今天將我們團隊在西北玉米生產及品種需求方面的一些認識和困惑介紹給各位老師，請批評指正。
一、生產現狀
西北區(qū)玉米生產主要包括陜西、甘肅、寧夏、新疆，以及山西及內蒙西部，常年播種面積在6900萬畝左右，占全國面積的12%左右。其中雨養(yǎng)旱作玉米4140萬畝，占總面積的60%，可灌溉和補充灌溉面積為2760萬畝。單產：345-520公斤/畝，平均單產較全國平均高20公斤左右。除陜西關中地區(qū)、山西南部和新疆南部的部分地區(qū)為小麥玉米一年兩茬外，主要種植模式為一年一熟春播玉米。該區(qū)地處我國干旱和半干旱地區(qū)，10℃以上積溫2500-3500℃，年降雨量250-600毫米，無霜期150-200天，土壤類型以壚土、壤土和沙土為主。光熱資源豐富，晝夜溫差大，是我國光熱資源高值區(qū)和玉米增產潛力最大區(qū)域，也是我國適宜種植玉米的四大區(qū)域之一。
二、目前玉米生產的影響因素
干旱是西北發(fā)展玉米生產的第一限制因素。降雨少、變異幅度大，水分供應有限，“十年九旱”。土壤瘠薄、耕層變淺、水土流失嚴重，保水保肥能力差，品種更新換代慢，機械化程度低是產量增進的主要限制因素。
1．氣候條件：西北玉米生產60%左右為旱地農業(yè)（即在半干旱和干燥半濕潤地區(qū)無灌溉條件下，依靠天然降水進行的農業(yè)生產）。40%的內陸灌溉區(qū)也面臨春旱、伏旱的威脅。半干旱及干燥半濕潤區(qū), 降雨在250 到500 mm左右，且降水時空分布差別很大，無效降水頻率高，蒸發(fā)量比降水量高幾倍到幾十倍，影響了玉米的出苗和灌漿。水是發(fā)展玉米生產第一限制因素。而光熱資源豐富，晝夜溫差大，病蟲害輕，光能資源豐富，是我國玉米高產區(qū)及產量潛力最大的地區(qū)。
2．土壤因素：土壤瘠薄，水土流失嚴重，保水保肥能力差。
3．品種因素：現有品種產量、抗逆性和適應性不協調，難以滿足玉米全程機械化生產的需求。
4．種植技術：農戶耕作業(yè)務水平普遍較高，種植技術比較規(guī)范，密度一般在3500-4500株/畝，高產田在5500 -6000株/畝。地膜覆蓋（全膜雙壟溝播、膜側種植）、配方施肥、水肥一體化和機械化作業(yè)（播種、覆膜）應用廣泛。但是，由于農戶相對貧困，受生產資料漲價影響，投入不均衡，農戶和地塊之間差異較大。
三、西北玉米品種選育問題分析
近年來西北玉米育種工作，與國內玉米育種相比，雖然新品種不斷育成，但突破性品種少，品種的現實產量潛力提高幅度不大，品種的適應性、抗逆性不強。
1.種質創(chuàng)新能力不足
現在選育的玉米新品種同質化程度高，競爭力弱，其根本原因在于種質材料的創(chuàng)新性不突出，選育的玉米自交系成長性不強。我國已有6次品種更新換代，核心是突破性種質成功應用。
2022年3月頒布的新《種子法》強化了種業(yè)知識產權保護，建立實質性派生品種制度，擴大植物新品種權的保護范圍和保護環(huán)節(jié)，完善侵權賠償制度?！吨参镄缕贩N保護條例》于2022年11月向社會公開征求修訂意見，首次全面修訂。
“實質性派生品種”概念引入，明確實質性派生品種可以申請新品種權，可以獲得授權，但在進行商業(yè)化應用時需征得原始新品種權所有人同意。另外，2021年修訂的《國家級玉米品種審定標準》明確了玉米品種DNA指紋差異要求。將玉米審定品種與已審定品種DNA指紋檢測差異位點數由2個分位點提高至4個。原始品種的法律保護強度加大，實質性派生品種進行育種的策略將受到限制。如何加強原創(chuàng)性種質創(chuàng)新，提升育種能力建設成為關鍵。
