书城农林作物群落育种学
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第17章 作物群落对品种的要求及育种目标

在作物群体育种中,对品种的要求一般是“高产、稳产、抗性强、熟期适当、优质、适应农业机械化”。这样的要求对于作物群落育种就显得不够了。作物群落是由几个群体组成的,各群体之间存在着明显的差异性和关联性,并且对环境各有一定的要求和相互影响等问题。与群体相比,群落育种目标的项目多,要求高。

一般来讲,主要目标是在一定的时期内,对作物群落品种性状的主要要求。当前作物群落的主要目标应是高产、优质、高效、和谐。辅助目标是随时间、地点和条件而变动的,是对作物群落品种的次要要求,如适机械、耐储运等。根据需要和条件,主要目标和辅助目标都可再细分出各级子系统。以逐步达到既定的具体目标。例如,高产可定出具体高产形态,规定谷类高产茎秆为秆硬秆低,高产子粒为粒多粒重;高产棉铃为铃多铃大,绒长衣分高。在所列作物群落育种目标系统中也可根据具体情况加以取舍增减。

一、主要目标

(一)高产

人们要求作物产品首先是数量。生活资料和生产原料在数量上有了保证,生活和生产才能提高和发展。在作物群体生产过程中,始终都贯彻着高产的指导思想,选用高产品种,采用高产管理技术,丰产丰收,以高产告终。所以,培育高产品种成为群体育种的主要目标。在作物群落育种中,同样把高产放在首位。育出的新品种要求在一定的面积上比原来种植的老品种增产,也就是在单位面积上取得高产。不仅如此,而且在群体高产的基础上,要求培育的,由几个群体的品种所组成的品种集,周年产量要高,要高产超高产。对于作物群落来说,超高产有两层含义:一是培育的群体品种要超高产如超级稻和超级棉等;二是培育出的高产群体品种在群落中和谐共处、互利互惠,比其单独种植情况下超高产。为此群落育种还需要进一步要求高产形态和高产生理。

1.高产形态

作物的形态是作物整体及其器官的外部形状表征及空间分布。并且各种作物的收获器官不同,在育种上以其收获器官形态为重点,培育与高产相关的各种优良性状。作物的根是吸收水分、养料和交换气体的器官。土壤中的水分和矿物养料全靠根来吸收,对于作物生长发育和产量高低关系很大。一般要求根系庞大,吸收能力强,特别是收获块根的作物如甘薯和甜菜等。在根部,育种目标应为根大、根重、吸收能力强,获得高产块根。作物茎的功能是支持全体,连接各器官和转运物质。在育种上要求茎秆坚硬,高度适宜。谷类作物茎部育种目标是秆硬、秆低;麻类和甘蔗则要秆硬秆高,含纤维,含糖要高,获得高产茎秆。叶的功能在于进行光合作用,吸收光能,制造有机物,进行空气和水分交换,是作物的主要营养器官,直接影响着作物产量的形成,左右着增产和减产。一般要求叶厚、叶深、叶多、竖叶、寿命长。对于收获叶的作物如烟、茶和剑麻等更要保证品质,获得高产叶。果实是作物生长种子和保护种子的器官。结果多少,其中的种子多少亦与收获子实的作物的产量有关。如单株棉花的铃数和铃重就是棉花子棉产量的重要因素。一般对果实的育种目标要求果多果重。种子是作物有性繁殖的器官;又是许多作物的主产品,即栽培的主要收获物,成为作物育种的目的物。种子生产的多少说明产量水平的高低。高产种子的目标是子多子重,小粒种子以千粒重,大粒种子以百粒重表示种子的大小。并规定了大粒、中粒和小粒的标准,作为产量的重要构成因素。

作物的种类繁多,形态各异,栽培目的和育种要求也不尽相同,应当根据具体情况制定相应的群体育种高产形态标准。这里特别要强调,除了为群落中的群体品种规定的形态标准外,并且在形态上要互补互利,如根系一浅一深,茎秆一高一低,叶一大一小,以便充分利用自然资源。切记不可互相损害,影响产量。

2.高产生理

作物高产除了具有高产形态之外,在生理方面也要适应高产要求。作物的产量依靠作物光合作用生产有机物质,这就需要作物品种具有高光效的性能。各种作物的光合速率和光能利用率都不相同。这些生理参数关系着作物生产有机物质的多少。一般C4作物如玉米和高粱等净光合速率比C3作物如小麦和大豆等为高,因而,生物产量都高。所以,群落育种应选C4及光合速率高的作物及其品种。此外,作物利用日光能可以达到5%,然而,一般作物只利用到0.5%~1%,吨粮田才达到1.03%。因此,光能利用率还可提高,增产潜力仍然很大。作物群落育种不仅培育其中群体的高光效品种,而且还要为处于群落下位的群体选育高产优质的光补偿点低的、耐阴的品种,以充分利用群落内生境的弱光条件,增加群落整体产量。因此对于处于群落高位的群体品种要求高光效,对于处于低位的群体品种要求低光补偿点。以充分发挥作物生理功能和生态效应。

