分为热带、亚热带和高原（含过渡带）种质三大类型。每年都有几百份原始材料分别种在3个相应的试验站，进行系统地现察和研究，搜集的数据输入计算机作成数据库。任何人都可以通过计算机网络使用和分析这些资料，或者在个人计算机的CD－ROM驱动器上检索光盘数据库。

2．种质改良研究

CIMMYT的玉米种质包括3个层次，即：基因库（Pool）、群体（Population）和改良品种（OPV）。多年来一直延用全同胞选择和半同胞轮回选择（即改良穗行法）改良上述种质。自1980年代中期以来，为适应杂交育种研究的需要，开始采用SZ选择法改良群体，以提高热带玉米种质的耐自交能力。同时又采用相互轮回选择法（RRS）改良ETO和Tuxpeno种质。CIMMYT的研究证明这一对种质恰好构成热带玉米杂种优势组群模型，因而对它们的RRS改良就具有重要的战略意义。

在中心成立的初期，玉米项目的研究任务是向生产技术条件落后的贫困国家提供改良的自由授粉品种。他们根据种质资源的外表特征、生态类型和生育期范围合成一批群体和基因库，然后用全同胞和半同胞轮回选择法进行改良。当时的作法对于选育和改良自由授粉品种（OPV）是有效的。但在这一过程中忽视了群体和基因库内部的遗传结构，致使群体之间缺少杂种优势，因而自1985年以来开始执行选育自交系和杂交种的新项目时，就发现这些群体和基因库不适应杂种优势育种的需要。为此，中心的玉米项目着手合成一批新的llHik，包括热带杂种优势组群A（THG－A）、热带杂种优势组群B（THG－B）、选系群体一1（IPI-1）、选系群体一2（IBP-2）、选系群体一3（IBP-3）和选系群体一4（IBP－4）。新的群体结构再加上新的改良方法，标志着CIMMYT的玉米改良研究进入了以杂交种为主要内容的新阶段。

90年代以来，国际农业研究协调委员会（CGIAR）在对过去20年绿色革命进行评估的基础上，提出了可持续农业的概念，并在全球范围内推行有关的研究计划。CGIAR所属各中心逐渐修订了自己的研究计划。于1994年设立了农业环境研究小组。玉米项目则及时调整了生理、生产、昆虫和病理学研究内容。应用生物技术实验室也是围绕着玉米抗旱性和抗虫性开展研究工作。

在可持续农业这一概念支配下，玉米生理和生产研究子项目逐渐压缩和放弃了一些理论色彩较浓的研究题目，重点放在抗旱育种和耐贫瘠种质改良方百。抗旱育种是利用早季在亚热带试验站进行，施行高密度种植，玉米播种以后严格拄制灌溉，创造极为严酷的逆境条件，对育种材料进行鉴定和筛选。目前主要是鉴定自交系和杂交种。该子项目还在热带低地试验站进行耐贫瘠种质改良研究。他们固定一块Zha的试验区作生理学研究，一年种植两季。其中一半试验区已连续8季不施肥料，另一半则正常施肥。在两种相反的试验区种植和鉴定同样的群体家系材料，只有在两种条件下都表现良好的家系才被选中，合成下一轮群体。通过施加严酷的选择压力，预计可以选出耐贫瘠和抗倒伏的玉米群体。他们还研究光周期与温度对玉米生长发育的影响，用计算机技木分析试验资料，然后编制出程序，结合地理和气象资料可以分析和预测墨酉哥全境的生态条件，从而制定出王米和小麦品种的区域分布图。他们认为，用该软件可以分析和预测全世界的玉米品种区域分布。这项技术对于在发展中国家扩大玉米种植面积和确定新品种的适宜范围很有帮助。

可持续农业研究坯很重视抗病虫种质改良。一批抗Fusarillm垄膺病、穗腐病和抗黑点病（Tar snot Resistant）群体和抗虫群体正在途育改良之中．

3．杂交种选育研究

CIMMYT的玉米项目自 1985年开始执行杂交育种计划， 1991年发放第一批自交系，剽到1995年7月已经累计发放5批共329个自交系。这些自交系分属于热带、亚热带、中海拔和高原种质。此外还包括55个QPM自交系。最近，中心将发放第 6批（高原种质）自交系。

