白 巖 高婷婷 盧 實(shí) 鄭淑波 路 明,*

近四十年來我國玉米大品種的歷史沿革與發(fā)展趨勢

白 巖1高婷婷2盧 實(shí)2鄭淑波2路 明2,*

1全國農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣服務(wù)中心, 北京 100125;2吉林省農(nóng)業(yè)科學(xué)院玉米研究所 / 主要糧食作物國家工程研究中心 / 國家玉米工程技術(shù)研究中心(吉林) / 農(nóng)業(yè)農(nóng)村部東北中部玉米生物學(xué)與遺傳育種重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 吉林長春 130033

種子是農(nóng)業(yè)的芯片, 優(yōu)良品種更新?lián)Q代對(duì)我國玉米產(chǎn)量提高發(fā)揮了重要作用。研究近40年來我國玉米大品種的歷史貢獻(xiàn)和發(fā)展趨勢對(duì)當(dāng)前我國玉米育種具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。本研究以1982—2020年期間全國農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣服務(wù)中心發(fā)布的歷年玉米品種推廣面積為依據(jù), 篩選出近40年來我國種植的鄭單958等27個(gè)玉米大品種, 累計(jì)推廣3.21億公頃, 占期間我國玉米總種植面積的29.09%, 其中超大品種4個(gè), 分別是鄭單958、中單2號(hào)、丹玉13、先玉335; 特大品種6個(gè), 分別是浚單20、掖單2號(hào)、農(nóng)大108、掖單13、四單19、煙單14, 推廣年限在8～30年之間, 平均17.63年, 單年最大推廣面積在69.97萬～456.95萬公頃, 平均150.79萬公頃。主要分布于山東、河南、河北、吉林、黑龍江、內(nèi)蒙古等省區(qū), 13個(gè)品種單年超66.67萬公頃的省(區(qū))是山東、河南、河北、吉林、黑龍江、內(nèi)蒙古、遼寧、四川。大品種種植面積占總面積的比例變化特征是1982—1989年期間快速上升、1990—1997年期間面積占比穩(wěn)定、1998之后下降, 至2020年面積占比下降到12%左右。裕豐303、中科玉505等具有發(fā)展成為大品種的潛力, 未來智能設(shè)計(jì)育種將高效培育出新一代突破性品種, 加速提升我國玉米單產(chǎn)水平。面對(duì)當(dāng)前玉米生產(chǎn)問題及今后發(fā)展趨勢, 建議在區(qū)域試驗(yàn)的分布布局、試驗(yàn)精準(zhǔn)度和品種審定標(biāo)準(zhǔn)等方面進(jìn)一步完善玉米品種區(qū)域試驗(yàn)。

1982—2020年; 玉米; 大品種; 歷史沿革; 發(fā)展趨勢

玉米自16世紀(jì)從美洲引入我國以來, 歷經(jīng)幾百年的發(fā)展, 在我國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的地位越來越突出。新世紀(jì)以來, 我國玉米的生產(chǎn)和消費(fèi)都保持了較快增長, 玉米已經(jīng)成為我國第一大糧食作物[1]。2021年播種面積達(dá)4332萬公頃, 總產(chǎn)量27,255萬噸, 分別占我國糧食播種面積和總產(chǎn)量的36.85%和39.91% (2021年國家統(tǒng)計(jì)公報(bào))。玉米育種水平的提高對(duì)玉米生產(chǎn)的發(fā)展做出了巨大貢獻(xiàn)[2], 尤其種子作為農(nóng)業(yè)的芯片, 是糧食生產(chǎn)的源頭。一個(gè)世紀(jì)以來, 促使玉米產(chǎn)量提高的諸因素中, 品種改良的作用首當(dāng)其沖[3], 在科技進(jìn)步對(duì)玉米產(chǎn)量增產(chǎn)的平均貢獻(xiàn)中, 1985—1994年期間品種改良占35.5%[4], 目前已經(jīng)達(dá)到45%以上。自建國以來, 我國玉米經(jīng)歷了品種間雜交、雙交種、單交種不同的歷史時(shí)期, 選育出一大批優(yōu)良玉米品種, 在生產(chǎn)上大面積地推廣應(yīng)用, 實(shí)現(xiàn)了大規(guī)模的品種更新?lián)Q代[5-8]。根據(jù)不同歷史時(shí)期生產(chǎn)需要, 育種選擇的方向也不盡相同。每次更替都在產(chǎn)量上有了明顯提高[9-16], 也伴隨著光合效率、根系、持綠性、灌漿速率的改變[17-23]。在玉米生產(chǎn)發(fā)展的不同歷史階段都出現(xiàn)了大面積推廣的優(yōu)勢品種, 這些大品種對(duì)穩(wěn)定玉米生產(chǎn)、保障糧食安全發(fā)揮了重要作用[24]。近年來, 隨著玉米品種審定試驗(yàn)渠道的開放和企業(yè)創(chuàng)新主體地位的確立, “十三五”期間全國玉米品種審定數(shù)量快速增加, 但突破性品種少, 不能滿足高質(zhì)量發(fā)展和市場多元化消費(fèi)需求[5]。因此, 客觀認(rèn)識(shí)和厘清我國歷史上玉米大品種的發(fā)展歷程, 對(duì)今后培育大品種, 利于我國玉米生產(chǎn)、種業(yè)健康發(fā)展具有重要作用。

