中國玉米遺傳育種（簡體書）

本書共24章，主要分五篇。第一篇重點闡述了玉米育種的遺傳基礎，包括玉米發育生理，主要性狀遺傳、細胞遺傳、分子遺傳和群體遺傳理論，雜種優勢的研究進展。第二篇重點介紹了玉米育種理論與技術，包括玉米群體改良技術、理化誘變技術、單倍體技術、分子標記技術和基因工程技術。第三篇為玉米育種總述，系統講述了玉米種質資源、自交系選育、雜交種選育、抗性育種以及青貯玉米、糯玉米、甜玉米等專用玉米育種方法。第四篇以我國玉米產區為單元，圍繞我國北方春玉米、黃淮海夏玉米、南方玉米、西北旱地玉米等四大產區，介紹了各區的生態特點、育種目標，以及自交系和品種選育情況。第五篇介紹了玉米種子生產與加工技術，以及玉米育種信息化管理等方面的內容。 本書內容豐富，資料翔實，可供玉米科研、教學、推廣和生產技術人員閱讀參考。

本書由山東省農業科學院玉米研究所主編，國內玉米產業體系相關科研單位和高校聯合編寫。該所為我國玉米三大主產區之一黃淮海產區的唯一的玉米科研單位，農業部黃淮海玉米產區玉米遺傳育種重點實驗室所在地，其學術地位國內領先，也是國內公認的玉米研究權威單位。

本書執行主編汪黎明：現為山東省農業科學院玉米研究所所長、農業部黃淮海北部玉米生物學與遺傳育種重點實驗室主任、中國作物學會玉米專業委員會鮮食玉米分會理事長、山東省農作物品種審定委員會委員。榮獲國家科技進步二等獎1項、山東省科技進步一等獎2項、農業部技進步二等獎1項，獲得山東省有突出貢獻中青年專家和全國糧食生產先進個人稱號。主編《中國玉米品種及其系譜》《中國玉米栽培學》等科技書籍。另外兩位主編孟昭東、齊世軍也是玉米所科研人員，學術成果卓著。

中國玉米育種實踐集成

玉米是重要的糧食、飼料和工業加工原料作物，已發展為全球第一大作物，成為左右全球糧食供求形勢和畜牧業發展的重要因素。玉米也是中國重要的糧食作物，目前在全國糧食作物中種植面積和總產量均為第一位；在世界上僅次於美國，居第二位。進入21世紀，隨著現代農業和加工業的快速發展，玉米的用途更加廣泛。國內玉米70%左右用於飼料，其他近30%作為工業、醫藥加工的主要原料和直接作為糧食；玉米也是再生能源(乙醇)的重要原材料。因此，玉米已成為21世紀舉足輕重的戰略資源。

2018年我國玉米種植面積4 213萬 hm2；總產2 574億kg；單產6109kg。玉米產量潛力大，選育和推廣優良玉米雜交種，實現玉米單產和總產的新突破，對保障我國糧食安全具有重要意義。一般認為，在玉米增產的諸要素中，由品種改良引起的遺傳增益所作的貢獻約占40%。我國玉米遺傳育種科研取得重大進展，產生了多項重大成果，積累了豐富的育種理論和應用技術，有必要進行科學總結。這即是本書編寫的動因。