其次，對地方農家種的持續(xù)改良和利用，缺乏足夠的認識和重視。地方農家種在長期封閉的生態(tài)環(huán)境中生長，對特殊生態(tài)條件，表現出一定的適應性，如耐蔭蔽性、耐貧瘠、耐寒性、耐鹽堿等。但其豐產性差、農藝性狀有缺欠，如植株高大、株型披散、雌雄不調等，不適應現在高產高效的要求。充分利用我國地方農家種的有利基因，來改良現有核心種質，提高它們的抗逆性和適應性，仍有較大的潛力可挖掘。
當前，需要對已有種質資源材料，按照新時期的育種目標，進行重新整理、篩選和鑒定，構建新的核心種質，同時不斷強化優(yōu)異新種質的搜集和引進，重視地方品種和外源基因的開發(fā)利用，應用現代生物技術進行不同生態(tài)型有利基因的創(chuàng)建、挖掘與利用。從種質的擴增、改良和創(chuàng)新入手，擴增種質遺傳基礎，形成本土化的種質材料是育種的關鍵。
2.育種技術和方法有待改進
盡管對玉米雜種優(yōu)勢機理缺乏清晰的了解，并沒有防礙雜種優(yōu)勢在育種中的應用。但關于雜種優(yōu)勢和非雜種優(yōu)勢與產量的關系，一般配合力和特殊配合力對產量的貢獻，雜優(yōu)模式的簡化與雜優(yōu)群的構建等，對這些問題的深入認識有助于提高育種的效率。選育的玉米新品種推廣面積不大，除了基礎材料的差距外，育種技術和方法也是不可忽視的一個方面。需要對育種方法進行反思，例如，組材思路、選擇壓力以及對產量與適應性的認識等，要借鑒鄭單958、先玉335等優(yōu)良品種的創(chuàng)新思路，對育種技術路線作出新的選擇。
目前現代玉米育種已從藝術轉向科學，再到智能的革命性轉變，需要依賴于基因組技術、大數據技術、人工智能技術，整合基因型、表型、環(huán)境數據，建立基于大數據驅動的基因組智能設計育種技術體系。需要建立基于高通量數據分析、復雜表型預測和選擇的基因組選擇技術，對傳統育種技術升級，以現代生物技術為手段，提高選擇效率，縮短時間，增強遺傳增益。
3.對抗逆性育種重視不夠
Duvick（1997）研究了美國過去70年的玉米品種，認為在美國玉米雜交種單株生產力沒有明顯的增加，產量提高的主要原因是增強了品種的耐密植性和抗性，因而認為，玉米產量就是抵抗環(huán)境脅迫的能力，特別是耐密植性。過去我們已認識到品種適應性的重要性，但在一定程度上僅僅片面的強調了抗病性育種，而對抗逆性育種（或適應性生態(tài)育種）認識不夠。
西北60%面積為依靠自然降雨的旱作玉米，40%的灌溉玉米同樣也面臨干旱和土壤貧瘠化的困擾。干旱、土壤貧瘠和病蟲草害等生物與非生物逆境危害日趨加劇，已成為今后一段時間，玉米產量增進過程中，不可逾越的障礙因素。如何突破水土農業(yè)資源的嚴重約束，培育和種植抗逆性強、適應性廣的高產高效玉米品種是跨越這一瓶頸因素的必然選擇。
需要把抗逆性育種（或適應性生態(tài)育種）提到重要日程。強化逆境人工選擇，結合自然選擇，提高品種對干旱、瘠薄、高溫、低溫和病蟲草等生物與非生物逆境的適應性。另外，隨著現代農業(yè)步伐的加快，如何適應簡化輕型栽培的需要，與農機農藝措施配套，減少對農機作業(yè)的壓力和降低成本也成為育種必須關注的問題。
4.育種與栽培等學科結合不緊密
玉米育種技術體系是個系統工程，它由許多的育種技術單元組成，每個育種單元之間既相對獨立，又互相聯系，從而構成一個有機的整體。