本研究基于1982—2020年全國農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣服務(wù)中心發(fā)布的玉米種植面積統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù), 對(duì)近40年來玉米品種種植面積進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析, 揭示我國玉米大品種的歷史沿革與發(fā)展趨勢, 可為科學(xué)制定玉米品種選育目標(biāo)、品種審定、推廣和支撐玉米種業(yè)發(fā)展提供決策支持。

1 材料與方法

1.1 數(shù)據(jù)來源

本研究以1982—2020年期間全國農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣服務(wù)中心發(fā)布的歷年《全國農(nóng)作物主要品種推廣情況統(tǒng)計(jì)表》中應(yīng)用的玉米品種和推廣面積進(jìn)行分析, 數(shù)據(jù)來源于全國農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣服務(wù)中心。1982—2020年我國玉米種植面積數(shù)據(jù)來源于國家統(tǒng)計(jì)局。

1.2 玉米大品種評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

作物大品種通常是指適應(yīng)性廣、種植面積大的品種[25], 但迄今尚沒有關(guān)于大品種的明確定義或確切的指標(biāo)。本研究綜合考慮我國玉米品種推廣應(yīng)用的歷史性, 將1982年以來年推廣面積達(dá)66.67萬公頃以上的品種作為大品種候選, 再根據(jù)全國玉米品種推廣面積排序?yàn)橹饕罁?jù), 將玉米大品種定義為“最大年推廣面積在66.67萬公頃以上且累計(jì)推廣面積333.33萬公頃以上的品種”。同時(shí)參考《國務(wù)院關(guān)于調(diào)整城市規(guī)模劃分標(biāo)準(zhǔn)的通知國發(fā)[2014] 51號(hào)》中對(duì)于我國城市的劃分標(biāo)準(zhǔn), 將大品種劃分為3類, 第1類為超大品種, 即累計(jì)推廣面積2000萬公頃以上品種; 第2類為特大品種, 即累計(jì)推廣面積1000萬公頃以上2000萬公頃以下的品種; 第3類為大品種, 即累計(jì)推廣面積333.3萬公頃以上1000萬公頃以下的品種。

1.3 統(tǒng)計(jì)分析

數(shù)據(jù)整理和分析采用Microsoft Excel 2016進(jìn)行。

2 結(jié)果與分析

2.1 玉米生產(chǎn)應(yīng)用品種數(shù)量的發(fā)展變化

自我國品種審定制始于20世紀(jì)80年代以來, 玉米審定品種數(shù)和生產(chǎn)推廣應(yīng)用品種數(shù)均大幅增加。對(duì)1982—2020年期間全國玉米品種推廣面積進(jìn)行統(tǒng)計(jì), 年推廣0.67萬公頃以上的品種數(shù)總體呈上升趨勢(圖1-A), 從年推廣130多個(gè)提高到990多個(gè), 其中, 1982—2004年緩慢增加, 增加到290多個(gè), 2005— 2015年快速上升, 增加到980個(gè), 之后處于趨穩(wěn)徘徊狀態(tài)。年推廣66.67萬公頃以上的品種數(shù)總體呈先上升后下降再緩慢上升趨勢(圖1-B), 年平均為4.26個(gè), 其中1982—1997年呈徘徊上升, 達(dá)到年推廣最高的8個(gè), 1998—2001年迅速下降, 最低僅為2個(gè), 2001年之后則徘徊上升, 到2020年達(dá)到6個(gè)。

圖1 1982–2020年我國玉米品種種植面積統(tǒng)計(jì)數(shù)量動(dòng)態(tài)變化

A: 0.67萬公頃以上; B: 66.67萬公頃以上。

A: more than 0.67×104hm2; B: more than 66.7×104hm2.

2.2 玉米大品種確立和特征

根據(jù)本研究中的玉米大品種評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn), 1982— 2020年共有24個(gè)玉米品種符合大品種的統(tǒng)計(jì)標(biāo)準(zhǔn), 另外, 在20世紀(jì)80年代初推廣的丹玉6號(hào)、鄭單2號(hào)、魯原單4號(hào)由于在20世紀(jì)70年代已經(jīng)開始大規(guī)模推廣, 所以將這3個(gè)品種也納入大品種的范圍(表1)。27個(gè)大品種累計(jì)推廣3.21億公頃, 占期間我國玉米總種植面積的29.09%, 其中前10位品種分別是鄭單958、中單2號(hào)、丹玉13、先玉335、浚單20、掖單2號(hào)、農(nóng)大108、掖單13、四單19、煙單14。推廣年限在8～30年之間, 平均17.63年。單年最大推廣面積在69.97萬～456.95萬公頃, 平均150.79萬公頃。19個(gè)品種進(jìn)入年推廣面積前3名, 持續(xù)時(shí)間在1～19年之間, 平均6.16年, 其中鄭單958、中單2號(hào)、先玉335、丹玉13和掖單2號(hào)的持續(xù)時(shí)間分別為19、17、11、10和10年。