自1994年开始，CIMMYT已经在世界各地，主耍在热带和亚热带的发展中国家进行玉米杂交种的国际试验（CHT）。1995年的杂交种国际试验包含5组，即：①热带白粒（CHTTW）②热带黄粒（CHTTY），③亚热带白粒（CHTSW），亚热带黄粒（CHTSY），⑤高原杂交种（CHTH）。每一组试验包含16个参试杂交种和4个对照种，即1个对照杂交种，1个普通自由授粉品种（OPVs）对照和 2个地方对照品种，总共20个处理。采用5米行长、双行区、4次重复的随机完全区组设计。每一个试验需要160行试验地。参试杂交种包括单交种、三交种和双交种，但以前两者为主。考虑到目前许多发展中园家的生产条件还比较落后，CIMMYT的玉米杂交种国际试验比较看重三交种．但从当前的研究方向来看，单交种已经成为主流。中心将根据国际试验结果和合作伙伴的要求，向承担试验的各国科学家提供优良杂交种的亲本自交系。

每年年末，中心制定次年的国际试验方案，并在4月份开始向承担试验的国家邮寄参试品种和计划书。愿意承担杂交种国际试验的单位和个人，至少应在当地正常播种期2个月之前把申请表寄给中心玉米项目负责人，以便及时安排试验计划。

4．种质改良和育种方洁的斩尝试

CIMMYT最初把RRS选择方法应用于ETO和 TuxPeno而个种族的群体改良，现巳扩大了应用范围。THO－A和THG－B是依照热带杂种优势组群模型合成的群体，用分别来自Pob．21和Pob．32等群体的自交系和家系组戍，反映TETO和Tuxpeno这一杂种优势模型。IBP系列群体分别是自粒和黄粒群体，每一粒色又各有硬粒型和马齿型之分。用相应类型的自交系或家系组成群体，然后进行改良。目的是要从改良群体中选出高配合力自交系。不难看出，这些新群体从一开始组成就考虑到遗传差异。THG系列是根据杂种优势模型的种族来源构建群体；而IBP系列则不考虑种族来源，只根据子粒类型组群。这样，新祥体从一开始就有清晰的种质来源或遗传差异。他们认为这样组成的群体经过RRS方法改良以后，预期较有把握选出符合杂种优势模型的高配合力自交系，进一步有可能较容易地配出强优势组合。

CIMMYT早期合成的某些群体和基囵库未考虑种族来源，因而遗传基础较乱，改良方法也偏重于表型性伏的选择。这样的群体结构和选择方法不适应杂交育种对种质的要求。固此，80年代后期合成新群体以后，他们叉采用SZ和RRS选择法，以便更准确地鉴定基固型和利用杂种优势。

 CIMMYT开展生物技术研究已经4年，是由法国政府资助的为期6年的项目，总经费300万美元。该项目由4名科学家执行，主要工作由来自各国的青年学者如博士后、研究生、实习生和访问学者承担。他们强调实用性，因而项目称叫作应用生物技术究。在玉米方面日前主要用RFLP技术辅助进行抗旱和抗虫基因鉴定。育种家们先在田间用常规方法鉴定出抗旱和抗虫基因型，然后与普通玉米种质杂交，在分离后代用RFLP技术鉴定携带有抗性基因的个体。由于在田间试验条件下很难准确地鉴定和筛选这类抗性基因和基因型，困此他们用RFLP技求去寻找与抗性基因紧密连锁的其他可视形状。找到这样的抗性基困供体材料以后，便交给育种家们在常规育种中使用。这样就较好地与常规育种技术结合在一起，而且回避了转基因操作。由于法律原因，他们的抗虫转基因操作一直在美国大学的实验室里进行，直到1995年CIMMYT才获准建立自已的转基因操作实验室。另外，他们还进行简化操作方法的研究，特别强调不用放射性同位素的分析技术．同的是为了在发展中国家推广简单、实用、元污染和廉价的生物技术．

转载：世界农业