編輯 | 新銳恒豐研究院

      來源 | 薛吉全

      一、生產(chǎn)現(xiàn)狀

      西北區(qū)玉米生產(chǎn)主要包括陜西、甘肅、寧夏、新疆，以及山西及內(nèi)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(chǎn)：345-520公斤/畝，平均單產(chǎn)較全國平均高20公斤左右。除陜西關(guān)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℃以上活積溫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(chǎn)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(chǎn)的影響因素

      干旱是西北發(fā)展玉米生產(chǎn)的第一限制因素。降雨少、變異幅度大，水分供應(yīng)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?lián)Q代慢，機械化程度低是產(chǎn)量增進的主要限制因素。

      1）氣候條件：西北玉米生產(chǎn)60%左右為旱地農(nóng)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(nóng)業(yè)生產(chǎn)）。40%的內(nèi)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(chǎn)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(chǎn)區(qū)及產(chǎn)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(xiàn)有品種產(chǎn)量、抗逆性和適應(yīng)性不協(xié)調(diào)，難以滿足玉米全程機械化生產(chǎn)的需求。

      4）種植技術(shù)：農(nóng)戶作務(wù)水平普遍較高，種植技術(shù)比較規(guī)范，密度一般在3500-4500株/畝，高產(chǎn)田在5500 -6000株/畝。地膜覆蓋（全膜雙壟溝播、膜側(cè)種植）、配方施肥、水肥一體化和機械化作業(yè)（播種、覆膜）應(yīng)用廣泛。但是，由于農(nóng)戶相對貧困，受生產(chǎn)資料漲價影響，投入不均衡，農(nóng)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(nèi)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(xiàn)實產(chǎn)量潛力提高幅度不大，品種的適應(yīng)性、抗逆性不強。

      1）種質(zhì)創(chuàng)新能力不足

      現(xiàn)在選育的玉米新品種同質(zhì)化程度高，競爭力弱，其根本原因在于種質(zhì)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?lián)Q代，核心是突破性種質(zhì)成功應(yīng)用。

      2022年3月頒布的新《種子法》強化了種業(yè)知識產(chǎn)權(quán)保護，建立實質(zhì)性派生品種制度，擴大植物新品種權(quán)的保護范圍和保護環(huán)節(jié)，完善侵權(quán)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(zhì)性派生品種”概念引入，明確實質(zhì)性派生品種可以申請新品種權(quán)，可以獲得授權(quán)，但在進行商業(yè)化應(yīng)用時需征得原始新品種權(quán)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(shù)由2個分別提高至4個。原始品種的法律保護強度加大，實質(zhì)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(zhì)創(chuàng)新，提升育種能力建設(shè)成為關(guān)鍵。

      其次，對地方農(nóng)家種的持續(xù)改良和利用，缺乏足夠的認識和重視。地方農(nóng)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(xiàn)出一定的適應(yīng)性，如耐蔭蔽性、耐貧瘠、耐寒性、耐鹽堿等。但其豐產(chǎn)性差、農(nóng)藝性狀有缺欠，如植株高大、株型披散、雌雄不調(diào)等，不適應(yīng)現(xiàn)在高產(chǎn)高效的要求。充分利用我國地方農(nóng)家種的有利基因，來改良現(xiàn)有核心種質(zhì)，提高它們的抗逆性和適應(yīng)性，仍有較大的潛力可挖掘。

      當(dāng)前，需對已有種質(zhì)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(gòu)建新的核心種質(zhì)，同時不斷強化優(yōu)異新種質(zhì)的搜集和引進，重視地方品種和外源基因的開發(fā)利用，應(yīng)用現(xiàn)代生物技術(shù)進行不同生態(tài)型有利基因的創(chuàng)建、挖掘與利用。從種質(zhì)的擴增、改良和創(chuàng)新入手，擴增種質(zhì)遺傳基礎(chǔ)，形成本土化的種質(zhì)材料是育種的關(guān)鍵。

      2）育種技術(shù)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(yīng)用。但關(guān)于雜種優(yōu)勢和非雜種優(yōu)勢與產(chǎn)量的關(guān)系，一般配合力和特殊配合力對產(chǎn)量的貢獻，雜優(yōu)模式的簡化與雜優(yōu)群的構(gòu)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(chǔ)材料的差距外，育種技術(shù)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(chǎn)量與適應(yīng)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(shù)路線作出新的選擇。