根據(jù)本研究中的大品種分類標(biāo)準(zhǔn), 將有確準(zhǔn)數(shù)據(jù)的24個(gè)大品種劃分為3類: 第1類為超大品種, 包括鄭單958、中單2號(hào)、丹玉13、先玉335; 第2類為特大品種, 包括浚單20、掖單2號(hào)、農(nóng)大108、掖單13、四單19、煙單14; 第3類為大品種, 包括京科968、豫玉22、掖單4號(hào)、四單8號(hào)、登海605、本玉9號(hào)、魯單981、掖單12、沈單7號(hào)、德美亞1號(hào)、掖單19、吉單101、西玉3號(hào)、魯單50。

表1 1982–2020年我國玉米大品種種植面積統(tǒng)計(jì)表

(續(xù)表1)

2.3 玉米大品種的歷史貢獻(xiàn)

從20世紀(jì)70年代后, 我國玉米進(jìn)入了單交種時(shí)代。本研究以1982年起始算, 我國玉米品種實(shí)現(xiàn)了5次更新?lián)Q代(表2和圖2)。

2.3.1 第1次更新?lián)Q代期: 80年代初期到中期

代表品種有中單2號(hào)、丹玉6號(hào)、鄭單2號(hào)、魯原單4號(hào)、吉單101、四單8號(hào)等, 其中, 中單2號(hào)豐產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)、抗病、廣適, 克服了70年代流行的大、小斑病, 實(shí)現(xiàn)了“豐產(chǎn)、多抗和廣適”三大目標(biāo)的統(tǒng)一, 1982—1986年連續(xù)5年種植面積排名第一, 面積占全國玉米種植面積的10.59%, 種植面積在66.67萬公頃以上的年份達(dá)19年, 共推廣3237.13萬公頃, 是我國歷史上累計(jì)推廣面積第2大、應(yīng)用時(shí)間最長的品種。

表2 1982–2020年我國玉米種植面積前3名品種列表

圖2 1982–2020年我國玉米大品種對(duì)單產(chǎn)提升的推動(dòng)貢獻(xiàn)

2.3.2 第2次更新?lián)Q代期: 80年代中期到90年代中期 代表品種有丹玉13、煙單14、掖單2號(hào)、掖單4號(hào)、沈單7號(hào)等, 其中, 丹玉13綜合抗性好、適應(yīng)性廣、高產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn), 在1987—1994年連續(xù)8年居全國玉米種植面積第1位, 面積占全國玉米種植面積的12.66%, 1988—1991年連續(xù)4年超過300萬公頃, 超66.67萬公頃以上達(dá)13年, 累計(jì)推廣2810.47萬公頃。

2.3.3 第3次更新?lián)Q代期: 90年代中期到90年代末期 代表品種有掖單13、掖單12、掖單19、本玉9號(hào)、四單19、西玉3號(hào)等, 其中, 掖單13株型緊湊、耐密、中矮稈、抗倒伏、產(chǎn)量高, 是我國首次育成的具有夏玉米公頃產(chǎn)量66.67 kg生產(chǎn)能力的緊湊型高產(chǎn)雜交種, 標(biāo)志著我國在玉米育種方面探索出一條通過緊湊大穗獲得高產(chǎn)的新途徑, 開創(chuàng)了以群體生產(chǎn)力獲得高產(chǎn)的新路, 1995—1999年連續(xù)5年種植面積居全國第1位, 面積占全國玉米種植面積的6.96%, 1995—1997年連續(xù)3年超過200萬公頃, 累計(jì)推廣面積1557.4萬公頃。

2.3.4 第4次更新?lián)Q代期: 21世紀(jì)初期(2000—2003年) 代表品種有農(nóng)大108、豫玉22、魯單50等, 其中, 農(nóng)大108高產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、抗倒、耐旱、耐瘠薄和抗多種病蟲害的諸多優(yōu)點(diǎn), 適應(yīng)性廣, 在我國東北、華北、西北春玉米區(qū)、黃淮海夏播玉米區(qū)和西南山地玉米區(qū)廣為種植, 2000—2003年連續(xù)4年種植面積居全國第1位并超過200萬公頃, 面積占全國玉米種植面積的10.91%, 累計(jì)推廣1837.13萬公頃。

2.3.5 第5次更新?lián)Q代期: 21世紀(jì)初期后(2004年—至今) 代表品種鄭單958、先玉335、浚單20、京科968、登海605、德美亞1號(hào)等, 其中, 鄭單958集高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)耐密、廣適多抗于一身, 2004年以來已連續(xù)19年為全國推廣面積最大的玉米品種, 面積占全國玉米種植面積的9.0%, 2009—2013年連續(xù)5年超過400萬公頃, 最高年份達(dá)456.93萬公頃, 累計(jì)推廣5971.12萬公頃, 成為我國玉米育種史上的一個(gè)里程碑品種。先玉335高產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)、早熟、脫水快、出籽率高、商品品質(zhì)好, 深刻影響了我國玉米產(chǎn)業(yè)發(fā)展, 累計(jì)推廣2368.5萬公頃。

