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育种家手记:现代玉米杂交种的非凡之旅

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管理员 发表于 2024-5-24 09:33:14 | 显示全部楼层 |阅读模式
作者:汤姆·J·贝克曼 来源|arm progress 网站

      产量潜力之巅: 相较于一个世纪前,今日的玉米杂交种在产量潜力上实现了指数级的飞跃。未来,我们期待通过不懈努力,培育出产量更高的玉米品种。

      在我62年的玉米研究生涯中,我见证了玉米杂交种及其种植方式的诸多变革。现在,就让我带领大家从玉米杂交种的起源开始,追溯这段发展的旅程,甚至回到我涉足植物育种之前的年代:

      1)开放授粉玉米时期

      玉米作为一种异花授粉作物,与自花授粉的大豆形成鲜明对比。开放授粉的玉米品种起源于美洲原住民的玉米。一些具有前瞻性的农民挑选出最佳的玉米穗,用这些种子来播种下一季的作物。

      他们发现,通过这种方式,他们能够提升作物的抗倒伏能力、穗大小和产量。后来的玉米育种家将这种方法称为大规模选择法。

      2)1901年左右

      这些农民开始向邻居出售他们的种子。其中一位名叫詹姆斯·里德的农民,他的品种“里德黄牙”被许多育种家用来培育现代杂交种。

      3)杂种优势的发现

      1909年,玉米科学家埃德蒙·伊斯特和G.H.舒尔发现了一项重大突破:通过自花授粉,他们能够培育出纯系的玉米品系。当他们将来自不同群体的自交系进行杂交时,所产生的杂交植株在产量上超过了原始群体。然而,自交系由于个体小且生长弱,无法生产足够的种子作为单交杂交种出售。因此,商业化生产杂交种子的构想暂时搁置。

      4)双交杂交种的诞生

      到了1922年,玉米科学家D.F.琼斯发现了一种新的杂交方法:将两个来自不同品种的单交种进行二次杂交,得到的双交杂交种在产量上超过了所有原始群体。他将这些新型杂交种命名为“双交种”。此后,大多数赠地大学启动了自己的玉米育种项目,并向有志于成立种子公司的先进农民分发有潜力的自交系种子。

      5)玉米带的种子公司繁荣

      在那个时代,玉米带一度拥有超过400家种子公司。一些公司,如DeKalb、Pioneer、Funks G of Illinois和PAG,开始雇佣自己的玉米育种家。

      6)三交杂交种的探索

      然而,要找到四个彼此兼容的自交系以制造成功的新双交杂交种是相当困难的。因此,一些公司开始研发三交杂交种,这种杂交种以单交杂交种作为种子亲本,以自交系作为雄性授粉亲本。一些领先的公司,如DeKalb和Pioneer,开始重新利用自交系作为单交杂交种的种子亲本。相比找到三个自交系,找到两个自交系以培育出高产杂交种要容易得多。

      7)单交杂交种的兴起

      1964年,我在威斯康星大学完成了我的博士学位,并作为DeKalb的实习生开始了我的育种工作。那时,他们已经发布了他们的短单交杂交种XL45。这是由我的教授诺曼·尼尔培育的自交系W64A与俄亥俄州立大学的玉米育种家格伦·斯特林菲尔德培育的OH43之间的杂交。XL45可以以当时的高密度种植:每亩3万粒种子。而大多数农民当时还在使用36至40英寸的行距,每亩种植16000至18000粒种子。

      这一转变标志着玉米产量提升的一个重大转折点。今天,种植者普遍种植单交杂交种。随着技术的进步,新的技术手段不断涌现,加速了品种选择过程。但植物育种的本质仍然是寻找两个强大且兼容的亲本系,以产生具有更优特性和/或更高产量潜力的杂交种。

      8)育种技术的革新

      在过去的几十年里,育种技术经历了翻天覆地的变化。从最初的大规模选择法,到自交系的培育,再到单交、双交和三交杂交种的开发,每一步都为提升玉米的产量和质量奠定了基础。现代育种技术,如分子标记辅助选择、基因编辑等,更是让育种家能够精准地改良目标性状,培育出更适应未来农业需求的玉米品种。

      9)育种目标的多元化

      随着社会的发展和消费者需求的多样化,玉米育种的目标也不再局限于产量。抗病性、抗虫性、耐旱性、营养价值、环境适应性等都成为了育种家关注的焦点。通过综合考量这些因素,育种家们致力于培育出既高产又可持续的玉米品种。

      10)育种与农业实践的结合

      育种的进步离不开农业实践的配合。合理的种植密度、科学的施肥和灌溉、病虫害的防治等都是确保玉米高产的关键因素。育种家与农业技术人员的紧密合作,共同推动了玉米生产的现代化和高效化。

      11)面向未来的育种

      展望未来,玉米育种将继续在提高产量、改善品质、增强可持续性等方面发挥关键作用。随着全球气候变化和人口增长带来的挑战,育种家们将面临更多考验,同时也将迎来更多机遇。通过不断的创新和努力,我们有理由相信,玉米杂交种的明天将更加光明。

      结语

      玉米杂交种的发展史是一段充满挑战与创新的旅程。从开放授粉到现代杂交种的培育,每一步都凝聚了育种家们的智慧和汗水。随着科技的发展和农业需求的变化,玉米育种将继续前行,为人类的粮食安全和农业可持续发展做出更大的贡献。
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