一般來說，玉米育種單元大致包括：種質資源的搜集、整理和保存，種質材料的優(yōu)勢群的鑒定和劃分，雜種優(yōu)勢群的改良，自交系的鑒定和篩選，優(yōu)勢組合的測配，新組合的多環(huán)境測試，優(yōu)異組合參加國家或者省級的區(qū)域試驗和審定，雜交種的示范推廣，雜交種的營銷（生產、銷售和售后服務）等。
相比較而言，跨國企業(yè)育種技術體系，各個育種單元都由不同的人負責，相對獨立，且每個單元做的非常精細。首席育種家協調各個育種單元，通過構建保持雜種優(yōu)勢群－進行循環(huán)育種－雜交種多環(huán)境測試，每個育種單元的結果都傳送到信息匯總中心,經過育種家整理，匯總，分析。再把下一步的育種計劃下達到每個育種單元，這樣幾十年堅持下來就形成良性循環(huán)。
如何有效組織、管理和協調每個單元，使其發(fā)揮協同的整體效應是提高玉米育種成效的關鍵，而育種效率的高低取決于育種技術體系的組織管理的水平。國內多數科研院所和種子企業(yè)的玉米育種，一般由課題主持人負責，育種系統多由課題組有限的人員一攬子完成，育種單元之間的銜接度和單元內部的研究精細化程度較差，育種單元之間的協調性不強，育種效率相對較低。
5.技術研發(fā)與產業(yè)脫節(jié)
企業(yè)實力弱，科研基礎差，缺乏有競爭能力的品種，科研院所材料基礎、人才優(yōu)勢強，受制于體制和機制的制約，導致課題組織形式是“大學科、小作坊”，產業(yè)管理“大產業(yè)、小管理”，導致玉米種業(yè)發(fā)展處于低層次水平。需要通過體制和機制創(chuàng)新，促進產學研用協同發(fā)展，以產業(yè)鏈布置創(chuàng)新鏈，要通過上下游整合，推進產、學、研、用協作良種攻關，以技術創(chuàng)新和機制創(chuàng)新為基礎，構建種業(yè)科技創(chuàng)新平臺、研發(fā)基地和成果轉化示范體系為主的現代種業(yè)創(chuàng)新體系，系統整合、任務分工，形成科研、示范和營銷系統，探索種業(yè)科技成果評價、轉化和擴散的辦法，打通種業(yè)成果轉化的通路，形成高等學校、科研院所和種業(yè)企業(yè)協同創(chuàng)新、分工明確的現代種業(yè)體系。
綜上所述，面對耕地減少、水資源短缺又始終是西北農業(yè)發(fā)展無法回避的硬約束，以及我國人民生活水平不斷提高對玉米產量提出的更高的要求。西北地區(qū)作為我國最適宜種植玉米四大區(qū)域之一。高產、穩(wěn)產、優(yōu)質、高效和機械化是西北玉米生產的主要發(fā)展方向。
四、西北玉米產區(qū)分布與不同區(qū)域品種需求
依據西北地區(qū)生態(tài)特點和產業(yè)發(fā)展需求，經過國家重點研發(fā)計劃“七大作物育種”重點專項 “西北耐密高產抗旱玉米新品種培育”項目專家組論證，將西北玉米產區(qū)分成4個亞區(qū)，分別是西部灌溉區(qū)，中部灌溉區(qū)，中部旱作區(qū)和東部旱作區(qū)。
1.西部灌溉區(qū)
該區(qū)域主要集中在新疆天山以北地區(qū)。玉米生長期間光熱資源條件好，降雨量極少，春旱、春寒和伏旱發(fā)生頻率高。玉米耐密、抗病、宜機收種質缺乏，宜機收自主品種少需要進行耐密宜機收種質創(chuàng)制、自交系選育和雜交種培育。
2.中部灌溉區(qū)
該區(qū)域主要集中在河西走廊、寧夏黃河引灌區(qū)、內蒙西部河套地區(qū)和陜西榆林北部區(qū)域。玉米生長期間光熱資源條件較好，春旱、春寒、伏旱和高溫發(fā)生頻率高。耐密、抗旱、抗莖腐病種質缺乏，品種抗逆性不強。需要進行耐密、抗旱、抗病新種質創(chuàng)制、玉米自交系選育和雜交種培育。