第一章緒論1

第一節玉米的地位及起源1

一、 玉米的地位及用途1

二、 玉米的起源與傳播3

第二節中國玉米生產概況5

一、 中國玉米生產歷史與現狀5

二、 中國玉米種植區劃8

三、 中國玉米產業發展11

第三節中國玉米遺傳改良研究概述14

一、 經典遺傳相關研究15

二、 分子遺傳相關研究16

三、 育種技術相關研究20

第四節中國玉米育種概況23

一、 玉米種質研究與應用23

二、 雜種優勢群與雜種優勢模式25

三、 普通玉米育種26

四、 專用玉米育種28

五、 玉米種子生產與檢測30

第一篇玉米育種的遺傳基礎

第二章玉米發育生理35

第一節玉米生長與發育35

一、 玉米生育時期與階段35

二、 玉米營養器官的生長37

三、 玉米生殖器官的生長45

第二節玉米遺傳育種的生理基礎51

一、 玉米高產的生理基礎51

二、 玉米抗逆生理基礎68

三、 玉米養分高效利用生理基礎79

第三節玉米生長發育生態因子89

一、 氣候因子89

二、 土壤因子91

第三章玉米主要性狀遺傳94

第一節玉米質量性狀遺傳94

一、 玉米質量性狀94

二、 玉米質量性狀遺傳94

第二節玉米數量性狀遺傳104

一、 玉米數量性狀104

二、 玉米數量性狀遺傳105

第三節遺傳力與配合力估算108

一、 遺傳力及其效應估算108

二、 配合力及其效應估算116

第四章玉米細胞遺傳122

第一節玉米細胞遺傳研究進展122

一、 玉米細胞遺傳學的創立與發展122

二、 玉米細胞遺傳學的研究進展124

第二節玉米染色體組及其變異126

一、 染色體結構及形態126

二、 染色體結構變異130

三、 染色體數目變異133

第三節玉米離體培養137

一、 離體胚胎發生及其影響因素137

二、 玉米離體培養體系142

第五章玉米分子遺傳147

第一節玉米的遺傳標記147

一、 遺傳標記的類型147

二、 分子標記的應用150

第二節玉米的遺傳作圖群體152

一、 遺傳群體類型152

二、 遺傳群體的構建方法及注意事項154

第三節玉米分子圖譜構建156

一、 分子遺傳作圖的理論基礎及步驟156

二、 數量性狀定位方法157

三、 分子圖譜構建及QTL分析進展159

第四節玉米轉座子及其應用161

一、 轉座子的種類162

二、 Mu轉座子的分類及其特性162

三、 Mu轉座子的應用163

第六章玉米群體遺傳166

第一節群體的遺傳結構166

一、 基因型頻率和基因頻率166

二、 玉米群體的遺傳平衡168

三、 複等位基因群體的遺傳平衡169

四、 多個位點的遺傳平衡170

第二節玉米群體中基因頻率變化174

一、 遷移174

二、 突變175

三、 選擇177

四、 突變與選擇之間的平衡182

第三節理想小群體183

一、 理想化群體184

二、 近親交配184

三、 近交係數186

四、 理想小群體內的遺傳效應191

第四節非理想小群體195

一、 有效群體含量及其應用195

二、 玉米群體改良中基於小群體的近交201

第七章玉米雜種優勢204

第一節雜種優勢的發現與利用204

一、 雜種優勢概念的提出204

二、 玉米雜種優勢的利用205

三、 雜種優勢的度量與表現特性206

第二節雜種優勢的理論基礎208

一、 雜種優勢理論假說208

二、 雜種優勢形成的分子基礎212

三、 雜種優勢形成的生物學機制217

第三節雜種優勢預測218

一、 遺傳距離法218

二、 雜種優勢類群法220

三、 基於組學數據的雜種優勢預測221

第二篇玉米育種理論與技術

第八章玉米群體改良技術225

第一節玉米群體改良發展概況225

一、 玉米群體改良概念225

二、 群體改良發展概述225

三、 群體改良的作用227

第二節群體改良的理論與方法228

一、 群體改良理論228

二、 改良用基礎群體228

三、 玉米群體改良方法230

第三節群體改良利用234

一、 群體改良利用原則234

二、 影響群體改良效果的因素234

三、 群體改良與現代生物技術235

第九章玉米誘變技術241

第一節發展概況241

一、 誘變技術的發展241

二、 誘變育種的特點243

第二節誘變方法244

一、 輻射誘變244

二、 化學誘變245

三、 太空誘變248

四、 基於遺傳轉化的生物誘變249

五、 突變體形成的生物學過程249

第三節誘變材料的選擇與鑒定250

一、 誘變基礎材料250

二、 誘變處理對象251

三、 誘變後代的處理與選擇252

四、 突變體的鑒定253

第四節突變體的應用與發展254

一、 育種材料的改良創新254

二、 基因的功能解析254

三、 突變體庫的構建255

第十章玉米單倍體技術257

第一節研究概況257

一、 早期研究與實踐257

二、 生物雜交誘導單倍體技術258

三、 單倍體育種優勢260

第二節單倍體誘導與鑒定技術261

一、 單倍體產生途徑261

二、 單倍體誘導遺傳與機理264

三、 單倍體鑒定267