2.4 玉米大品種的區(qū)域分布

對(duì)玉米大品種各省市自治區(qū)的種植面積分析表明, 近40年來在全國28個(gè)省市自治區(qū)均有分布, 前10位分別是山東、河南、河北、吉林、黑龍江、內(nèi)蒙古、山西、安徽、遼寧、陜西(圖3-A), 所占比例為3.75%～20.35%, 其中高于5%以上的分別是山東(20.35%)、河南(14.98%)、河北(13.57%)、吉林(9.34%)、黑龍江(6.95%)、內(nèi)蒙古(5.87%), 共占71.06%。按不同年代來分析, 1982—1990年前10位分別是山東、河南、吉林、四川、河北、遼寧、山西、黑龍江、內(nèi)蒙古、陜西(圖3-B), 所占比例為3.39%～21.72%, 其中高于5%以上的分別是山東(21.72%)、河南(11.97%)、吉林(11.93%)、四川(9.55%)、河北(9.53%)、遼寧(9.17%)、山西(5.26%), 共占79.14%。1991—2000年前10位分別是山東、河南、河北、吉林、黑龍江、遼寧、四川、山西、安徽、陜西(圖3-C), 所占比例為3.64%～20.18%, 其中高于5%以上的分別是山東(20.18%)、河南(13.69%)、河北(12.18%)、吉林(9.76%)、黑龍江(7.54%), 共占63.35%。2001—2010年前10位分別是河南、山東、河北、吉林、黑龍江、內(nèi)蒙古、安徽、陜西、山西、甘肅(圖3-D), 所占比例為2.41%～20.48%, 其中高于5%以上的分別是河南(20.48%)、山東(20.19%)、河北(16.03%)、吉林(6.76%)、黑龍江(6.48%)、內(nèi)蒙古(6.01%)、安徽(5.15%), 共占81.11%。2010—2020年前10位分別是山東、河北、河南、內(nèi)蒙古、吉林、黑龍江、山西、陜西、安徽、遼寧(圖3-E), 所占比例為2.74%～19.76%, 其中高于5%以上的分別是山東(19.76%)、河北(15.02%)、河南(13.49%)、內(nèi)蒙古(10.66%)、吉林(9.40%)、黑龍江(9.18%)、山西(5.19%),共占82.71%。

共有13個(gè)品種單年超66.67萬公頃的省(區(qū)), 分別是四單8號(hào)、丹玉13、中單2號(hào)、掖單2號(hào)、掖單13、魯單50、農(nóng)大108、豫玉22、鄭單958、浚單20、先玉335、德美亞1號(hào)、京科968, 分布于山東、河南、河北、吉林、黑龍江、內(nèi)蒙古、遼寧、四川8個(gè)省(區(qū)), 其中, 鄭單958在山東、河北、河南3省份累計(jì)33年(次), 丹玉13在遼寧、河南兩省份累計(jì)6年(次), 中單2號(hào)在吉林、四川兩省份累計(jì)3年(次)。

2.5 玉米大品種種植面積變化趨勢

對(duì)1982—2020年我國玉米大品種種植面積及占全國玉米總面積比進(jìn)行分析, 大品種年推廣面積在460.4萬～1137萬公頃(圖4-A), 年平均822.64萬公頃, 主要呈現(xiàn)2個(gè)波峰趨勢, 1989—1997年為第1個(gè)波峰, 年推廣超過900萬公頃, 年平均1006.89萬公頃, 1996年達(dá)到最高的1137萬公頃; 2009—2015年為第2個(gè)波峰, 年推廣也超過900萬公頃, 年平均1007.92萬公頃, 2012年達(dá)到1084.08萬公頃。之后呈快速下降趨勢, 2020年達(dá)到較低的496.67萬公頃。

圖3 1982–2020年玉米大品種推廣種植的前十大省(區(qū))

SD: 山東; HN: 河南; JL: 吉林; SC: 四川; HB: 河北; LN: 遼寧; SX1: 山西; HLJ: 黑龍江; IM: 內(nèi)蒙古; SX2: 陜西; AH: 安徽; GS: 甘肅。

A: 1982–2020; B: 1982–1990; C: 1991–2000; D: 2001–2010; E: 2011–2020; SD: Shandong; HN: Henan; JL: Jilin; SC: Sichuan; HB: Hebei; LN: Liaoning; SX1: Shanxi; HLJ: Heilongjiang; IM: Inner Mongolia; SX2: Shaanxi; AH: Anhui; GS: Gansu.

表3 1982–2020年我國玉米品種單年超66.67萬公頃的省(區(qū))

圖4 1982–2020年我國玉米大品種種植面積的變化趨勢

A: 種植面積; B: 種植面積占比。A: planting total area; B: the proportion of planting total area.