      目前現(xiàn)代玉米育種已從藝術(shù)轉(zhuǎn)向科學(xué)，再到智能的革命性轉(zhuǎn)變，需要依賴于基因組技術(shù)、大數(shù)據(jù)技術(shù)、人工智能技術(shù)，整合基因型、表型、環(huán)境數(shù)據(jù)，建立基于大數(shù)據(jù)驅(qū)動的基因組智能設(shè)計育種技術(shù)體系。需要建立基于高通量數(shù)據(jù)分析、復(fù)雜表型預(yù)測和選擇的基因組選擇技術(shù)，對傳統(tǒng)育種技術(shù)升級，以現(xiàn)代生物技術(shù)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(chǎn)力沒有明顯的增加，產(chǎn)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(chǎn)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(yīng)性的重要性，但在一定程度上僅僅片面的強調(diào)了抗病性育種，而對抗逆性育種（或適應(yīng)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(chǎn)量增進過程中，不可逾越的障礙因素。如何突破水土農(nóng)業(yè)資源的嚴重約束，培育和種植抗逆性強、適應(yīng)性廣的高產(chǎn)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(yīng)性生態(tài)育種）提到重要日程。強化逆境人工選擇，結(jié)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(yīng)性。另外，隨著現(xiàn)代農(nóng)業(yè)步伐的加快，如何適應(yīng)簡化輕型栽培的需要，與農(nóng)機農(nóng)藝措施配套，減少對農(nóng)機作業(yè)的壓力和降低成本也成為育種必須關(guān)注的問題。

      4）育種與栽培等學(xué)科結(jié)合不緊密

      玉米育種技術(shù)體系是個系統(tǒng)工程，它由許多的育種技術(shù)單元組成，每個育種單元之間既相對獨立，又互相聯(lián)系，從而構(gòu)成一個有機的整體。

      一般來說，玉米育種單元大致包括：種質(zhì)資源的搜集、整理和保存，種質(zhì)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(chǎn)、銷售和售后服務(wù)）等。

      相比較而言，跨國企業(yè)育種技術(shù)體系，各個育種單元都由不同的人負責(zé)，相對獨立，且每個單元做的非常精細。首席育種家協(xié)調(diào)各個育種單元，通過構(gòu)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(jié)果都傳送到信息匯總中心,經(jīng)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(xié)調(diào)每個單元，使其發(fā)揮協(xié)同的整體效應(yīng)是提高玉米育種成效的關(guān)鍵，而育種效率的高低取決于育種技術(shù)體系的組織管理的水平。國內(nèi)多數(shù)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(zé)，育種系統(tǒng)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(nèi)部的研究精細化程度較差，育種單元之間的協(xié)調(diào)性不強，育種效率相對較低。

      5）技術(shù)研發(fā)與產(chǎn)業(yè)脫節(jié)

      企業(yè)實力弱，科研基礎(chǔ)差，缺乏有競爭能力的品種，科研院所材料基礎(chǔ)、人才優(yōu)勢強，受制于體制和機制的制約，導(dǎo)致課題組織形式是“大學(xué)科、小作坊”，產(chǎn)業(yè)管理“大產(chǎn)業(yè)、小管理”，導(dǎo)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(chǎn)學(xué)研用協(xié)同發(fā)展，以產(chǎn)業(yè)鏈布置創(chuàng)新鏈，要通過上下游整合，推進產(chǎn)、學(xué)、研、用協(xié)作良種攻關(guān)，以技術(shù)創(chuàng)新和機制創(chuàng)新為基礎(chǔ)，構(gòu)建種業(yè)科技創(chuàng)新平臺、研發(fā)基地和成果轉(zhuǎn)化示范體系為主的現(xiàn)代種業(yè)創(chuàng)新體系，系統(tǒng)整合、任務(wù)分工，形成科研、示范和營銷系統(tǒng)，探索種業(yè)科技成果評價、轉(zhuǎn)化和擴散的辦法，打通種業(yè)成果轉(zhuǎn)化的通路，形成高等學(xué)校、科研院所和種業(yè)企業(yè)協(xié)同創(chuàng)新、分工明確的現(xiàn)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(nóng)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(chǎn)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(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、高效和機械化是西北玉米生產(chǎn)的主要發(fā)展方向。

