玉米品种特性需求趋势及育种方向

玉米产量高，适应性广，在保障粮食安全方面具有非常重要的作用。但随着全球气候变化以及品种之前频繁的引种，生物胁迫和非生物胁迫对玉米的产量形成新的严重的威胁。根据未来环境的变化针对性的开发新适合市场需求玉米品种具有非常重要的经济价值和社会价值。

未来降低玉米种植风险的办法是开发和推广改良品种以抵消气候变化和其他非生物和生物胁迫对玉米的产量损失。未来主要需求的还是抗性高和适应性广的玉米品种，需要研究明确耐热性和耐旱性相关性状，并培育能适应高温和干旱环境下的改良品种。

 

可以通过结合常规、分子和转基因育种方法改良品种以应对气候变化的持续和新出现的挑战。提高品种防御性状的水平，包括耐旱性、耐贫瘠、水涝、高温和酸性土壤，以及对病虫害和杂草的抵抗力，可以显著降低与在雨水灌溉条件下种植相关的风险，并可能促进使用其他投入和改进管理做法。耐旱育种不仅适合在撒哈拉以南非洲，而且在亚洲的雨养玉米生产的投资回报率也很高。玉米具有巨大的市场潜力，作为雨养作物，可以和水稻轮作，在季风结束后播种玉米，或在水资源短缺不能种植水稻的区域种植玉米。为了适应这种特性，需要培育能够在生长周期后期即扬花关键期能耐受干旱的玉米品种。

降雨分布的变化也会导致玉米产区暂时的土壤水分过多或水分过量。水涝经常影响南亚和东南亚玉米总产区的18%以上。为了应对非洲、亚洲和拉丁美洲许多地区的极端气候，必须发展改良品种，同时兼顾干旱和水涝的耐受性。最近的研究表明，玉米具有提高耐水涝的良好潜力。所以要开发对非生物胁迫组合具有耐受性的改良品种就需要开发新的筛选/表型方法和育种策略。

 

有助于提高产量、抗逆性和营养质量的有利基因组合确实存在于原代玉米和野生近缘种的基因库中。这些特性可用于使用常规方法培育新的高产、高抗性和营养丰富的品种。然而，这些理想的基因/等位基因及其组合分散在各种不同的地方品种、种群和基因型上，它们通常以低频发生。玉米育种的未来将取决于更有效的技术来发现这些新颖和信息丰富的等位基因（基因的替代版本），单倍型（在同一染色体上不同紧密相连的位点/基因的等位基因或DNA序列的组合，并且倾向于一起遗传）和基因组合比目前可用的等位基因组合。

在过去的二十年中，在了解玉米种质的表型和分子多样性，鉴定影响不同性状的基因/ QTL（数量性状位点）方面取得了重大进展，特别是在对生物和非生物胁迫的耐受性以及营养质量性状方面。因此，新兴的分子育种技术提供了新的高通量方法，可以确保开发出适应未来气候的品种。

 

在转基因作物中，玉米与大豆、棉花、油菜籽并列重要。在29个生物技术/转基因作物种植国中，有16个拥有转基因玉米。全球超过四分之一的玉米面积是转基因品种。一些转基因玉米产品已经在美国开发和推广，主要由跨国公司开发。一系列转基因玉米产品正在发展中国家（如中国、巴西、南非等）销售，包括Bt玉米、耐除草剂玉米、对玉米条纹病毒（MSV）具有抗性的玉米以及具有叠加性状的玉米。在玉米耐旱性、养分利用效率和抗除草剂等关键性状存在有限遗传变异的情况下，转基因育种将是一个重要的选择。

结合对几种复杂的多基因遗传非生物和生物胁迫的耐受性快速开发新品种的能力，对于种植系统对气候变化的适应能力至关重要。依赖于广泛表型筛选的传统育种方法是有效的，但在产生广泛适应的种质方面速度却很慢，并且对于快速提高对多种胁迫的耐受性不是最佳的方法。通过加强对耐旱性生理基础的理解和仪器技术的进步，基于田间的表型方法将高通量和具有成本效益整合到非生物胁迫耐受性在育种中非常重要。

 

目前尽管科学界严重依赖表型评估和湿化学来获取重要性状，允许立即和非侵入性地检测植物特征的成像技术正在表型的视觉外观之前变得突出，因为它们有助于表型特征的高通量分析。随着基因分型成本的下降，新的基因组选择技术已经出现，可以大大减少育种周期，从而有助于在选择决策中纳入有关多重胁迫的遗传效应的信息。挑战还在于识别验证和整合与育种计划中重要寡基因（简单遗传）防御和营养质量性状的主要基因/ QTL相关的分子标记的使用。

提高育种效率的另一个重要途径是使用双倍单倍体（DH）技术促进遗传纯亲本系的开发，以便快速和低成本地开发杂交种。使用DH技术快速开发自交系在商业玉米育种计划中很普遍，特别是在欧洲和美国。需要进一步的研究来开发方案，这些方案可以有效地将DH技术与分子标记和转基因（特别是不同性状的叠加转基因）相结合，以增强遗传增益和育种进展。

 

提高养分特别是氮和磷的吸收和利用效率，可大大有助于确保世界粮食和饲料生产，提高农业收入。在全球范围内，无论是在高潜力-低风险环境还是低潜力-高风险环境中养分利用效率是限制作物生产力和产量稳定性的最重要因素之一。显然，仅靠遗传学和育种学无法解决这一复杂的挑战。改进农艺操作，特别是保护性农业可以发挥重要作用。此外，农学家和遗传学家、育种者必须协同工作，以确定对品种最好的田间管理措施。并更好地了解基因、环境和管理实践之间的复杂相互作用。

改善粮食作物的营养质量（生物强化）可以解决营养不良的问题是一项有意义的战略，特别是可以解决发展中国家农村贫困人口的营养不良问题。CIMMYT（国际玉米小麦改良中心）开发优质蛋白玉米（QPM）是玉米育种和生物强化的重要里程碑。

 

目前在非洲、拉丁美洲和亚洲部分地区开展的许多玉米育种计划就是开发QPM品种，以便改善当地人口的营养和健康。为了提高QPM品种的种植和影响，重要的是要提高其产量和对生物和非生物胁迫的耐受性。另一个重要的育种目标是提高玉米籽粒的维生素A含量。HarvestPlus项目研究开发的富含微量锌和维生素A的玉米，为研究蛋氨酸提供了重要线索。蛋氨酸是一种必需氨基酸，通常在以玉米为基础的主粮中难以满足，蛋氨酸是家禽业生产鸡肉的限制性氨基酸。通过常规育种或基因工程开发的富含蛋氨酸的玉米在家禽业中具有很高的经济价值，可以替代昂贵的合成蛋氨酸。