大品種面積占比在12.04%～49.80% (圖4-B), 平均31.34%, 總的變化趨勢是由上升到趨穩(wěn)再下降, 1982—1989年呈快速上升, 由26.48%提高到47.61%, 平均占比34.13%; 1990—1997年這8年期間都在40%以上, 平均占比45.79%; 其后23年進(jìn)入下降期, 大品種面積占比由34.9%逐步下降到12.04%, 平均占比25.35%。

3 討論

3.1 玉米大品種的生態(tài)適應(yīng)性分析

大品種集中表現(xiàn)在大面積種植并且持續(xù)多年, 產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。培育和推廣大品種是我國科研育種單位、種子企業(yè)的目標(biāo)。優(yōu)良品種是成就大品種的基礎(chǔ), 應(yīng)能表現(xiàn)出高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、抗病、抗逆、穩(wěn)產(chǎn)等優(yōu)良特性[25], 如鄭單958、中單2號(hào)、丹玉13、先玉335等[26]。在這其中, 具有較好的生態(tài)環(huán)境適應(yīng)性, 即廣適性, 是成就大品種的最重要因素。本研究中, 大品種種植的區(qū)域主要集中在山東、河南、河北、吉林、黑龍江、內(nèi)蒙古等省區(qū), 涵蓋我國東北和黃淮兩大玉米產(chǎn)區(qū), 尤其前3位的山東、河南、河北, 占比達(dá)到48.9%, 均屬黃淮海夏玉米區(qū)。黃淮海平原處于暖溫帶大陸性季風(fēng)氣候區(qū), 該區(qū)緯度跨度較大(31°23°N～42°37°N), 年≥10℃積溫為3600～4900℃, 年降雨量的范圍是600～800 mm, 種植制度經(jīng)歷了從小麥、玉米一年一熟發(fā)展到兩季套種, 再到兩季平播, 提高周年產(chǎn)量和資源利用效率[27]。在冬小麥夏玉米周年生產(chǎn)條件下, 夏玉米最大可能的生長期約107～112 d, 積溫約2800℃[28]。從歷史上來看, 黃淮海夏玉米區(qū)的大品種主要有中單2號(hào)、丹玉13、掖單2號(hào)、掖單13、農(nóng)大108、鄭單958、浚單20等, 其中, 近20年來的鄭單958在山東、河北、河南3省累計(jì)33年(次)均超66.67萬公頃, 浚單20在河南自2008年連續(xù)5年均超66.67萬公頃。東北春玉米屬中溫帶半溫潤、半干旱氣候區(qū), 該區(qū)≥10℃的積溫北部2000℃, 中部2700℃, 南部3200℃, 全年降水量400～800 mm, 本區(qū)氣候資源最適宜玉米高產(chǎn), 但熟期跨越大, 主要包括極早熟、早熟、中早熟、中熟、中晚熟和晚熟, 其中中熟和中晚熟是其主要分布區(qū)域, 歷史上主推的四單8號(hào)、丹玉13、中單2號(hào)、四單19、鄭單958、先玉335、京科968等均為中熟-中晚熟品種, 尤其是在黃淮海大面積推廣的丹玉13、中單2號(hào)、鄭單958等品種同樣在東北具有較好的適應(yīng)性。鄭單958最北已延伸到北緯48°, 在東北大部分玉米種植區(qū)能在蠟熟或者生理完熟時(shí)收獲, 表現(xiàn)出了較高的產(chǎn)量水平和較強(qiáng)的生態(tài)適應(yīng)性[29]。