作物吸水吸肥的特性各不相同。根系庞大,分布范围深而广,特别是生理吸收性能良好的作物,吸收能力就强,抗旱耐瘠;反之,则弱,适应干旱条件的能力就差。所以吸收能力也是作物高产的因素之一。在作物群落育种中,在要求高吸收的品种的同时,在群体搭配上,也需要培育耐瘠耐旱的品种,以达到和谐共处的目的。

作物的熟性表明其成熟的早晚和成熟期的长短。在群落育种中,一般要求早熟的特性。有时为了接茬轮作和赶季节,产品也需要晚熟的特性,例如蔬菜和瓜类延迟到淡季成熟,以提高产量和增加出售价格。而在群落中有些群体需要晚熟如春播作物,有些需要早熟如夏播、套种和接茬作物,一早一晚,对应互补,充分利用一年中有限的生长期。

(二)优质

农产品市场要求满足需要的产品数量,特别是要求产品的质量。近几年粮食高产后,对粮食的品质提出了高蛋白、高营养和专用途等要求。同样对棉花要求绒细长和拉力强,能纺高支纱的优质棉。作物的种类不同,它们的用途多种多样,粮食作物食用,棉花用种子纤维、麻类用韧皮纤维、油料作物用其油脂。因此不同用途,对作物品质有不同的要求。作物育种对品种的要求,不仅要超高产,更要优质高值。

作物的品质是指作物产品满足人们使用的质量,是作物产品性质的综合表现。由于作物产品使用价值不同,各种作物各有其具体的品质规定。作物产品的品质可分为内在品质、外在品质和加工品质3个方面。内在品质包括糖类、蛋白质、脂肪、矿物质以及纤维素等有用物质的含量等项目。外在品质包括外观、整齐度和饱满度等。加工品质如小麦分为制粉品质和食品制作品质等。此外,还制定了面包、馒头和面条粉专用小麦品种品质项目和标准的规定。纤维作物重视纤维的长度、细度及强度。对油菜的品质目标,不仅要求含油量高,而且芥酸含量低。一般作物品种考种,都把有关品种指标规定的非常具体。例如棉花纤维的长度、细度和整齐度;烟叶的叶片厚薄,组织细致与粗糙以及颜色和光泽等,规定的更加严格。随着产量不断提高,优质在育种目标中,愈来愈显得重要了。

作物品质均有一定的标准和测定方法,对于加快培育作物优质品种,创造了必要的条件。在培育作物高产品种的同时,积极开展品质育种,提高作物品种经济效益已成为当前作物育种的重要任务。

(三)高效

高效指的是作物群落品种的高经济效益、高生态效益和高社会效益。经济效益是指劳动耗费与所取得有用成果比较。它可以用价值评价。一般以产值减去成本所得纯收入即利润表示。经济效益的高低由产量、质量和成本所决定。优质价格高,再加上产量高和成本低,经济效益自然就高。对于群体育种来说培育出一个新品种,它的品质好,其经济效益也随着提高。对于作物群落育种来说,不只是提高品种的品质,而且培育出价格高的作物品种如高档瓜菜等,其经济效益超高效的意义就更大了。产值高只是高经济效益的一个方面。在产值提高的同时,并降低成本,经济效益才能真正提高。因此,在培育优质品种的同时,应培育省工、低耗的性状,经济效益将会更高。许多作物收获物都不相同,用产量相比不能说明问题,譬如小麦收获子粒、棉花收获皮棉、烟草收获烟叶,它们产量的多少就没有可比性。这时用群落整体经济效益,用纯收入就可比出高低。高经济效益对于作物群落具有特殊的意义。

生态效益指的是对生态环境的改善、利用和适应的效果。作物群体育种可以培育高光效品种和具有固氮和释磷能力的品种,以扩大利用日光能、空气中氮素以及土壤中不可给态的磷素,例如与根瘤菌和蓝藻共生固氮以及分泌有机酸释磷的品种。培育对恶劣环境条件的适应、忍耐和抗逆的强抗性品种,例如抗虫、抗病、抗旱和耐寒品种。对于作物群落育种就不仅如此,它还要培育群体彼此相和谐的品种集,发挥生物资源的内在潜力,提高群落的整体产量,例如培育高秆阳性品种和低秆阴性品种,种在一起,以增加阳性作物的受光强度和时间;高秆作物又为阴性作物遮阴,充分利用日光能。这也是群落育种比群体育种优异的特点之一。

社会效益通常是指满足社会需求,提高人民福利的效果。主要包括人民的基本生活资料、公共事业、国家和集体利益等。培育高产粮食作物品种、增产粮食,保证人民口粮。增产优质作物品种,提供给国家工业原料,生产高档产品,增加税收和外汇,例如最近培育出含锌丰富的“中麦175号”和营养价值高的“北京0045号”,为食品工业提供特异的原料。培育特殊用途的作物新种和新品种,在满足工业上的特殊需要的同时,增加农民的收入,改善生活,提高文化、科技水平和整体素质,对于小康社会建设亦有重大意义。