3.中部旱作區(qū)
該區(qū)域主要集中在甘肅東部、定西、隴西、天水、慶陽、平涼，陜西渭北旱塬春玉米、陜北延安、榆林北部春玉米區(qū)。玉米生長期間雨熱同步，春旱、伏旱發(fā)生頻率高?？购?、耐密種質缺乏、品種穩(wěn)產性和適應性差。十年九旱是典型氣候特征，特別是春旱是主要限制因素，影響玉米難以實現一次全苗。需要進行耐密、抗旱、抗病種質創(chuàng)制、玉米自交系選育和雜交種培育，提高品種抗逆性和適應性。特別是要關注早春的抗旱性、抗低溫能力，生育期適中，對播期調整彈性好。
4.東部旱作區(qū)
該區(qū)域主要集中在山西中部和北部春玉米。玉米生長期間雨熱同步，春旱、春寒、伏旱發(fā)生頻率高?？购?、耐密、耐低溫、抗絲黑穗病和莖腐病種質缺乏，品種穩(wěn)產性和適應性差。需要進行耐密、抗旱、抗病種質創(chuàng)制、自交系選育和雜交種培育。
五、研究進展
在有關部門支持下，國家重點研發(fā)計劃“七大作物育種”重點專項 設立了“西北耐密高產抗旱玉米新品種培育”項目，由西北農林科技大學主持，聯合28家科研院所和優(yōu)勢企業(yè)，設置了6個課題， 依據西北地區(qū)4個生態(tài)區(qū)的特點和產業(yè)發(fā)展需求，以提高玉米品種的適應性、產量潛力和品質性狀為主線，6個課題按照任務分工，在48個地點開展育種材料、育種方法的創(chuàng)新，培育優(yōu)異玉米自交系和雜交種，以及重大重點品種適應性評價、配套技術集成與示范。
1.組織管理
建立的3個一體化技術實施小組，開展了陜A群、陜B群的多點聯合改良、抗旱種質多點聯合鑒定，以及7個重點玉米品種耐密性、抗旱性和適應性評價聯合試驗?；陧椖恳惑w化實施抗旱種質聯合鑒定，明確玉米抗旱種質遺傳基礎和特征，完善了抗旱種質評價和育種技術，初步探索了全基因組選擇育種平臺，為進一步開展抗旱品種選育奠定基礎。明確了西北玉米密植高產機械化的發(fā)展方向，提出了以密植高產、抗旱和機械粒收為西北玉米品種選育方向，形成以熟性換水分、以密度增產的早熟耐密宜機收技術路徑、建立了基于核磁共振的玉米單粒水分無損測試技術和籽粒水分雙向選擇技術，為密植高產機械化粒收品種的培育奠定了基礎。
2．種質創(chuàng)新
以種質創(chuàng)新為切入點，構建了陜A群、陜B群2個雜種優(yōu)勢群，探索了一條玉米種質協同創(chuàng)新的育種模式。創(chuàng)制了122份優(yōu)異種質。對項目承擔單位研制的2546份材料，在抗病性、抗旱性、配合力和脫水特性等方面開展多年多點鑒定。依據主要病害接種鑒定結果，篩選了56份抗病材料。依據抗旱種質多點聯合鑒定結果，篩選了94份耐旱系數大于1的抗旱材料。依據流程化配合力試驗結果，篩選了8份高配合力材料。依據授粉后7-70天籽粒水分變化規(guī)律，結合收獲期籽粒含水率≤20%，篩選出籽粒脫水快的14份材料。綜合抗病、抗旱、脫水及配合力鑒定結果，篩選了優(yōu)異種質122份。
3．品種選育
通過種質協同創(chuàng)新、育種關鍵技術攻關、新品種網絡測試等一體化實施，實現了抗旱耐密種質創(chuàng)新，抗旱育種關鍵技術，高產穩(wěn)產耐密、糧飼兼用型和耐密抗旱宜機收培育的能力提升，育成了耐密高產抗旱49個玉米新品種。通過多年的玉米品種耐密性、抗旱性和適應性多點聯合評價，篩選了MC703、陜單650九圣禾2468、聯創(chuàng)825、瑞普909、新玉108和科河699等7個重點品種，具有豐產、耐密性好、抗旱性優(yōu)良和宜機收等特點。