3.2 我國玉米大品種的驅(qū)動(dòng)因素分析

玉米單產(chǎn)是由品種、耕地、氣候、栽培技術(shù)、生產(chǎn)方式以及投入等綜合因素決定, 優(yōu)良品種選育與推廣是提高玉米單產(chǎn)的關(guān)鍵因素, 近幾十年來我國玉米育種科技進(jìn)步很快, 玉米育種水平總體上已躍居世界先進(jìn)行列。對(duì)我國玉米品種選育創(chuàng)新的驅(qū)動(dòng)因素進(jìn)行分析, 主要包括以下四方面: 一是種質(zhì)資源引進(jìn)和創(chuàng)新。我國玉米育種在很大程度上依賴外來種質(zhì)的引進(jìn)與利用, 研究表明, 美國玉米種質(zhì)利用率每增加一個(gè)百分點(diǎn), 我國玉米平均產(chǎn)量增益約10 kg hm–2 [30], 如引進(jìn)的MO17直接應(yīng)用組配出中單2號(hào)、丹玉13、四單8號(hào)等, 形成了我國的蘭卡斯特類群; 從先鋒雜交種3147、3382、U8中分別選育出了5003、7922、U8112, 在5003×8112基礎(chǔ)上選育出了掖478, 直接組配并通過審定掖單13、掖單12等品種。目前, 我國玉米已形成了四平頭、旅大紅骨、蘭卡斯特、Reid等雜種優(yōu)勢群。二是育種理論和基礎(chǔ)研究的進(jìn)步。以雜種優(yōu)勢利用理論為核心的種質(zhì)改良始終是玉米育種的基礎(chǔ), 極大地推動(dòng)了我國玉米育種科技進(jìn)步。1970年以后我國由雙交種進(jìn)入以單交種為主的階段, 中單2號(hào)、丹玉6號(hào)、鄭單2號(hào)、吉單101等一批單交種基于雜種優(yōu)勢大幅提高了產(chǎn)量, 尤其是中單2號(hào)是我國在由雙交種向單交種轉(zhuǎn)變進(jìn)程中的里程碑代表品種[3]。2000年以后, 農(nóng)大108、豫玉22、魯單50等一批適應(yīng)性好、抗病性強(qiáng)、穩(wěn)產(chǎn)高產(chǎn)品種投入生產(chǎn), 尤其是農(nóng)大108拓寬了遺傳基礎(chǔ), 融入了北美種質(zhì)、熱帶和亞熱帶種質(zhì)及國內(nèi)地方種質(zhì), 在育種理論上開拓了新的雜種優(yōu)勢模式[31]。近年來我國玉米前沿基礎(chǔ)和核心技術(shù)取得重大進(jìn)展, 牽頭組織對(duì)玉米自交系Mo17、SK、mexicana和黃早四進(jìn)行基因組測序與組裝, 挖掘出一批控制產(chǎn)量、株型、抗病、抗旱等重要性狀的關(guān)鍵基因, 顯著提升原始創(chuàng)新能力[5]。三是育種技術(shù)的突破。以抗病、耐密等為代表的傳統(tǒng)育種技術(shù)的突破, 極大的促進(jìn)了品種更新?lián)Q代。20世紀(jì)80年代中期以后, 以丹玉13、煙單14、掖單2號(hào)、四單8號(hào)為代表的玉米品種在適應(yīng)性、抗病性和產(chǎn)量方面都有了明顯的提升, 尤其是丹玉13以抗性遺傳為基礎(chǔ), 是單基因抗性與多基因抗性相結(jié)合的抗多種病害的高產(chǎn)、質(zhì)優(yōu)、適應(yīng)性廣雜交種[32]。90年代中期以后, 以掖單系列為代表的玉米品種開啟了耐密品種選育和生產(chǎn)應(yīng)用的先例[3], 提高了種植密度, 在產(chǎn)量方面又有了大幅度的提高, 其中掖單13是我國第一個(gè)株型緊湊兼大穗型雜交種。2004年后推廣的鄭單958、浚單20、京科968等, 其中鄭單958集高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)耐密、廣適多抗于一身, 突破了雜交種在高密度下易倒伏與結(jié)實(shí)性差等關(guān)鍵技術(shù)瓶頸。近年來突破了單倍體、基因編輯、轉(zhuǎn)基因、全基因組選擇等關(guān)鍵育種技術(shù)瓶頸, 極大地提升了我國玉米育種創(chuàng)新能力[5]。四是跨國種業(yè)公司的競爭。以原美國先鋒公司的先玉335、德國KWS公司的德美亞1號(hào), 也極大地推動(dòng)了我國玉米育種目標(biāo)的改變。先玉335以其高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)、適應(yīng)性廣、耐密植、脫水快、商品品質(zhì)好和適于機(jī)械收獲等顯著特點(diǎn)迅速占領(lǐng)了我國東華北、西北春玉米區(qū)和部分黃淮海夏玉米區(qū), 一躍成為我國玉米播種面積第二大品種, 給我國玉米育種、種業(yè)和生產(chǎn)帶來了重大影響, 促進(jìn)了我國玉米產(chǎn)業(yè)技術(shù)變革[33]。德美亞1號(hào)具有早熟耐密高產(chǎn)脫水快宜機(jī)粒收等特點(diǎn), 在部分地區(qū)密度達(dá)到10萬株hm–2, 相當(dāng)于國內(nèi)傳統(tǒng)品種密度的近2倍, 使得黑龍江第四積溫帶大面積種植玉米, 大大推動(dòng)了黑龍江省玉米面積快速發(fā)展[34]。

品種審定在支撐我國玉米品種源頭創(chuàng)新上發(fā)揮了關(guān)鍵作用。我國玉米品種區(qū)域試驗(yàn)伴隨著改革開放的進(jìn)程已經(jīng)走過了40多年, 鑒定和篩選出一大批適宜不同玉米生態(tài)區(qū)種植的豐產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)、抗逆性強(qiáng)、適應(yīng)性廣的優(yōu)良新品種, 為我國玉米生產(chǎn)的持續(xù)發(fā)展和新品種合理布局奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)[35]。審定通過的以中單2號(hào)、丹玉13、掖單13、農(nóng)大108、鄭單958等為代表的主栽品種, 引領(lǐng)了我國玉米生產(chǎn)品種更新?lián)Q代。但針對(duì)當(dāng)前問題及今后發(fā)展趨勢, 有必要進(jìn)一步完善玉米品種區(qū)域試驗(yàn), 主要建議包括: 一是進(jìn)一步優(yōu)化完善區(qū)域試驗(yàn)的分布布局, 提高品種布局的科學(xué)性; 二是建立穩(wěn)定的標(biāo)準(zhǔn)化區(qū)域試驗(yàn)站及網(wǎng)絡(luò), 提高試驗(yàn)精準(zhǔn)度; 三是繼續(xù)優(yōu)化完善品種審定標(biāo)準(zhǔn), 為高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)、抗病抗逆、優(yōu)質(zhì)專用、資源高效、適宜機(jī)械化品種選育提供支撐。

