育种创新！解决密植难题，培育耐密高产广适玉米新品种 | 国家科技进步奖

改革开放以来，畜牧业快速发展，玉米需求急剧增长，提高玉米产量是我国玉米生产长期以来首要任务，但我国玉米品种存在单产水平低、耐密抗逆性差、适应性窄等瓶颈问题。在科技部、农业农村部、北京市科委、国家自然基金委和中国农科院等上级有关部门的大力支持下，中国农业科学院作物科学研究所黄长玲研究团队针对上述问题，从1993年开始，历经漫长的23年持续不断年复一年的努力，培育出耐密高产广适玉米新品种中单808和中单909，该项成果获得2019年度国家科技进步二等奖，为我国玉米种业水平的提高，国家粮食安全作出重要贡献。

新思路—“三高三抗”耐密高产广适育种

黄长玲团队针对玉米群体密度的增加玉米单穗粒重、结实率降低，抗倒伏、抗病、抗旱能力下降的问题，确立“三高三抗”（高密度、高穗粒重、高结实率、抗倒伏、抗病、抗旱）的耐密育种新思路，选用耐密抗逆性优良的亚热带种质作为基础材料，基于Dhn1和 Rsp41、Gln1-3、Dwarf8基因的功能位点和玉米抗丝黑穗病主效QTL，开发紧密连锁的标记，实现对耐旱、耐低氮、高收获指数和抗玉米丝黑穗病育种材料分子标记辅助选择。在早代（S1代）高密度种植（每亩6000-8000株）育种材料，筛选丰产性好，抗倒伏能力强的后代；结合穿梭育种对耐旱性、耐瘠薄和抗病性进行表型选择；对高代材料（S6代）进行杂种优势群划分和增密（比常规密度高15%）配合力测定，结合高密度表型选择与分子标记基因型鉴定技术，建立高效玉米育种技术体系。创制的优良自交系15个已被多个单位利用。

新方法—解决“密植”与“大穗”矛盾

我国西南地区是我国重要玉米产区，该区气候复杂，生态多样，缺少耐密高产玉米品种，品种种植密度长期维持在每亩2000-3000株的水平。黄长玲研究员利用团队建立的高效玉米育种技术体系，以国内外优良玉米为基础材料，在北京、海南、云南进行穿梭育种，以“三高三抗”为核心指标，结合分子标记辅助选择，选育出株型紧凑、长穗粗穗、耐瘠薄玉米自交系NG5和根系发达、耐旱（抗旱指数综合评价值0.899）、抗病性好（抗茎腐病、大小斑病、纹枯病和丝黑穗病）自交系CL11，组配育成耐密高产广适全国农业主导品种中单808，引领了大穗密植育种的方向。

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该品种突出的特性有：高产耐密，在国家西南区试亩产632.8公斤比对照增产19.7%，位于参试品种第1位，是至今为止西南国家区试品种比对照增产幅度最高的玉米新品种；2007年在贵州省创该省亩产934.9公斤的最高纪录。2009年在云南省创亩产1083.6公斤的高产典型。在遵义市比常规种植密度提高30%（增加1000株）的情况下，亩产647.1公斤，增产幅度达39.3%。在遵义、铜仁和凯里3点在亩4400株高密度下，结实性好，单株产量最高（193.7克），比西南主栽品种临奥1号与先玉508分别高18.3%和13.3%；抗病性好，抗茎腐病，中抗大小斑病、纹枯病；抗旱性强，耐旱指数为0.67，比国家区试对照品种农大108（0.43）提高了35.8%；适宜区域广，通过国家和5个省市审（认）定，适宜10个省市推广种植。中单808克服了大穗品种不耐密的矛盾，实现单株产量与耐密抗逆性的协同改良，引领大穗密植育种方向。

团队还对中单808小穗和小花分化期的雌穗开展了分子机制研究，结果表明，NG5和CL11等位基因的加性表达将基因表达调节到了最优范围，是中单808杂种优势产生的重要原因；父本NG5优异等位基因主要参与了穗发育中的氮代谢过程，对杂种优势做出了重要贡献，初步揭示了该品种高产的分子机理，为今后的育种工作提供了理论指导。