第三節單倍體加倍技術與DH系測試269

一、 自然加倍269

二、 人工加倍271

三、 DH系鑒定與測試274

第四節單倍體技術優化與工程化育種276

一、 單倍體育種技術優化276

二、 技術集成與工程化育種279

第十一章玉米分子標記技術280

第一節分子標記技術的發展概況280

一、 分子標記技術的概念280

二、 基於DNA雜交技術的分子標記281

三、 基於PCR技術的分子標記283

四、 基於芯片的DNA標記288

五、 分子標記的發展歷程289

第二節分子標記技術的理論基礎290

一、 玉米分子標記的開發290

二、 玉米分子標記的檢測技術295

第三節分子標記技術在玉米育種中的應用306

一、 種子真實性和純度檢測306

二、 分子標記輔助選擇307

三、 抗病基因類似物標記開發308

四、 全基因組關聯分析309

五、 全基因組選擇311

六、 功能標記在育種中的應用312

七、 分子設計育種314

第十二章玉米基因工程技術317

第一節發展概況317

一、 植物基因工程歷史與現狀317

二、 玉米基因工程319

三、 玉米基因組編輯技術327

第二節轉基因鑒定與安全評價331

一、 轉基因材料的鑒定方法331

二、 轉基因安全性評價333

第三節玉米抗蟲、抗除草劑基因工程335

一、 抗蟲基因工程335

二、 抗除草劑基因工程342

三、 性狀疊加的抗蟲抗除草劑基因工程344

第四節耐鹽耐旱基因工程345

一、 研究現狀及技術路線345

二、 玉米耐鹽耐旱基因工程348

第五節抗病基因工程350

一、 抗病毒基因工程350

二、 抗真菌病害基因工程351

第六節產量及品質改良基因工程353

一、 玉米產量性狀改良的基因工程353

二、 玉米品質性狀改良的基因工程357

第三篇玉米育種總述

第十三章玉米種質資源365

第一節搜集與保存365

一、 國內地方品種資源的徵集366

二、 國外玉米種質資源的引進367

三、 玉米種質資源的保存368

第二節鑒定與評價369

一、 抗病性鑒定369

二、 抗蟲性鑒定371

三、 耐旱性鑒定371

四、 耐澇性鑒定371

五、 耐寒(冷)性鑒定371

六、 耐鹽(堿)性鑒定372

第三節創新與利用372

一、 基於野生近緣植物的種質創新與利用373

二、 基於地方品種的種質創新與利用373

三、 基於外來群體的種質創新與利用374

四、 基於外來雜交種的種質創新與利用376

五、 基於外來自交系的種質創新與利用376

六、 玉米種質創新與利用的發展建議377

第十四章玉米自交系選育380

第一節自交系的概念及其選育目標380

一、 自交系的概念380

二、 自交系選育目標380

第二節選系基礎材料381

一、 地方品種381

二、 窄基礎群體382

三、 廣基礎群體382

四、 外來種質382

第三節自交系選育383

一、 常規選系法383

二、 單倍體選系法384

三、 人工誘變選系法386

四、 轉基因技術選系法388

五、 分子技術選系法391

六、 自交系配合力測定393

第四節自交系的改良方法394

一、 回交法394

二、 配子選擇法395

三、 聚合改良法395

四、 輪回選擇法396

五、 大群體選擇法397

第十五章玉米雜交種選育398

第一節育種目標399

一、 產量400

二、 品質400

三、 抗逆性400

四、 耐密性401

五、 生育期401

六、 主要農藝性狀402

第二節選育方法402

一、 組配原則402

二、 配合力測定403

三、 理想親本404

第三節雜交種鑒定評價405

一、 初級鑒定405

二、 高級鑒定406

三、 雜交種區試審定406

四、 條帶定位試驗411

第十六章玉米抗性育種412

第一節抗病育種412

一、 大斑病412

二、 小斑病414

三、 莖基腐病417

四、 穗粒腐病419

五、 絲黑穗病423

六、 瘤黑粉病425

七、 紋枯病429

八、 矮花葉病432

九、 粗縮病434

十、 銹病436

十一、 灰斑病439

十二、 彎孢葉斑病441

第二節抗蟲育種443

一、 玉米螟443

二、 蚜蟲447

第三節抗非生物逆境育種450

一、 抗倒伏450

二、 耐旱性452

三、 耐高溫457

四、 耐寒性461

五、 耐鹽(堿)464

六、 氮高效467

第十七章專用玉米育種470

第一節青貯玉米470

一、 發展概況470

二、 自交系選育473

三、 品種選育與利用475

第二節糯玉米育種478

一、 發展概況479

二、 自交系選育483

三、 品種選育與利用489

第三節甜玉米育種493

一、 發展概況與分類493

二、 自交系選育495

三、 品種選育與利用498

第四節優質蛋白玉米500

一、 發展概況500

二、 自交系選育504

三、 品種選育與利用505

第五節其他專用玉米508

一、 高油玉米508

二、 高澱粉玉米511

三、 爆裂玉米514