      四、西北玉米產(chǎn)區(qū)分布與不同區(qū)域品種需求

      依據(jù)西北地區(qū)生態(tài)特點和產(chǎn)業(yè)發(fā)展需求，經(jīng)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(chǎn)抗旱玉米新品種培育”項目專家組論證，將西北玉米產(chǎn)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(zhì)缺乏，宜機收自主品種少需要進行耐密宜機收種質(zhì)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(nèi)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(zhì)缺乏，品種抗逆性不強。需要進行耐密、抗旱、抗病新種質(zhì)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?jīng)?，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(zhì)缺乏、品種穩(wěn)產(chǎn)性和適應(yīng)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(xiàn)一次全苗。需要進行耐密、抗旱、抗病種質(zhì)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(yīng)性。特別是要關(guān)注早春的抗旱性、抗低溫能力，生育期適中，對播期調(diào)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(zhì)缺乏，品種穩(wěn)產(chǎn)性和適應(yīng)性差。需要進行耐密、抗旱、抗病種質(zhì)創(chuàng)制、自交系選育和雜交種培育。

      五、研究進展

      在有關(guān)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(shè)立了“西北耐密高產(chǎn)抗旱玉米新品種培育”項目，由西北農(nóng)林科技大學(xué)主持，聯(lián)合28家科研院所和優(yōu)勢企業(yè)，設(shè)置了6個課題， 依據(jù)西北地區(qū)4個生態(tài)區(qū)的特點和產(chǎn)業(yè)發(fā)展需求，以提高玉米品種的適應(yīng)性、產(chǎn)量潛力和品質(zhì)性狀為主線，6個課題按照任務(wù)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(yīng)性評價、配套技術(shù)集成與示范。

      1）組織管理

      建立的3個一體化技術(shù)實施小組，開展了陜A群、陜B群的多點聯(lián)合改良、抗旱種質(zhì)多點聯(lián)合鑒定，以及7個重點玉米品種耐密性、抗旱性和適應(yīng)性評價聯(lián)合試驗?；陧椖恳惑w化實施抗旱種質(zhì)聯(lián)合鑒定，明確玉米抗旱種質(zhì)遺傳基礎(chǔ)和特征，完善了抗旱種質(zhì)評價和育種技術(shù)，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(chǔ)。明確了西北玉米密植高產(chǎn)機械化的發(fā)展方向，提出了以密植高產(chǎn)、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(chǎn)的早熟耐密宜機收技術(shù)路徑、建立了基于核磁共振的玉米單粒水分無損測試技術(shù)和籽粒水分雙向選擇技術(shù)，為密植高產(chǎn)機械化粒收品種的培育奠定了基礎(chǔ)。

      2）種質(zhì)創(chuàng)新

      以種質(zhì)創(chuàng)新為切入點，構(gòu)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(zhì)協(xié)同創(chuàng)新的育種模式。創(chuàng)制了122份優(yōu)異種質(zhì)。對項目承擔(dān)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(jù)主要病害接種鑒定結(jié)果，篩選了56份抗病材料。依據(jù)抗旱種質(zhì)多點聯(lián)合鑒定結(jié)果，篩選了94份耐旱系數(shù)大于1的抗旱材料。依據(jù)流程化配合力試驗結(jié)果，篩選了8份高配合力材料。依據(jù)授粉后7-70天籽粒水分變化規(guī)律，結(jié)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(jié)果，篩選了優(yōu)異種質(zhì)122份。

      3）品種選育

      通過種質(zhì)協(xié)同創(chuàng)新、育種關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)、新品種網(wǎng)絡(luò)測試等一體化實施，實現(xiàn)了抗旱耐密種質(zhì)創(chuàng)新，抗旱育種關(guān)鍵技術(shù)，高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)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(chǎn)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(yīng)性多點聯(lián)合評價，篩選了MC703、陜單650九圣禾2468、聯(lián)創(chuàng)825、瑞普909、新玉108和科河699等7個重點品種，具有豐產(chǎn)、耐密性好、抗旱性優(yōu)良和宜機收等特點。