协同改良—群体产量&耐密抗逆性

我国黄淮海地区是我国第二大玉米产区，该区一年两季，气候多变，高温、耐阴雨寡照、茎腐病和穗腐病重，倒伏频发，上世纪末本世纪初种植密度长期维持在每亩3000-4000株的水平，缺乏耐密高产广适玉米品种。黄长玲研究员在中单808选育获显著进展后，又针对黄淮海玉米品种耐密性与抗倒性及结实性矛盾等瓶颈问题，提出了以优良外引种质为材料进行改良创新的想法。他带领团队在每亩8000株高密度条件下，以“三高三抗”为核心指标，结合分子标记辅助选择，选育出耐密抗倒结实性好玉米自交系HD568，并选育出全国农业主导品种中单909，实现群体产量和耐密抗逆性的协同改良。

该品种的主要特性有：高产，国家黄淮海区试平均亩产630.5公斤，比对照郑单958增产5.1%；2014年在新疆创亩产1376公斤高产典型；在2010-2015年在53个点次中有38个亩产超过1000公斤。2012-2016年在黄淮海和北方玉米主产区130个点次的联合试验中，中单909收获指数高于郑单958，每亩5000株的高密度种植条件下比对照分别增产5.6%和7.5%。耐密抗倒，2010年国家生产试验中，该品种倒伏倒折率之和为1.5%，小于郑单958（3.9%）。2012年在黄淮海区多点密度梯度鉴定试验中，中单909在每亩6250株的高密度条件下倒伏倒折率分别为0.24%和1.31%，低于郑单958（1.04%和2.55%），表现出优异的耐密性和抗倒性。广适抗逆，该品种通过国家黄淮海和北方3省（区）审（认）定，适宜在11个省（区）推广种植，接种鉴定抗大斑病，中抗弯孢菌叶斑病，中抗瘤黑粉病。中单909克服了密植和抗倒伏的矛盾，实现群体产量和耐密抗逆性的协同改良。

团队对中单909耐密增产的优良特性进行分析认为，该品种叶面积指数大小适宜，最大值出现早，高值持续时间长。每亩3000、6000和9000株种植密度下花后光合势比例高，为63.1%、60.0%和59.7%，分别比郑单958高10.5%、6.0%和6.2%，总干物质及生殖器官干物质快速积累持续时间长，为高产提供充足的“源”；在高密度下粒叶比较高，源库协调性好是中单909实现密植增产的物质基础。蛋白组学研究表明，双亲的优异等位基因主要参与了碳水化合物合成和氮代谢过程，活跃的碳氮代谢是中单909实现高产的主要原因，利用中单909RIL群体对穗位叶、穗部及籽粒等相关性状的QTL定位结果表明，高密度特异表达的QTL（qLAc7-1、qLWc9-1、qLLc8-1等）对耐密增产做出了重要贡献，揭示了该品种耐密高产的分子机理。

新体系—高效种子生产和精准栽培推广技术体系

黄长玲团队针对我国传统流程生产的种子纯度低、退化严重等问题，创建了“99”种子精益生产体系。利用“四九”纯（99.99%）种子繁育和检测技术、种子低损伤加工技术、种子常温干冰储藏技术，确保基础亲本种子纯度>99.99%，比国家标准提高1个数量级；制种用亲本种子纯度>99.9%，比国家标准提高1个数量级；商品种子纯度>99%，比国家标准提高3个百分点且高于欧美等发达国家水平，研制以增密种植为核心的技术体系，使制种产量平均提高5%以上，平均种子生产成本降低5%以上，种子质量达到行业领先水平。

研究团队针对我国玉米新品种“盲目”推广、事故频发、效率低的现实，基于环境评价、品种认知、精细区划，创建农作物新品种精准推广体系。在品种推广中，利用玉米抗倒性检测环境选取方法、多环境测试数据空间插值分析、多环境测试作图分析方法、玉米品种多环境测试数据最优相对转化方法，研制新品种精准推广信息系统和决策支持系统。使新品种推广风险降低2-5倍，生命期延长1-2倍。

该成果创新高效玉米育种技术，创制优良新自交系，育成耐密高产广适新品种中单808和中单909，创建生产技术体系。两品种累计推广超过1亿亩，增收粮食53.1亿公斤；5家种子企业开发品种销售额23.6亿元，实现了大面积推广，取得显著的社会经济效益。

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编辑：张鑫

内容/图片：中国农业科学院

作物科学研究所

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