3.3 玉米大品種的發(fā)展趨勢

從1982年至今, 先后經(jīng)歷了5次單交種的更新?lián)Q代, 其中, 前4次平均每5.5年更新?lián)Q代一次, 而第5次更新?lián)Q代已經(jīng)歷了快20年, 目前玉米大品種的更迭速度較慢、仍未完成更新?lián)Q代, 其主要原因除了超大品種鄭單958具有高產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)、適應(yīng)性強(qiáng)等特點(diǎn)外[36], 一批改良的類958、類335等品種不斷育成與推廣利用, 不過更迭關(guān)口可能即將到來。隨著國外種質(zhì)的引入、利用, 突破性種質(zhì)的創(chuàng)制, 代表品種主要是抗病、抗逆或適合機(jī)收的品種如裕豐303、中科玉505等, 實(shí)現(xiàn)了品種的高產(chǎn)、抗性和耐密育種目標(biāo)的統(tǒng)一, 具有發(fā)展成為大品種的潛力。裕豐303自2015年先后通過國家黃淮海夏玉米、東華北中晚熟春玉米、西北春玉米三大區(qū)域?qū)彾? 具備美系新品種的優(yōu)良特征特性, 還具有耐旱、耐高溫?zé)岷Α⒖沟狗?、抗南方銹病等性狀優(yōu)勢, 適應(yīng)性廣[37], 2019—2020年連續(xù)2年超66.67萬公頃, 累計(jì)推廣242.2萬公頃。中科玉505自2015年先后通過國家黃淮海夏玉米、東華北中熟春玉米及6省審定, 產(chǎn)量明顯高于對(duì)照先玉335和鄭單958, 抗旱性極強(qiáng), 飼用品質(zhì)優(yōu)[38], 2020年突破66.67萬公頃, 累計(jì)推廣168.53萬公頃。

當(dāng)前, 我國農(nóng)業(yè)進(jìn)入新的歷史發(fā)展階段, 農(nóng)業(yè)發(fā)展由過度依賴資源消耗、主要滿足量的需求, 向綠色生態(tài)可持續(xù)、更加注重滿足質(zhì)的需求轉(zhuǎn)變。以保障玉米有效供給、促進(jìn)農(nóng)民增產(chǎn)增收和農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展為目標(biāo), 樹立綠色、高效、優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)、生態(tài)的核心, 在兼顧高產(chǎn)性狀同時(shí), 重點(diǎn)選育抗病蟲、抗逆境、節(jié)水節(jié)肥、耐鹽堿、適應(yīng)機(jī)械化、輕簡化生產(chǎn)、品質(zhì)優(yōu)良的新型綠色玉米新品種, 推進(jìn)穩(wěn)產(chǎn)與生態(tài)、資源與環(huán)境的同步發(fā)展, 為綠色農(nóng)業(yè)、國家生態(tài)修復(fù)提供有力的技術(shù)支撐。尤其隨著全球氣候的變化, 對(duì)種植制度、生產(chǎn)結(jié)構(gòu)與地區(qū)布局、品種的抗逆性等影響與適應(yīng)要做好積極應(yīng)對(duì)[39-43], 如近年來黃淮海區(qū)域玉米生產(chǎn)面臨的氣候考驗(yàn)嚴(yán)峻, 除了風(fēng)災(zāi)、陰雨寡照、旱澇以外, 高溫?zé)岷εc干旱疊加災(zāi)害頻發(fā), 嚴(yán)重影響果穗發(fā)育和授粉, 產(chǎn)量受到較大影響[44]; 為應(yīng)對(duì)不斷增加的玉米高溫脅迫風(fēng)險(xiǎn), 北方玉米產(chǎn)區(qū)應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注播種–乳熟期高溫對(duì)玉米生產(chǎn)的影響, 南方玉米產(chǎn)區(qū)應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注抽穗后高溫對(duì)玉米生產(chǎn)的影響[45]; 農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害可以解釋50%左右東北地區(qū)春玉米產(chǎn)量的波動(dòng), 影響春玉米生產(chǎn)的主要農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害已經(jīng)從過去的冷害轉(zhuǎn)變?yōu)楦珊? 在氣候變暖的大背景下, 影響春玉米生產(chǎn)的主要因子由熱量條件轉(zhuǎn)換為水分條件,干旱已成為威脅春玉米產(chǎn)量的首要災(zāi)害[46]。