高效是作物群落育种的重要目标。不仅群体育种不可忽视,而且要在群落育种中特别加以强调。高效不仅是群落生产的最终目的,而且应作为群落育种主要目标的重点之重,中心之中。只有达到高效,群落品种集的利用价值方大,推广面积才广。

(四)和谐

作物群落和谐指的是群落中各群体的品种融洽,适应环境,技术配合,伴生共处的状态。在作物群体育种中,对个体要求形态整齐一致,植株紧凑,便于合理密植。在群落育种中,把群体之间和谐作为育种的重要目标,对品种提出更高的要求。这是群落育种与群体育种的最大区别。

1.品种融洽

作物群落内各群体品种间的关系,存在着正负相互作用。正相互作用包括彼此互利和偏利;负相互作用包括竞争生存空间和生活资源,甚至分泌物质伤害对方,也分互害和偏害。在群落育种中要培育有正相互作用的品种。在形态上和生理上互利互惠,能够充分利用空间、时间和生活资源。例如,在形态上,“根系一深一浅,茎秆一高一低,叶一宽一窄,株型一大一小”,能够对应互补,分别利用群落内上下、前后、左右,全方位的光热水肥气等自然资源。在生理上,也要配合恰当,生长期一长一短,一前一后;生长发育一快一慢;光饱和点及补偿点一高一低、一阳一阴;蒸腾系数一大一小,需水量一多一少,能够适生适熟,平衡协调。否则品种间相争相害,矛盾迭出,各群体都生长不好,群落整体产量和品质相应的均受到影响。

2.适应环境

群落的品种对环境的生态适应性要大同小异,也就是在大环境大体相同的基础上,在小环境内以及适应环境的程度上又有差异,这样才能共处在同一环境之中。不然,大环境不同,它们不可能生长在一起,如东北的亚麻与南方的甘蔗,它们对温度和光照大不相同,所以,根本就种不到一起。另一方面如果小环境也完全相同,特别对环境条件适应的程度没有差异,则它们生长在一起,就会发生争夺生活资源的现象。在一个稳定的环境内,生态位完全相同的物种,不能经久地共存在一起,竞争力弱的一方将被强者所排斥。所以,培育在同一环境中生态适应性大同小异的品种集亦是群落育种的目标。

3.技术配合

群落的管理技术比起群体要复杂得多。在品种融洽和适应环境的情况下,还得各项技术措施得当,不仅不能相互干扰,最好能够互补,互相配合。例如小麦棉花群落在麦棉伴生期,棉苗需光喜温怕涝,而小麦需水需肥。如何同时满足两者对灌水施肥的技术要求呢?河南省新乡市农民用高低畦整地,小麦种低畦,棉花种高畦,以减轻棉苗受小麦遮光的影响和浇麦淹棉的问题。如果进一步培育耐阴抗低温,抗苗病的棉花品种和早熟低秆的小麦品种,将会补充技术措施的不足。再如为了解决麦棉伴生期较长,培育根茎容易发芽生根的棉花品种,以利育苗育根,移栽扦插,提前现蕾,早发育,早吐絮,多收花;并且能解决棉花收获迟,耽误种麦的问题。同时,在育种上,应培育早熟棉花和晚播小麦,以配合棉花收获和小麦播种的衔接。

二、辅助目标

作物群落育种的辅助目标是为了保证主体目标而提出的。如机械化和耐贮运以及一些特殊的要求。

(一)适应机械化

作物群落生产要在同块地上种植几个作物群体,是比种植单一群体费工费事,并且机械化作业也较困难,容易损伤植株。因此,机械化成为群落生产一个思想障碍。

解决这个问题,从两方面着手。一方面,进行群落生产,应当千方百计地研发适合群落生产的农机具,如高地隙小型机车及其配套农具,这方面长江流域棉区已做出了成绩。另一方面,作物群落育种工作,也应主动配合机械化作业。广泛收集种质资源,采取有效技术,积极培育株型便于机械作业,适管适收的机械化品种。

(二)耐储运

我国改革开放以来,在商品经济支配下,农业生产,特别是作物群落生产,要想达到高产超高产和提高经济效益,必须扩大市场,走出产地,走出国门。因此,农产品耐储运的育种目标,也就提到日程上来了。

耐储藏是指农产品收获后长久储藏,不降质不变坏。这是作为商品的很重要的条件。耐储藏一方面延长收获物的休眠期,另一方面能够抵抗微生物感染。这些都是对品种的新要求。

耐运输是指农产品长途运输,不损伤,不降质。这就要求农产品有一定硬度,有一定的耐磨性,例如农产品内部质地坚韧,种皮或果皮耐磨富弹性。在培育良种时,应注意增添这些特性。

培育的群落品种的收获物能够耐储运,可以长久储藏,长途转运,才能满足广大市场的需要。

在农作物产品中,一般都能满足耐贮运的要求。然而在作物群落生产中,为了充分利用环境资源和显著地提高经济效益,往往组合一些蔬菜和瓜类作物。例如菜蒜棉瓜群落的品种集,就需要大蒜和大白菜休眠期要长,甜瓜和西瓜,耐压耐磨。1979年我国应用转基因技术,已培育出耐储存的番茄,并被批准商品化生产。