四、 筍玉米519

第四篇玉米分區育種

第十八章北方春玉米育種523

第一節北方早熟玉米育種523

一、 區域分佈與生態特點523

二、 育種目標與主要目標性狀分析525

三、 骨幹自交系及其衍生系526

四、 品種創新與利用535

第二節北方中熟玉米育種543

一、 區域分佈與生態特點543

二、 育種目標與主要目標性狀分析544

三、 骨幹自交系及其衍生系546

四、 品種創新與利用553

第三節北方中晚熟玉米育種554

一、 區域分佈與生態特點554

二、 育種目標559

三、 骨幹自交系及其衍生系560

四、 品種創新與利用570

第十九章黃淮海夏玉米育種577

第一節區域分佈概況577

一、 生產概況577

二、 生態特點581

第二節育種目標583

一、 高產583

二、 優質585

三、 穩產585

四、 適應機械化生產588

第三節骨幹自交系及其衍生系589

一、 四平頭群骨幹自交系及其衍生系590

二、 PA群骨幹自交系及其衍生系591

三、 PB群骨幹自交系及其衍生系592

四、 外來種質選育的骨幹自交系及系譜593

第四節品種創新與利用596

一、 黃淮海玉米品種發展曆程596

二、 玉米單交種品種更替599

三、 主要雜優模式599

第二十章南方玉米育種601

第一節西南玉米育種601

一、 區域分佈與生態特點601

二、 育種目標606

三、 骨幹自交系及其衍生系608

四、 品種創新與利用613

第二節東南玉米育種617

一、 生產概況617

二、 自交系的選育621

三、 品種選育與利用624

第三節熱帶、亞熱帶玉米育種627

一、 區域分佈與生態特點627

二、 育種目標629

三、 骨幹自交系及其衍生系632

四、 品種創新與利用635

第二十一章西北旱地玉米育種639

第一節區域分佈與生態特點639

一、 區域分佈639

二、 影響玉米生產的因素641

三、 玉米育種中存在的問題642

第二節育種目標644

一、 育種目標的影響因素644

二、 育種目標的協調645

三、 育種基礎理論與技術的應用646

四、 育種和栽培技術結合646

五、 西北不同區域的育種目標646

第三節骨幹自交系及其衍生系647

第四節品種創新與利用650

一、 品種發展歷程650

二、 主要雜種優勢群及雜種優勢模式652

三、 育種發展策略652

第五篇玉米種子生產與育種信息管理

第二十二章玉米種子生產657

第一節影響因素及相關措施657

一、 種子生產的影響因素657

二、 提高種子質量和產量的措施664

第二節親本性狀保持與繁殖668

一、 原種生產技術668

二、 提純復壯技術668

三、 定系循環技術669

第三節種子生產程序671

一、 保持玉米親本特性種子生產技術規程(DB37/T 3103―2018)671

二、 玉米優質雜交種生產技術規程(DB37/T 3107―2018)673

第四節不育系制種技術674

一、 不育系種類674

二、 不育系和恢復系的回交轉育676

三、 利用細胞質雄性不育系生產雜交種677

四、 SPT技術678

第五節種子生產的田間檢驗679

一、 田間檢驗的目的與作用680

二、 田間檢驗的項目與檢驗時期680

三、 田間檢驗的程序681

四、 種子生產的質量要求684

第二十三章玉米種子加工與貯藏685

第一節加工原理685

一、 乾燥原理685

二、 玉米種子清選分級原理687

第二節玉米種子加工技術691

一、 乾燥技術691

二、 乾燥設備693

三、 加工設備696

四、 包裝702

第三節玉米種子處理技術705

一、 種子處理的目的705

二、 種子處理的方法705

第四節玉米種子貯藏706

一、 影響貯藏的因素706

二、 玉米種子貯藏技術709

第二十四章玉米育種信息化管理713

第一節育種大數據713

一、 育種數據的分類713

二、 育種數據之間的關係714

三、 基因型數據715

四、 表現型數據715

五、 育種流程數據716

六、 環境數據716

第二節數據庫及信息管理系統717

一、 數據庫概念717

二、 數據庫建設的要求718

三、 數據庫系統的設計和建設718

四、 廣泛使用的數據庫管理系統軟件719

五、 育種數據庫720

第三節育種信息管理系統721

一、 現有育種管理信息系統721

二、 育種信息管理軟件的選擇724

三、 育種信息管理系統的實施724

第四節公共數據庫簡介725

一、 AGRICOLA數據庫725

二、 NCBI數據庫725

三、 MaizeGDB數據庫726

四、 Panzea數據庫727

五、 Gramene數據庫728

六、 中國國家作物種質資源數據庫729

參考文獻731

附錄820

一、 玉米品種特徵特性術語解釋及觀察記載標準說明820

二、 玉米品種審定標準(國家級)821

三、 國家審定玉米品種同一適宜生態區824

四、 2006～2017年全國主要推廣玉米品種名錄827