強(qiáng)化育種科技創(chuàng)新是培育大品種的有效途徑。結(jié)合轉(zhuǎn)基因、全基因組選擇、基因編輯等現(xiàn)代前沿育種技術(shù)的飛速發(fā)展, 智能設(shè)計(jì)育種是育種技術(shù)發(fā)展的主要方向, 將驅(qū)動(dòng)生物育種技術(shù)迭代升級(jí), 對(duì)解決常規(guī)技術(shù)難以克服的高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、抗病蟲、抗逆、養(yǎng)分高效等性狀協(xié)調(diào)改良問題發(fā)揮不可替代的重要作用[47-48], 更多的優(yōu)異基因資源被深入挖掘并培育出適應(yīng)生產(chǎn)方式轉(zhuǎn)型和提升競爭力的新一代自主突破性品種, 進(jìn)一步加速提升我國玉米單產(chǎn)水平。

4 結(jié)論

本文以1982—2020年期間全國農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣服務(wù)中心發(fā)布的歷年玉米品種推廣面積為依據(jù), 研究大品種的歷史貢獻(xiàn)和發(fā)展趨勢, 篩選出近40年來我國種植的鄭單958等27個(gè)玉米大品種, 其中超大品種4個(gè)(鄭單958、中單2號(hào)、丹玉13、先玉335), 特大品種6個(gè)(浚單20、掖單2號(hào)、農(nóng)大108、掖單13、四單19、煙單14), 主要分布于山東、河南、河北、吉林、黑龍江、內(nèi)蒙古等省區(qū), 大品種種植面積占總面積的比例變化特征是1982—1989年期間快速上升、1990—1997年期間面積占比穩(wěn)定、1998之后下降, 至2020年面積占比下降到12%左右。裕豐303、中科玉505等具有發(fā)展成為大品種的潛力, 未來智能設(shè)計(jì)育種將高效培育出新一代突破性品種, 加速提升我國玉米單產(chǎn)水平。面對(duì)當(dāng)前生產(chǎn)問題及今后發(fā)展趨勢, 建議在區(qū)域試驗(yàn)的分布布局、試驗(yàn)精準(zhǔn)度和品種審定標(biāo)準(zhǔn)等方面進(jìn)一步完善玉米品種區(qū)域試驗(yàn)。

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A retrospective analysis of the historical evolution and developing trend of maize mega varieties in China from 1982 to 2020

BAI Yan1, GAO Ting-Ting2, LU Shi2, ZHENG Shu-Bo2, and LU Ming2,*

1National Agro Technical Extension and Service Center, Beijing 100125, China;2Jilin Academy of Agricultural Sciences / National Engineering Research Center of Major Food Crops / National Engineering Research Center for Maize (Jilin) / Key Laboratory Biology and Genetic Improvement of Maize in Northeast Region, Ministry of Agriculture and Rural Affairs, Changchun 130033, Jilin, China

Seed is the chip of agriculture and the upgrading of excellent varieties has played an important role in improving the yield of corn in China. It is of great practical significance to study the historical contribution and developing trend of mega maize varieties in China in recent 40 years. Based on the dataset of planting area of individual maize varieties released by the National Extension and Service Center of Agricultural Technology from 1982 to 2020, 27 mega maize varieties such as Zhengdan 958 in recent 40 years with the total promotion of 321 million hectares accounting for 29.09% of the total corn planting area in China were screened..There were four utmost mega varieties (Zhengdan 958, Zhongdan 2, Danyu 13, and Xianyu 335) and six massive mega varieties (Jundan 20, Yedan 2, Nongda 108, Yedan 13, Sidan 19, and Yandan 14). The promotion period was 8–30 years, with an average of 17.63 years, the maximum promotion area in a single year was 699,700–4,569,500 hm2, with an average of 1,507,900 hm2. It was mainly distributed in Shandong, Henan, Hebei, Jilin, Heilongjiang, Inner Mongolia, and other production regions and the provinces (regions) with 13 varieties exceeding 666,700 hm2per year were Shandong, Henan, Hebei, Jilin, Heilongjiang, Inner Mongolia, Liaoning, and Sichuan. The proportion of planting area of mega varieties to the total area increased rapidly from 1982 to 1989, remained stable from 1990 to 1997, decreased after 1998, and decreased to about 12% by 2020. Some varieties such as Yufeng 303 and Zhongkeyu 505 had the potential to develop into mega varieties. In the future, intelligent design breeding will efficiently cultivate a new generation of breakthrough varieties and accelerate the improvement of maize yield. According to the current maize production problems and future development trends, it is recommended to further improve the regional test of maize varieties in terms of distribution layout, test accuracy and variety approval standards of regional tests.

the year from 1982 to 2020; maize; mega variety; historical evolution; developing trend

2023-02-10;

2023-02-21.

10.3724/SP.J.1006.2023.23067

通信作者(Corresponding author):路明, E-mail: lum7893@163.com

E-mail: by271039957@163.com

2022-09-30;

本研究由財(cái)政部和農(nóng)業(yè)農(nóng)村部國家現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系建設(shè)專項(xiàng)(CARS-02)和全國農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣服務(wù)中心橫向委托項(xiàng)目資助。

This study was supported by the China Agriculture Research System of MOF and MARA (CARS-02) and the Horizontal Scientific Research Program of National Agro Technical Extension and Service Center.

URL: https://kns.cnki.net/kcms/detail//11.1809.S.20230220.1349.004.html

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